视频监控系统中的5G技术——以大型城市智能轨道交通视频监控为例

张云飞 崔海龙

黑龙江省电子技术研究所 黑龙江哈尔滨 150040

本文摘要：为了适应智能轨道交通的发展方向，大型城市轨道交通视频监控系统必须进行现代化改造，作为第五代无线通信技术（5G通信技术），目前大型城市城市轨道交通视频监控系统已成为智能轨道交通的重要组成部分。5G通信技术具有传输速率高、时延小、连接量大的特点，本文对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，提出了一种基于5G通信技术的网络芯片和边缘计算的智能视频监控系统。

关键词：城市轨道交通；5G通信技术；视频监控系统；应用

在一般情况下，国际型的大都市为了保障城市轨道交通安全运行，提高城市轨道交通服务水平，都会大量采用5G通信技术，这对大型城市发展具有重要意义。据工业部统计，大型城市民出行主要是铁路运输，日均客流超过1000万人次。经过多年的持续建设，我国大型轨道交通的运营里程已达到世界领先水平之一，由于每一条线路的建设周期较长，且受施工技术的限制，新旧线的视频监控系统存在很大的差异。模拟数字混合模式和全数字高清模式的管理体制发展也不平衡，由于各种复杂的原因，目前的视频监控系统网络复杂，业务层次多，目前还没有一种有效的方法来统一管理整个网络的端到端视频监控系统。视频监控系统的可控性、稳定性和可扩展性已不能满足城市轨道交通数字化发展的要求。作为国家发展的优先战略领域，从2019年开始，5G通信技术进入快速发展期，以上海市为例，共建设了16000多个基站，实现了5G网络主城区和郊区的全覆盖。电信运营商已完成大型城市轨道交通2号线、10号线、17号线等多个车站的5G信号覆盖；大型城市轨道交通1号线、2号线、7号线、12号线车站的信号覆盖将于近年完成，18号线、10号线及其他线路的信号覆盖正在进行中。

一.5G通信技术的应用场景

1.1增强的移动宽带

5G技术的应用首先转化为移动宽带的提升，必须满足4G技术提高网络速度和体验的基本要求用户。简单地说，增强的移动宽带是为了确保以4G为基础，确保人与人之间的良好沟通，提高用户的个性化体验，从而应用5G通信技术，不断提高体验绩效。

1.2高可靠性、低延时通信

为了保证车辆的互联互通和工业控制，超可靠、低时延的通信技术可以通过应用DES互联网实现。5G通信技术突破时空限制，提供可靠的通信平台，实现人与物之间的通信控制。当然，5G通信技术的应用还可以提高整个业务操作的可靠性，保证更好的用户服务，这得益于该技术带来的端到端毫秒延迟的优势。

1.3大型机械通信

将环境监测、森林防火、智能农业、智能城市等应用于大型机械通信，使许多领域向着智能化、现代化方向发展。将5G通信技术应用于大型机械通信中，可以促进高效的数据通信和共享，有利于降低成本消耗，提高社会效益。

二、5G通信技术在城市轨道交通视频监控系统建设中的应用前景

与4G通信技术相比，5G通信技术更注重人与物、物与物的应用。关键技术主要是移动宽带增强（emmbb）、低时延高可靠性通信（ulllc）和大规模物联网通信（mmtc），以满足不同的业务需求。5G通信技术的核心网络是一种基于服务的网络体系结构，它将网络功能虚拟化（NFV）、控制面和数据面分离开来。并可根据业务需求进行网络切片和网络边缘应用计算能力的下沉，利用上述5G通信技术对视频监控系统进行改造，可以更好地适应监控系统的发展方向。高清、移动和智能视频。

