轨道交通视频监控系统5G通信技术应用

摘要：上海城市轨道交通现有视频监控系统为了适应智慧轨道交通的发展方向，需要进行升级改造。5G通信技术作为第五代无线通信技术，具有高速率、低延时、海量连接等特性。对5G通信技术在城市轨道交通视频监控系统中的应用进行了初步探讨，利用5G通信技术的网络切片和边缘计算初拟构建智能视频监控系统。

关键词：城市轨道交通；5G通信技术；视频监控系统；应用

上海作为一个国际大都市，确保城市轨道交通运营安全、提升乘客服务水平对上海城市发展至关重要。据行业统计数据显示，上海市民市内交通出行主要通过轨道交通完成，轨道交通承载着城市最大的人口流动量，工作日的日均客流量已超过1000万人次。经过20多年的持续建设，目前上海的轨道交通运营里程已达世界前列。因各线路建设周期跨度大，受制于建设时的技术限制，新老线路的视频监控系统差异性很大，既有模数混合的标清模式，也有全数字的高清模式。历史建设原因造成目前视频监控系统网络的组网复杂、业务层级多，缺乏有效的手段对全网的视频监控系统进行统一的端到端的管理，视频监控系统的可管可控性、稳定性及可扩展性均无法满足上海城市轨道交通的数字化发展需求。5G通信技术作为国家优先发展的战略领域，从2019年开始进入快速发展期。以上海市为例，已建成超过1.6万个宏基站，实现了5G网络中心城区和郊区重点区域的全覆盖。其中：电信运营商已完成上海轨道交通2、10、17号线共5个站点的5G信号覆盖工作；2020年将进行上海轨道交通1、2、7、12号线的站点信号覆盖，18、10号线及其他线路也正在规划之中。随着5G通信网络在城市轨道交通领域的全覆盖，与运营商合作利用其5G通信网络，构建基于5G通信网络的城市轨道交通视频监控系统，这对现有视频监控系统的改造也是一种可行的方案。

15G通信技术在城市轨道交通视频监控系统建设中的应用契机

相对于4G通信技术主要追求速度，5G通信技术更关注人与物、物与物的应用，其关键技术主要有增强移动宽带（eMBB）、低时延高可靠通信（uRLLC）及海量物联网通信（mMTC）。为了适用不同的业务需求，5G通信技术的核心网是基于服务的网络构架，将网络功能虚拟化（NFV），控制面和数据面分离，可以根据业务需求进行网络切片以及下沉应用计算能力到网络边缘侧。利用5G通信技术上述的技术优势进行视频监控系统的改造，可以更好地适应视频监控系统的高清化、移动化、智能化的发展方向。

1.1网络切片技术在视频监控系统中的运用

视频监控系统是城市轨道交通运营和治安的重要保证系统，整个系统需要进行严格的内外部隔离，以保证其安全性。5G通信技术的端到端网络切片技术可以达到与专网同等级别的安全度和隔离性。通过该技术可以建立一张自主虚拟移动网络，只有经过授权的设备才可以接入该切片，并在切片中进行通信，未经授权的用户无法连接使用该网络切片。同时，可以通过端到端的NFV以及软件定义网络（SDN）技术手段，实现动态灵活分配网络资源，以满足因突发事件导致网络资源增加的场景，如节假日特殊区域增加视频监控密度等。5G通信网络相比于自建的光纤专网具有更大的网络弹性，敏捷性更高，可以快速实现业务部署。

