本文轉(zhuǎn)載自《中文科技期刊數(shù)據(jù)庫(全文版)工程技術(shù)》

作者：林海

單位：中鐵十七局集團電氣化工程有限公司

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摘要

隨著鐵路管理從粗放型向集約型的轉(zhuǎn)變，鐵路通信的運營管理模式也在發(fā)生著巨大的變化。鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)具有設(shè)備種類多、設(shè)備的提供商多，使用環(huán)境復(fù)雜等特性，為此需要對鐵路綜合視頻系統(tǒng)設(shè)備的運行狀態(tài)進行網(wǎng)管。然而鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)最終呈現(xiàn)給用戶的圖像質(zhì)量受多種因素影響，如何保障在用戶需要查看相關(guān)視頻圖像時，系統(tǒng)能夠?qū)崟r提供清晰、穩(wěn)定的圖像，往往需要用戶在日常投入大量的人力進行巡視維護。在現(xiàn)代化信息技術(shù)支持下，圖像處理技術(shù)水平日益提高，尤其是在圖像智能分析技術(shù)的基礎(chǔ)上，圖像質(zhì)量診斷技術(shù)在各個領(lǐng)域受到越來越多的重視，特別是在視頻網(wǎng)管系統(tǒng)中發(fā)揮了重要作用，這種新的運維管理方式提高了綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)維護的工效，增強了運維智能化程度。

關(guān)鍵詞

圖像質(zhì)量；SNMP協(xié)議；視頻網(wǎng)管；診斷技術(shù)

1 背景介紹

近年來，我國的經(jīng)濟得到了快速地發(fā)展。經(jīng)濟的快速發(fā)展推動各項技術(shù)大力發(fā)展。隨著各項技術(shù)的大力發(fā)展，在各行業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。在眾多的技術(shù)當(dāng)中，監(jiān)控技術(shù)就是其中之一，各項監(jiān)控技術(shù)在近些年中發(fā)展迅速。就鐵路部門而言，鐵路監(jiān)控系統(tǒng)在我國已經(jīng)經(jīng)歷了二十多年的發(fā)展，最早的時候應(yīng)用的是模擬監(jiān)控，后來逐漸應(yīng)用的是數(shù)字監(jiān)控，到現(xiàn)在基本應(yīng)用的是網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。在這二十年里，鐵路綜合監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)歷了翻天覆地的變化。

近年來，我國高速鐵路網(wǎng)一直保持迅速發(fā)展的勢頭，為了有效地保證高速列車安全運行以及旅客安全，我國鐵路系統(tǒng)中建立了綜合監(jiān)控視頻系統(tǒng)，在各個重點區(qū)域都有設(shè)置。鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用的是數(shù)字視頻編碼技術(shù)，對覆蓋區(qū)域可以進行實時監(jiān)控，而且可以做到24小時不間斷。根據(jù)鐵路部門的規(guī)劃，視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)將會覆蓋全路，成為保障鐵路安全運行的重要手段?，F(xiàn)階段，一部分規(guī)模較大的路局已經(jīng)應(yīng)用萬路級視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

隨著綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用場景越來越多，其功能也越來越復(fù)雜。另一方面，綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)的前端接入設(shè)備也越來越多，所以綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)不可避免地會出現(xiàn)各種故障。在綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)的各種故障中，監(jiān)控圖像質(zhì)量問題是較為嚴重的一種質(zhì)量問題。導(dǎo)致監(jiān)控圖像出現(xiàn)質(zhì)量問題的原因是多方面的，主要包括以下幾種：人為操作、外部干擾、設(shè)備故障等。綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)一旦出現(xiàn)圖像質(zhì)量問題，會給相關(guān)人員的工作帶來很大的不便，繼而可能會對鐵路安全造成一定程度的影響，所以一定要高度重視。常見的圖像質(zhì)量問題包括：畫面凍結(jié)、條紋干擾、清晰度異常等?，F(xiàn)階段，視頻監(jiān)控系統(tǒng)對大部分圖像故障不能做到自動識別。另外一個重要原因是，前段攝像機接入的數(shù)量越來越多，工作人員不可能24小時隨時調(diào)看所有的攝像機。在這種情況下，就有了對自動識別視頻故障的迫切需求。

