軌道交通視頻監控系統5G通信技術應用
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摘要：上海城市軌道交通現有視頻監控系統為了適應智慧軌道交通的發展方向，需要進行升級改造。5g通信技術作為第五代無線通信技術，具有高速率、低延時、海量連接等特性。對5G通信技術在城市軌道交通視頻監控系統中的應用進行了初步探討，利用5G通信技術的網絡切片和邊緣計算初擬構建智能視頻監控系統。
關鍵詞：城市軌道交通；5G通信技術；視頻監控系統；應用
上海作為一個國際大都市，確保城市軌道交通運營安全、提升乘客服務水平對上海城市發展至關重要。據行業統計數據顯示，上海市民市內交通出行主要通過軌道交通完成，軌道交通承載著城市最大的人口流動量，工作日的日均客流量已超過1000萬人次。經過20多年的持續建設，目前上海的軌道交通運營里程已達世界前列。因各線路建設周期跨度大，受制于建設時的技術限制，新老線路的視頻監控系統差異性很大，既有模數混合的標清模式，也有全數字的高清模式。歷史建設原因造成目前視頻監控系統網絡的組網復雜、業務層級多，缺乏有效的手段對全網的視頻監控系統進行統一的端到端的管理，視頻監控系統的可管可控性、穩定性及可擴展性均無法滿足上海城市軌道交通的數字化發展需求。5G通信技術作為國家優先發展的戰略領域，從2019年開始進入快速發展期。以上海市為例，已建成超過1.6萬個宏基站，實現了5G網絡中心城區和郊區重點區域的全覆蓋。其中：電信運營商已完成上海軌道交通2、10、17號線共5個站點的5G信號覆蓋工作；2020年將進行上海軌道交通1、2、7、12號線的站點信號覆蓋，18、10號線及其他線路也正在規劃之中。隨著5G通信網絡在城市軌道交通領域的全覆蓋，與運營商合作利用其5G通信網絡，構建基于5G通信網絡的城市軌道交通視頻監控系統，這對現有視頻監控系統的改造也是一種可行的方案。
15G通信技術在城市軌道交通視頻監控系統建設中的應用契機
相對于4G通信技術主要追求速度，5G通信技術更關注人與物、物與物的應用，其關鍵技術主要有增強移動寬帶（eMBB）、低時延高可靠通信（uRLLC）及海量物聯網通信（mMTC）。為了適用不同的業務需求，5G通信技術的核心網是基于服務的網絡構架，將網絡功能虛擬化（NFV），控制面和數據面分離，可以根據業務需求進行網絡切片以及下沉應用計算能力到網絡邊緣側。利用5G通信技術上述的技術優勢進行視頻監控系統的改造，可以更好地適應視頻監控系統的高清化、移動化、智能化的發展方向。
1.1網絡切片技術在視頻監控系統中的運用
視頻監控系統是城市軌道交通運營和治安的重要保證系統，整個系統需要進行嚴格的內外部隔離，以保證其安全性。5G通信技術的端到端網絡切片技術可以達到與專網同等級別的安全度和隔離性。通過該技術可以建立一張自主虛擬移動網絡，只有經過授權的設備才可以接入該切片，并在切片中進行通信，未經授權的用戶無法連接使用該網絡切片。同時，可以通過端到端的NFV以及軟件定義網絡（SDN）技術手段，實現動態靈活分配網絡資源，以滿足因突發事件導致網絡資源增加的場景，如節假日特殊區域增加視頻監控密度等。5G通信網絡相比于自建的光纖專網具有更大的網絡彈性，敏捷性更高，可以快速實現業務部署。
1.2邊緣計算技術在視頻監控系統中的運用
