本文轉載自《中文科技期刊數據庫(全文版)工程技術》

作者：林海

單位：中鐵十七局集團電氣化工程有限公司

聲明：本文僅用于學術分享，不做商業用途，如有侵權，聯系即刪除

摘要

隨著鐵路管理從粗放型向集約型的轉變，鐵路通信的運營管理模式也在發生著巨大的變化。鐵路綜合視頻監控系統具有設備種類多、設備的提供商多，使用環境復雜等特性，為此需要對鐵路綜合視頻系統設備的運行狀態進行網管。然而鐵路綜合視頻監控系統最終呈現給用戶的圖像質量受多種因素影響，如何保障在用戶需要查看相關視頻圖像時，系統能夠實時提供清晰、穩定的圖像，往往需要用戶在日常投入大量的人力進行巡視維護。在現代化信息技術支持下，圖像處理技術水平日益提高，尤其是在圖像智能分析技術的基礎上，圖像質量診斷技術在各個領域受到越來越多的重視，特別是在視頻網管系統中發揮了重要作用，這種新的運維管理方式提高了綜合視頻監控系統維護的工效，增強了運維智能化程度。

關鍵詞

圖像質量；SNMP協議；視頻網管；診斷技術

1 背景介紹

近年來，我國的經濟得到了快速地發展。經濟的快速發展推動各項技術大力發展。隨著各項技術的大力發展，在各行業中的應用越來越廣泛。在眾多的技術當中，監控技術就是其中之一，各項監控技術在近些年中發展迅速。就鐵路部門而言，鐵路監控系統在我國已經經歷了二十多年的發展，最早的時候應用的是模擬監控，后來逐漸應用的是數字監控，到現在基本應用的是網絡監控。在這二十年里，鐵路綜合監控系統經歷了翻天覆地的變化。

近年來，我國高速鐵路網一直保持迅速發展的勢頭，為了有效地保證高速列車安全運行以及旅客安全，我國鐵路系統中建立了綜合監控視頻系統，在各個重點區域都有設置。鐵路綜合視頻監控系統采用的是數字視頻編碼技術，對覆蓋區域可以進行實時監控，而且可以做到24小時不間斷。根據鐵路部門的規劃，視頻監控網絡將會覆蓋全路，成為保障鐵路安全運行的重要手段。現階段，一部分規模較大的路局已經應用萬路級視頻監控系統。

隨著綜合視頻監控系統的應用場景越來越多，其功能也越來越復雜。另一方面，綜合視頻監控系統的前端接入設備也越來越多，所以綜合視頻監控系統不可避免地會出現各種故障。在綜合視頻監控系統出現的各種故障中，監控圖像質量問題是較為嚴重的一種質量問題。導致監控圖像出現質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、設備故障等。綜合視頻監控系統一旦出現圖像質量問題，會給相關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。常見的圖像質量問題包括：畫面凍結、條紋干擾、清晰度異常等。現階段，視頻監控系統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量越來越多，工作人員不可能24小時隨時調看所有的攝像機。在這種情況下，就有了對自動識別視頻故障的迫切需求。

2 應用價值

近些年，各個行業的發展都受到了社會各界的關注，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舉措，以便穩步強化實踐質量，滿足具體的實踐要求，給工作開展創造理想條件。鐵路工程中，為了更好的維護其整體運行質量，排除多種安全隱患，需要合理設置視頻監控，這是保障鐵路運行更為可靠的關鍵舉措，也能排查干擾性因素，對于推動鐵路事業的發展意義重大。通過對前端采集到的圖像進行評價，在此基礎上形成視頻圖像質量診斷系統，從而對監控系統的工作狀態進行判斷，是一種比較科學的方法。視頻質量圖像診斷系統是一種自動監測測試軟件，其可以對視頻圖像質量進行準確判斷，可以幫助工作人員提高系統維護水平，使工作人員的工作量大大減少。圖像質量對于數字圖像評價具有重要作用。其作為視頻質量診斷系統的重要組成部分，可以通過視頻圖像的質量來判斷監控系統是否處于正常工作的狀態。圖像質量描述通過圖像質量計算方法對圖像進行評定。總之，圖像質量評價在視頻監控系統中有著良好的應用前景。具體實踐環節，需要明確一系列可靠操作，還要結合實際的應用趨向加以分析，促使著相應的成果更加顯著，發揮出具體技術的優勢，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”，鐵路綜合視頻監控系統作為鐵路通信系統中的重要組成部分，已經得到廣泛應用；普速鐵路的新建、電氣化改造等項目中，通信系統、技術與裝備也日益向高鐵客專線標準看齊，綜合視頻監控系統也得到了長足發展。鐵路綜合視頻監控系統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，為鐵路運輸的安全與高效提供了保障，是鐵路安保防衛工作的重要手段。在相應的需求分析中，了解到具體的應用方向，旨在為實踐過程提供必要支持，確保相應的實踐成效更加突出。