2 應(yīng)用價值

近些年，各個行業(yè)的發(fā)展都受到了社會各界的關(guān)注，想要強化自身的競爭力，必須要通過適宜的途徑落實好相關(guān)舉措，以便穩(wěn)步強化實踐質(zhì)量，滿足具體的實踐要求，給工作開展創(chuàng)造理想條件。鐵路工程中，為了更好的維護其整體運行質(zhì)量，排除多種安全隱患，需要合理設(shè)置視頻監(jiān)控，這是保障鐵路運行更為可靠的關(guān)鍵舉措，也能排查干擾性因素，對于推動鐵路事業(yè)的發(fā)展意義重大。通過對前端采集到的圖像進行評價，在此基礎(chǔ)上形成視頻圖像質(zhì)量診斷系統(tǒng)，從而對監(jiān)控系統(tǒng)的工作狀態(tài)進行判斷，是一種比較科學(xué)的方法。視頻質(zhì)量圖像診斷系統(tǒng)是一種自動監(jiān)測測試軟件，其可以對視頻圖像質(zhì)量進行準(zhǔn)確判斷，可以幫助工作人員提高系統(tǒng)維護水平，使工作人員的工作量大大減少。圖像質(zhì)量對于數(shù)字圖像評價具有重要作用。其作為視頻質(zhì)量診斷系統(tǒng)的重要組成部分，可以通過視頻圖像的質(zhì)量來判斷監(jiān)控系統(tǒng)是否處于正常工作的狀態(tài)。圖像質(zhì)量描述通過圖像質(zhì)量計算方法對圖像進行評定?？傊?#xff0c;圖像質(zhì)量評價在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中有著良好的應(yīng)用前景。具體實踐環(huán)節(jié)，需要明確一系列可靠操作，還要結(jié)合實際的應(yīng)用趨向加以分析，促使著相應(yīng)的成果更加顯著，發(fā)揮出具體技術(shù)的優(yōu)勢，滿足不同情況下的需求。

3 需求分析

隨著中國高速鐵路的“遍地開花”，鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)作為鐵路通信系統(tǒng)中的重要組成部分，已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用；普速鐵路的新建、電氣化改造等項目中，通信系統(tǒng)、技術(shù)與裝備也日益向高鐵客專線標(biāo)準(zhǔn)看齊，綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)也得到了長足發(fā)展。鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)是最有效的安防手段之一，它對犯罪分子具有強大的震懾作用，為鐵路運輸?shù)陌踩c高效提供了保障，是鐵路安保防衛(wèi)工作的重要手段。在相應(yīng)的需求分析中，了解到具體的應(yīng)用方向，旨在為實踐過程提供必要支持，確保相應(yīng)的實踐成效更加突出。

鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)作為一個集成度高、設(shè)備多樣化、技術(shù)應(yīng)用復(fù)雜的綜合系統(tǒng)，所涉及的設(shè)備種類繁多，如各種類型的攝像機、編碼器、光端機、交換機、磁盤陣列等，以攝像機為例，也存在模擬攝像機、數(shù)字攝像機及IP攝像機等情形；系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境也非常復(fù)雜，如彎道、高原、沙漠、河流、山區(qū)等等；同沿線區(qū)間的攝像機數(shù)量相比，車站的攝像頭數(shù)量更多，咽喉區(qū)、售票點、出入站口、落客區(qū)等等要害部位較多，實現(xiàn)視頻監(jiān)控全覆蓋更需大量攝像頭支撐。一條約200公里的高鐵客專線，其所有攝像頭數(shù)量一般不低于2000路。

因此單從數(shù)量上看，綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)的運行質(zhì)量，靠人工巡視的方式就已經(jīng)顯得捉襟見肘。實際上，需要實時監(jiān)測的攝像頭質(zhì)量，從人工觀感和使用的角度看，就包括：圖像是否看得見、圖像是否看得清、錄像是否存在、系統(tǒng)的穩(wěn)定性可維護性如何等等；而在實際運營中，維護者更關(guān)心的指標(biāo)還包括如設(shè)備運行溫度等感官不易覺察，但對系統(tǒng)運行穩(wěn)定性有直接影響的因素。

所以對數(shù)量龐大的攝像頭采取技術(shù)手段衡量其運用質(zhì)量、及時發(fā)現(xiàn)和處理設(shè)備故障，顯得極其重要，已非人工能夠準(zhǔn)確高效解決的需求。特別是對于高鐵客專線較多的集團公司(路局)，對人力數(shù)量的需求過大，且難以保證準(zhǔn)確性和效率；在實際巡視中，部分指標(biāo)如圖像質(zhì)量等巡檢結(jié)果，又與監(jiān)測人員的主觀判斷有極大關(guān)系，直接影響評判結(jié)果；不同的圖像模糊，不同的監(jiān)測人員可能會給出不同的判斷結(jié)果，如下圖1所示