1.1网络切片技术在视频监控系统中的应用

视频监控系统是保证城市轨道交通运行安全的重要系统。为了保证系统的安全，必须对整个系统进行严格的内外隔离，采用5G通信技术的端到端网络芯片可以达到与专用网络相同的安全隔离水平。可以建立独立的虚拟移动网络。只有授权的设备才能访问切片并在切片中进行通信。随着时间的推移，通过端到端的NFV和SDN（软件定义网络）技术，网络资源可以动态、灵活地分配，以应对导致网络资源。与自建的专用光纤网络相比，5G通信网络具有更大的灵活性和灵活性，能够快速部署业务。

1.2边缘计算技术在视频监控系统中的应用

高清视频监控系统的核心是提高计算能力，解决高清视频传输和存储的瓶颈问题。摄像机采集连续高清图像时，必须进行智能控制，以实现媒体的快速、及时传输。流媒体将边缘计算部署到5G通信的承载网络的边缘，视频处理服务可以降低到用户端，并且基站下摄像机采集到的信息可以就地存储，以减少视频数据分析处理的延迟，同时基于边缘计算平台实现摄像机个性化策略管理。并且可以根据参数实现视频服务质量的动态优化收集，由于采用5G+边缘计算平台通信技术，视频监控业务流不需要经过运营商骨干网，直接从平台进行分布边缘到局域网的计算机形式，确保了业务流的私有化，有利于安全控制。同时，本地服务的分流可以减少返回带宽的消耗和服务的访问延迟，从而提高了用户的体验。此外，用户端云可以基于5G通信技术+车载计算平台构建，其他对时延敏感的服务也可以根据企业的实际需求在车载计算平台上构建。为了建立强大的用户端信息计算能力，以适应城市轨道交通线路、无人驾驶列车的全行业智能运维，基于高清视频和LAIL的客流引导应用包括跟踪和定位等创新应用。

三、基于5G通信技术的轨道交通视频监控系统

城市轨道交通地下车站站台及站厅5G信号覆盖采用基站搭建扩大分布范围，而地面站和停车场可通过高清摄像机接入端，采用面向5G通信技术的基于CU/DU的双层体系结构，可以建立区域处理中心，物理位置为可作为控制中心（OCC）线路的位置，除用于视频监控系统外，还可部署边缘计算服务器，以满足车辆控制连接平台对低延时的要求，从而实现推进人工智能能力，支持车辆运维联动管理行。集中控制中心、轨道交通换乘队等场所视频监控系统接入通信传输网5G通过轨道交通高速数据网城市5G通信网将城市轨道交通视频监控业务与5G公共网络业务分片隔离铲斗。客户需要呼叫视频监控，地铁车站高清摄像机可根据上位视频监控系统的指令进行视频采集，并通过5G通信口进行高速转播。除了本地存储和处理返回的高清视频外，监控策略也可根据上位机视频监控系统的要求实施，实现摄像机的智能控制。基于5G通信网络的城市轨道交通视频监控系统改造整个网络形成一个三层结构，中间业务承载层为运营商的5G通信网络，两端为车站。这样，扁平化的网络可以与现有的系统相比，减少中间层的传输，减少潜在故障点，有利于日常运行维护，提高系统的可控性和管理能力。5G通信网络高速大容量连接的城市轨道交通视频监控系统能够快速响应临时增加视频监控点，修改城市轨道交通运营维护过程中视频监控点的物理位置，也可以满足超高清视频发展过程中网络带宽和指数级增长的业务需求。

结论

城市轨道交通视频监控系统可以根据运维需求，按照成本优化的原则，分层构建，实现视频监控系统的智能化。集中式控制中心可以支持整个路网的大数据分析应用，站侧用户云可以重点应用智能站。随着业务的快速部署和系统的方便扩展，系统容量的升级将大大提高视频监控系统的灵活性，有利于适应智能轨道交通的发展趋势。城市轨道交通视频监控系统不同于一般意义上的视频监控系统，有其独特的特点。能够很好地解决网络和边缘计算、系统安全需求、新业务快速部署和动态流量优化等问题，提高了整个视频监控系统的灵活性，有利于实现高清晰度。

本文系“智慧交通5G安全管控诱导系统”项目成果