鐵路綜合視頻監控系統作為一個集成度高、設備多樣化、技術應用復雜的綜合系統，所涉及的設備種類繁多，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、數字攝像機及IP攝像機等情形；系統的應用環境也非常復雜，如彎道、高原、沙漠、河流、山區等等；同沿線區間的攝像機數量相比，車站的攝像頭數量更多，咽喉區、售票點、出入站口、落客區等等要害部位較多，實現視頻監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，其所有攝像頭數量一般不低于2000路。

因此單從數量上看，綜合視頻監控系統的運行質量，靠人工巡視的方式就已經顯得捉襟見肘。實際上，需要實時監測的攝像頭質量，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、系統的穩定性可維護性如何等等；而在實際運營中，維護者更關心的指標還包括如設備運行溫度等感官不易覺察，但對系統運行穩定性有直接影響的因素。

所以對數量龐大的攝像頭采取技術手段衡量其運用質量、及時發現和處理設備故障，顯得極其重要，已非人工能夠準確高效解決的需求。特別是對于高鐵客專線較多的集團公司(路局)，對人力數量的需求過大，且難以保證準確性和效率；在實際巡視中，部分指標如圖像質量等巡檢結果，又與監測人員的主觀判斷有極大關系，直接影響評判結果；不同的圖像模糊，不同的監測人員可能會給出不同的判斷結果，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、AI智能圖像識別與分析等技術的逐步成熟，把這些技術應用到綜合視頻監控系統中、用于視頻監控系統運用質量分析，是解決上述痛點和迫切需求的重要手段。在具體的實踐環節，需要明確新型技術的應用要求，還要結合鐵路實際情況加以分析，由此才能發揮出相關技術的優勢，也能更好的凸顯出技術應用成果，促使實際工作進展成效穩步提高。

圖像處理技術針對圖像的數字化信息，通過計算機高速處理能力，以模糊識別、智能分析為基礎，對監控圖像進行質量評判的應用技術。該技術特別適用于監控范圍大、攝像頭數量多、運用質量要求高的鐵路綜合視頻監控系統等場景下，可根據所采集到的現場監控圖像數據信息，運用新技術進行高速、高效的判別和評定。此外，該項技術為視頻監控質量分析系統的形成和運用提供了必要的技術支持，充分發揮了圖像質量診斷功能的優勢作用，可以極大程度上提高視頻監控系統的自動化發展水平，實現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，促進工作質量和效率的全面性提升。

5 系統功能架構

圖2所展示的是較為典型的圖像質量診斷與分析系統。?

圖2系統功能示意圖

該系統不僅包含數據支持和分析模塊功能，而且還在業務和集成展示方面具有重要功能。

5.1 數據支持

該功能涉及到實時采集處理以及統一數據采集功能，此外還包含各個相關系統所應對的數據。

實時數據處理包含如服務器、光端機、編碼器等等硬件設施。能夠利用相對應的協議獲得相關設備的運行狀態數據(如采用SNMP協議)，如服務器的在線情況，CPU溫度，硬盤存儲空間剩余情況等。

統一數據采集功能為：收集和處理相關通道圖像，以便對其開展視頻圖像質量診斷，往往是結合用戶身份在區域視頻監控服務器上進行收集，并且按照規定要求的通道進行獲取。

各外部相關系統結合系統運行的實際需求，為其輸入相應的數據，從而為視頻設備預警提供動態及靜態的數據源。

5.2 分析模塊

涉及到圖像質量診斷功能，包含各類不同的視頻質量檢測功能，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，在具體應用時，必須要詳細分析模塊應用條件，以便發揮出相關模塊的功能，提升圖像質量診斷實效。