圖1不同程度的圖像模糊

4 解決思路

隨著圖像處理技術(shù)、AI智能圖像識別與分析等技術(shù)的逐步成熟，把這些技術(shù)應(yīng)用到綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)中、用于視頻監(jiān)控系統(tǒng)運用質(zhì)量分析，是解決上述痛點和迫切需求的重要手段。在具體的實踐環(huán)節(jié)，需要明確新型技術(shù)的應(yīng)用要求，還要結(jié)合鐵路實際情況加以分析，由此才能發(fā)揮出相關(guān)技術(shù)的優(yōu)勢，也能更好的凸顯出技術(shù)應(yīng)用成果，促使實際工作進展成效穩(wěn)步提高。

圖像處理技術(shù)針對圖像的數(shù)字化信息，通過計算機高速處理能力，以模糊識別、智能分析為基礎(chǔ)，對監(jiān)控圖像進行質(zhì)量評判的應(yīng)用技術(shù)。該技術(shù)特別適用于監(jiān)控范圍大、攝像頭數(shù)量多、運用質(zhì)量要求高的鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)等場景下，可根據(jù)所采集到的現(xiàn)場監(jiān)控圖像數(shù)據(jù)信息，運用新技術(shù)進行高速、高效的判別和評定。此外，該項技術(shù)為視頻監(jiān)控質(zhì)量分析系統(tǒng)的形成和運用提供了必要的技術(shù)支持，充分發(fā)揮了圖像質(zhì)量診斷功能的優(yōu)勢作用，可以極大程度上提高視頻監(jiān)控系統(tǒng)的自動化發(fā)展水平，實現(xiàn)智能化運營和高效化維護管理，這樣可以降低運維壓力，減少運維人員的工作量，促進工作質(zhì)量和效率的全面性提升。

5 系統(tǒng)功能架構(gòu)

圖2所展示的是較為典型的圖像質(zhì)量診斷與分析系統(tǒng)。?

圖2系統(tǒng)功能示意圖

該系統(tǒng)不僅包含數(shù)據(jù)支持和分析模塊功能，而且還在業(yè)務(wù)和集成展示方面具有重要功能。

5.1 數(shù)據(jù)支持

該功能涉及到實時采集處理以及統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集功能，此外還包含各個相關(guān)系統(tǒng)所應(yīng)對的數(shù)據(jù)。

實時數(shù)據(jù)處理包含如服務(wù)器、光端機、編碼器等等硬件設(shè)施。能夠利用相對應(yīng)的協(xié)議獲得相關(guān)設(shè)備的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)(如采用SNMP協(xié)議)，如服務(wù)器的在線情況，CPU溫度，硬盤存儲空間剩余情況等。

統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集功能為：收集和處理相關(guān)通道圖像，以便對其開展視頻圖像質(zhì)量診斷，往往是結(jié)合用戶身份在區(qū)域視頻監(jiān)控服務(wù)器上進行收集，并且按照規(guī)定要求的通道進行獲取。

各外部相關(guān)系統(tǒng)結(jié)合系統(tǒng)運行的實際需求，為其輸入相應(yīng)的數(shù)據(jù)，從而為視頻設(shè)備預(yù)警提供動態(tài)及靜態(tài)的數(shù)據(jù)源。

5.2 分析模塊

涉及到圖像質(zhì)量診斷功能，包含各類不同的視頻質(zhì)量檢測功能，如視頻圖像模糊、圖像過亮/暗等檢測功能。也可以對檢測故障開展合理的分類分析、聚類分析等多種功能。這些模塊都有著特殊性，在具體應(yīng)用時，必須要詳細分析模塊應(yīng)用條件，以便發(fā)揮出相關(guān)模塊的功能，提升圖像質(zhì)量診斷實效。

5.3 業(yè)務(wù)展示

能夠?qū)﹃P(guān)鍵視頻設(shè)備進行定期檢測和維修，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，技術(shù)發(fā)出預(yù)警、告警。業(yè)務(wù)展示是其核心功能，關(guān)鍵視頻設(shè)備健康度分析預(yù)警、告警模塊主要包括采集設(shè)備的分析建模、健康度分析預(yù)警、關(guān)鍵相關(guān)設(shè)備分析預(yù)警等功能。

5.4 集成展示

該功能主要是在GIS、相關(guān)平臺的基礎(chǔ)上進行統(tǒng)一展示，由此可見，視頻網(wǎng)管既是獨立的業(yè)務(wù)展示系統(tǒng)，也是其他系統(tǒng)的功能展示模塊。利用GIS模式發(fā)展系統(tǒng)展示功能時，要結(jié)合具體設(shè)備的物理位置開展相對于信息的展示，以便對整條線路、整個鐵路網(wǎng)中的設(shè)備進行動態(tài)展示與健康度預(yù)警、告警。