視頻監控系統高清化的核心是提升計算能力，解決高清視頻在轉發、存儲方面遇到的瓶頸；當攝像頭采集連續的高清畫面時，需要對攝像頭進行智能控制，以實現流媒體快速及時轉發等處理。通過在5G通信的承載網邊緣部署邊緣計算，可以將視頻處理業務面下沉到用戶側，對基站下攝像頭抓取的信息進行本地存儲，以降低視頻數據分析處理的時延。同時，可基于邊緣計算平臺實現對攝像頭個性化策略管理，根據采集的參數實現對視頻業務質量的動態調優。通過5G通信技術+邊緣計算平臺，視頻監控業務流不需要經過運營商核心網，直接由邊緣計算平臺分流到本地網絡，保證了業務流的私有化，更有利于安全管控。同時，本地業務分流可以降低回傳帶寬消耗和業務訪問時延，提升了業務體驗。另外，可以基于5G通信技術+邊緣計算平臺構建用戶側的一朵云，按業務實際需求將其他時延敏感類的業務也下沉到邊緣計算平臺，建立用戶側強大的信息計算能力，以適應城市軌道交通線路全專業智能化運維、列車無人駕駛、基于高清視頻的客流疏導應用、人臉識別及跟蹤定位等創新應用。
2基于5G通信技術的軌道交通視頻監控系統
基于5G通信技術的城市軌道交通視頻監控系統總體結構示意圖如圖1所示。城市軌道交通地下車站的站臺、站廳的5G信號覆蓋可以考慮采用分布式皮基站進行建設，地面車站及停車場采用宏基站進行信號覆蓋。在高清攝像頭接入一側，面向5G通信技術的基于CU/DU的兩級架構，可以在CU處建立區域處理中心，其物理位置可考慮在線路OCC（運營控制中心）所在地。將核心網的一部分應用功能下沉，在CU處部署邊緣計算服務器，除了可以用于視頻監控系統之外，還可以針對車控連接平臺低時延需求，實現AI（人工智能）能力前置，對車輛、線路的運營運維聯動管理提供支持。3C集控中心、軌交總隊等地的視頻監控系統通過城市軌道交通高速數據網接入到5G通信承載網。5G通信網絡通過網絡切片，將城市軌道交通視頻監控業務與5G公網業務進行隔離。當客戶需要調用視頻監控時，地鐵車站的高清攝像頭可根據上層視頻監控系統的指令，進行視頻抓取，并通過5G通信的空口進行高速回傳；以邊緣計算服務器為核心的本地處理中心，除了可以對回傳的高清視頻進行本地存儲處理（如數據分析、圖像檢測識別等），還可以按上層視頻監控系統的要求對監控策略進行執行，以實現攝像頭的智能化管控。基于5G通信網絡進行城市軌道交通視頻監控系統改造，可以將整個網絡簡化成三級架構，中間業務承載層是運營商5G通信網絡，兩頭是集中監控點和車站視頻監控點。這樣網絡扁平化后對照現有系統可知，減少了中間層級的轉發處理，將會減少潛在的故障點，因而有利于日常運維，提高了系統的可控性和可管理性能力。基于5G通信網絡高速率海量連接的城市軌道交通視頻監控系統，可以快速應對城市軌道交通運維時臨時增加視頻監控點、改變視頻監控點物理位置的需求，也可以滿足視頻向超高清發展時網絡帶寬成倍增長的業務要求，以及業務的快速部署和視頻監控系統的易于擴容升級，這將大大增加視頻監控系統的柔性，有利于匹配智慧軌道交通的發展趨勢。基于5G通信網絡的城市軌道交通視頻監控系統，可以根據運維需求，按成本投入最優化原則進行云分層建設，以實現視頻監控系統的智能化，在3C集控中心側的核心云可支撐全路網的大數據分析應用，在車站側的用戶云可聚焦智慧車站的應用。
3結語
城市軌道交通視頻監控系統不同于通常意義的視頻監控系統，有其特殊的行業屬性。基于運營商5G通信網絡的eMBB業務場景承載視頻監控系統，通過網絡切片、邊緣計算等技術，可以很好地解決系統安全性、新業務快速部署、動態流量調優等需求，增加了整個視頻監控系統的敏捷性，有利于實現視頻監控系統的高清化、移動化、智能化。另外，通過和運營商合作，可以利用城市軌道交通內部網絡資源以及運營商5G通信公網資源，拓展了5G通信網絡的應用領域，通過優勢互補可降低系統建設成本。
參考文獻
［1］徐旭志.我國安防視頻監控系統的發展歷程分析及5G趨勢展望［J］.機電信息，2020（3）：98.
作者：董煒 周云 單位：上海地鐵維護保障有限公司通號分公司