5.3 業務展示

能夠對關鍵視頻設備進行定期檢測和維修，一旦發現異常情況，技術發出預警、告警。業務展示是其核心功能，關鍵視頻設備健康度分析預警、告警模塊主要包括采集設備的分析建模、健康度分析預警、關鍵相關設備分析預警等功能。

5.4 集成展示

該功能主要是在GIS、相關平臺的基礎上進行統一展示，由此可見，視頻網管既是獨立的業務展示系統，也是其他系統的功能展示模塊。利用GIS模式發展系統展示功能時，要結合具體設備的物理位置開展相對于信息的展示，以便對整條線路、整個鐵路網中的設備進行動態展示與健康度預警、告警。

5.5 系統優化

鐵路運行環境較為復雜，加大了系統運行難度，基于此，需要結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設置，從而保障其穩定運行。其中主要包含視頻質量檢測功能選擇與預警、報警參數設置。前者主要是結合攝像機運行環境(如大霧天氣)、檢測時間等的具體情況，選擇性的關閉相關視頻圖像診斷功能(如模糊檢測)，這樣可以降低誤報率；后者是結合各路攝像機實際運行狀態，對其設置相應的預警、預報參數，以便強化其適應性，減少誤報現象。具體運行中，用戶能夠在主觀感受基礎上對不同質量的圖像設置相對應的預警預報參數。

6 系統運用情況

目前，視頻圖像質量診斷功能已經列入國鐵集團 (原鐵道部、原中國鐵路總公司)綜合視頻監控系統的有關技術標準中，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，也發現了解決了一些典型問題，并進行了逐步優化和完善。

6.1 典型問題

(1)視頻畫面過暗問題：引起這一現象的因素不僅與攝像機安裝位置(機房內部)緊密聯系，而且與天氣條件息息相關，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。

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

圖3攝像機彩轉黑功能開啟?

6.2 可改進方面

從目前各局圖像質量診斷系統的使用情況看，主要問題包括：

(1)誤告警偏多問題：部分攝像頭診斷參數或門限設置不合理，導致系統較為“敏感”的問題，主要表現在：因設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”，其設置可取“經驗值”，需要結合實際環境、等因素進行長期摸索和綜合考量。

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

7 結語

信息時代，現代化信息技術高速發展，推動了圖像處理、識別及AI人工智能等技術的極大推廣，使得綜合視頻監控系統必將得到廣泛應用，也為其圖像質量診斷功能的高質量發揮提供了堅實的技術基礎和條件。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、準確性等方面具有明顯優勢，具有很強的綜合效益；新時期，科學技術日新月異，管理理念不斷優化，綜合視頻監控系統也逐漸向精細化、智能化、高可靠性和準確性等維護管理方向發展；通信設備設施的維護，也會逐漸適應網絡規模的擴大、設備數量的增加等客觀情形，在保證設備故障能夠及時發現、及時處理的前提下，向設備健康度趨勢性、預測性分析等方向發展，這對于圖像質量診斷技術來說，是非常切題的一個發展方向。

參考文獻

[1]中國鐵路總公司.Q/CR575-2017《鐵路綜合視頻監控系統技術規范》[S].北京:中國鐵路總公司,2017.

[2]邢素霞.紅外熱成像與信號處理[M].北京:國防工業出版社,2011.

[3]楊立等.紅外熱成像測溫原理與技術[M].北京:科學出版社,2012.

[4]潘孟春,何赟譯,陳棣湘.渦流熱成像檢測技術[M].北京:國防工業出版社,2013.

[5]田國良.熱紅外遙感[M].北京:電子工業出版社,2014.

[6]張建奇.紅外系統[M].西安:西安電子科技大學出版社,2016.

[7]陳錢.紅外圖像處理理論與技術[M].北京:電子工業出版社,2017.

[8]楊風暴.紅外物理與技術[M].西安:電子工業出版社,2014.

總結

以上是生活随笔為你收集整理的【论文】铁路综合视频监控系统图像质量诊断技术研究的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。