5.5 系統(tǒng)優(yōu)化

鐵路運行環(huán)境較為復(fù)雜，加大了系統(tǒng)運行難度，基于此，需要結(jié)合各路攝像機的具體情況，對其開展針對性和個性化的參數(shù)設(shè)置，從而保障其穩(wěn)定運行。其中主要包含視頻質(zhì)量檢測功能選擇與預(yù)警、報警參數(shù)設(shè)置。前者主要是結(jié)合攝像機運行環(huán)境(如大霧天氣)、檢測時間等的具體情況，選擇性的關(guān)閉相關(guān)視頻圖像診斷功能(如模糊檢測)，這樣可以降低誤報率；后者是結(jié)合各路攝像機實際運行狀態(tài)，對其設(shè)置相應(yīng)的預(yù)警、預(yù)報參數(shù)，以便強化其適應(yīng)性，減少誤報現(xiàn)象。具體運行中，用戶能夠在主觀感受基礎(chǔ)上對不同質(zhì)量的圖像設(shè)置相對應(yīng)的預(yù)警預(yù)報參數(shù)。

6 系統(tǒng)運用情況

目前，視頻圖像質(zhì)量診斷功能已經(jīng)列入國鐵集團 (原鐵道部、原中國鐵路總公司)綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)的有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中，并自2017年起逐,步在各新建高鐵客專線和既有線中推廣運用。在實際運用中，也發(fā)現(xiàn)了解決了一些典型問題，并進行了逐步優(yōu)化和完善。

6.1 典型問題

(1)視頻畫面過暗問題：引起這一現(xiàn)象的因素不僅與攝像機安裝位置(機房內(nèi)部)緊密聯(lián)系，而且與天氣條件息息相關(guān)，針對這一問題可以通過工程配置信息實施嚴格的二次告警過濾，以便減少誤告警問題的出現(xiàn)。

(2)低照度下的攝像機圖像質(zhì)量判定問題：隨著攝像機的老化、夜間照度偏低等情形，攝像機彩轉(zhuǎn)黑功能故障率升高，基于此，在路局試用結(jié)果基礎(chǔ)上，增設(shè)攝像機彩轉(zhuǎn)黑檢測功能，每天定期檢測，攝像機工作模式正常轉(zhuǎn)換奠定基礎(chǔ)，如圖3所示。

圖3攝像機彩轉(zhuǎn)黑功能開啟?

6.2 可改進方面

從目前各局圖像質(zhì)量診斷系統(tǒng)的使用情況看，主要問題包括：

(1)誤告警偏多問題：部分攝像頭診斷參數(shù)或門限設(shè)置不合理，導(dǎo)致系統(tǒng)較為“敏感”的問題，主要表現(xiàn)在：因設(shè)置門限偏高或不合理，對人工觀感尚可的攝像頭仍頻繁告警，造成“狼來了”喊多了、維護人員思想上麻痹的現(xiàn)象。

上述問題的解決，某種程度上也是對維護人員和管理者的一種“要求”，其設(shè)置可取“經(jīng)驗值”，需要結(jié)合實際環(huán)境、等因素進行長期摸索和綜合考量。

(2)圖像質(zhì)量的“人性化”評定問題：對于圖像質(zhì)量判別與人工觀感差別偏大的問題，則需要進一步調(diào)整、優(yōu)化判別算法，使其更為貼近人工觀感的效果和評判指標(biāo)，同時更應(yīng)綜合考慮溫濕度、照度、實際場景等綜合因素，這是對系統(tǒng)提出的更高要求，也是圖像質(zhì)量診斷技術(shù)發(fā)展和演進的重要方向。

7 結(jié)語

信息時代，現(xiàn)代化信息技術(shù)高速發(fā)展，推動了圖像處理、識別及AI人工智能等技術(shù)的極大推廣，使得綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)必將得到廣泛應(yīng)用，也為其圖像質(zhì)量診斷功能的高質(zhì)量發(fā)揮提供了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)和條件。該功能顯著降低了維護部門的勞動強度和人力需求，在及時性、準(zhǔn)確性等方面具有明顯優(yōu)勢，具有很強的綜合效益；新時期，科學(xué)技術(shù)日新月異，管理理念不斷優(yōu)化，綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)也逐漸向精細化、智能化、高可靠性和準(zhǔn)確性等維護管理方向發(fā)展；通信設(shè)備設(shè)施的維護，也會逐漸適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴大、設(shè)備數(shù)量的增加等客觀情形，在保證設(shè)備故障能夠及時發(fā)現(xiàn)、及時處理的前提下，向設(shè)備健康度趨勢性、預(yù)測性分析等方向發(fā)展，這對于圖像質(zhì)量診斷技術(shù)來說，是非常切題的一個發(fā)展方向。

參考文獻

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總結(jié)

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