1.2边缘计算技术在视频监控系统中的运用

视频监控系统高清化的核心是提升计算能力，解决高清视频在转发、存储方面遇到的瓶颈；当摄像头采集连续的高清画面时，需要对摄像头进行智能控制，以实现流媒体快速及时转发等处理。通过在5G通信的承载网边缘部署边缘计算，可以将视频处理业务面下沉到用户侧，对基站下摄像头抓取的信息进行本地存储，以降低视频数据分析处理的时延。同时，可基于边缘计算平台实现对摄像头个性化策略管理，根据采集的参数实现对视频业务质量的动态调优。通过5G通信技术+边缘计算平台，视频监控业务流不需要经过运营商核心网，直接由边缘计算平台分流到本地网络，保证了业务流的私有化，更有利于安全管控。同时，本地业务分流可以降低回传带宽消耗和业务访问时延，提升了业务体验。另外，可以基于5G通信技术+边缘计算平台构建用户侧的一朵云，按业务实际需求将其他时延敏感类的业务也下沉到边缘计算平台，建立用户侧强大的信息计算能力，以适应城市轨道交通线路全专业智能化运维、列车无人驾驶、基于高清视频的客流疏导应用、人脸识别及跟踪定位等创新应用。

2基于5G通信技术的轨道交通视频监控系统

基于5G通信技术的城市轨道交通视频监控系统总体结构示意图如图1所示。城市轨道交通地下车站的站台、站厅的5G信号覆盖可以考虑采用分布式皮基站进行建设，地面车站及停车场采用宏基站进行信号覆盖。在高清摄像头接入一侧，面向5G通信技术的基于CU/DU的两级架构，可以在CU处建立区域处理中心，其物理位置可考虑在线路OCC（运营控制中心）所在地。将核心网的一部分应用功能下沉，在CU处部署边缘计算服务器，除了可以用于视频监控系统之外，还可以针对车控连接平台低时延需求，实现AI（人工智能）能力前置，对车辆、线路的运营运维联动管理提供支持。3C集控中心、轨交总队等地的视频监控系统通过城市轨道交通高速数据网接入到5G通信承载网。5G通信网络通过网络切片，将城市轨道交通视频监控业务与5G公网业务进行隔离。当客户需要调用视频监控时，地铁车站的高清摄像头可根据上层视频监控系统的指令，进行视频抓取，并通过5G通信的空口进行高速回传；以边缘计算服务器为核心的本地处理中心，除了可以对回传的高清视频进行本地存储处理（如数据分析、图像检测识别等），还可以按上层视频监控系统的要求对监控策略进行执行，以实现摄像头的智能化管控。基于5G通信网络进行城市轨道交通视频监控系统改造，可以将整个网络简化成三级架构，中间业务承载层是运营商5G通信网络，两头是集中监控点和车站视频监控点。这样网络扁平化后对照现有系统可知，减少了中间层级的转发处理，将会减少潜在的故障点，因而有利于日常运维，提高了系统的可控性和可管理性能力。基于5G通信网络高速率海量连接的城市轨道交通视频监控系统，可以快速应对城市轨道交通运维时临时增加视频监控点、改变视频监控点物理位置的需求，也可以满足视频向超高清发展时网络带宽成倍增长的业务要求，以及业务的快速部署和视频监控系统的易于扩容升级，这将大大增加视频监控系统的柔性，有利于匹配智慧轨道交通的发展趋势。基于5G通信网络的城市轨道交通视频监控系统，可以根据运维需求，按成本投入最优化原则进行云分层建设，以实现视频监控系统的智能化，在3C集控中心侧的核心云可支撑全路网的大数据分析应用，在车站侧的用户云可聚焦智慧车站的应用。

3结语

城市轨道交通视频监控系统不同于通常意义的视频监控系统，有其特殊的行业属性。基于运营商5G通信网络的eMBB业务场景承载视频监控系统，通过网络切片、边缘计算等技术，可以很好地解决系统安全性、新业务快速部署、动态流量调优等需求，增加了整个视频监控系统的敏捷性，有利于实现视频监控系统的高清化、移动化、智能化。另外，通过和运营商合作，可以利用城市轨道交通内部网络资源以及运营商5G通信公网资源，拓展了5G通信网络的应用领域，通过优势互补可降低系统建设成本。

参考文献

［1］徐旭志.我国安防视频监控系统的发展历程分析及5G趋势展望［J］.机电信息，2020（3）：98.

作者：董炜 周云 单位：上海地铁维护保障有限公司通号分公司