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基于雷视拟合的周界入侵报警系统, 为铁路安全运营保驾护航

华为中国政企交通业务部 许强 蒙廷友 王通 刘天涯

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40多年以前,中国铁路营业里程只有5.17万公里,平均时速不到40公里。现如今,中国铁路营业里程高达14.14万公里(数据截至2020年7月)。其中,高速铁路达3.6万公里,稳居世界第一。现在,我国已建成世界上最现代化的铁路网和最发达的高铁网,成功把“中国高铁,领跑世界”的口号打响全球。

但是,挑战与机遇总是如影随形,铁路营业里程的增长随之而来的是人员对铁路的入侵事件频发,给铁路的安全运营带来重大隐患和威胁。2020年3月26日,交通运输部第10次部务会议通过《高速铁路安全防护管理办法》,联合公安部、自然资源部、生态环境部、住房和城乡建设部、水利部、应急管理部共同发布,并于2020年7月1日正式执行。此外,国家铁路局、国铁集团、各路局、铁科院及地方政府等部门也通过发布相关规范,推动采用先进技术以保障铁路线路的运营安全。

铁路周界入侵报警技术现状及问题

铁路周界的入侵防范主要包括人防、物防、技防模式。其中,人防是利用人工巡逻的方式对铁路关键位置进行巡查,不仅劳动强度大,巡检范围有限,且成本较高;物防是利用地势、围墙、栅栏、铁丝滚网等手段将铁路封闭,以防止人、物、动物侵入;技防是利用先进技术对周界环境变化进行检测,以保障铁路周界的安全。近年来,随着信息及智能技术的不断发展,技防已经成为新趋势,即通过提前感知线路周界环境的变化提前预警,以对铁路行车的安全保障发挥积极作用。

目前,周界入侵报警技术主要包括:振动光纤、电子围栏、红外对射、智能视频、微波阵列等,在实际应用中大都采用单一手段。但是,单一手段难以满足复杂铁路环境的要求,无法精确定位入侵位置,不仅很容易受到外界环境的影响而产生误报,而且难以对非法入侵事件形成联动报警,难以实现全天候及全域的检测,因此,并不能完全满足铁路运营的实际需求。

基于毫米波雷达+智能视频监控技术的融合感知

为保障铁路的安全运营,行业内已经有多项规章制度和技术规范明确提出,在高速铁路沿线采用先进的技术手段检测铁路周界的入侵行为,做到全域、全天候、长距离、精准定位、自动报警和跟踪,以确保铁路周界的安全。铁路周界入侵报警方案要求具备全域全场景的覆盖能力、全天候的检测能力、使用过程中的低误报能力及精准定位能力,并可通过统一监控平台实现对入侵事件的快速响应和联动处置。

国铁集团发布的《设计时速200公里及以上铁路区间线路视频监控设置有关补充标准》中要求,在铁路区间的视频监控应具备与周界入侵报警系统的联动接口,以及周界入侵行为的分析功能。针对高铁线路沿线部署综合视频监控系统的要求,报警方案可充分利用已有综合视频监控系统,通过智能视频分析技术实现对铁路沿线周界的安全防护。

随着AI芯片的成熟以及单位体积内算力的不断提升,智能前移是目前整个视频行业智能化的发展方向。华为智能视频监控方案所提供的SDC摄像机搭载AI芯片和视频、图像处理算法,在前端边缘节点完成入侵物的检测、识别、预警与跟踪基础上,利用云端强大的算力及多种视频算法,对入侵目标的视频和图片进行算法训练、模型优化,提升精度,并通过端云协同,让前端看得更清楚,识别得更准确,极大地降低入侵的误报率。

在华为提供的解决方案中,除智能视频监控技术的应用之外,毫米波雷达技术也是其中的一大亮点技术。毫米波雷达是指工作频段在毫米波频段的雷达,雷达通过天线向外发射毫米波,接收目标反射信号,经过雷达设备处理单元处理后就可快速准确地获取周围物理环境的信息,如物体之间的相对距离、相对速度、角度、运动方向等,再结合目标物体的动态信息进行数据融合,经中央处理单元进行智能处理后,对物体的信息进行目标追踪和识别分类。毫米波雷达具有精度高,抗干扰能力强等优势,支持全天候全天时场景,可提供高分辨多目标的识别能力,在支持低误报和远距离检测能力的同时,还具备精确的定位能力。

周界入侵报警方案的雷视拟合优势

华为创造性地把毫米波雷达技术与智能视频监控技术相结合,将雷视融合方案运用到复杂的线路周界环境,发挥雷达的全天候检测能力与视频监控系统现场图像可视化的优点,结合人工智能、大数据、网络通信、图像处理等多种技术,解决了传统技术方案存在的种种不足。

雷达+智能视频监控所构建的周界入侵报警系统由路局入侵检测中心、站段入侵告警中心和前端检测设备组成。

前端检测设备包括雷达、智能摄像机和声光报警器,以及为前端检测设备提供供电及网络传输的一体化机柜设备。毫米波雷达具有检测动态物体的优势,而视频则在检测静态物体方面具备优势。毫米波雷达与智能SDC摄像机相结合,并进行检测数据的融合计算,通过优势互补避免了各自的缺陷。

毫米波雷达不受光照、天气的影响,在雾天、雨天、夜晚、光照不佳等场景均可提供很好的运动物体检测性能。毫米波雷达与智能SDC摄像机融合,借助AI识别算法分别对雷达数据及视频数据进行智能化分析后,再调用融合算法进行进一步分析,就可实现对周界内入侵事件进行准确判断。入侵事件发生后,前端设备将入侵告警上报到告警中心,触发声光报警器,产生声光警告和驱离。监控中心人员在通过告警中心平台调用综合视频监控相机进行实况视频播放和轨迹跟踪,并同步拍照、录像留取证据的同时,可通过实时轨迹展示协助监控中心采取应对措施。

周界入侵告警方案三层架构

周界安全涉及前端感知,入侵业务处理及告警事件处理,华为基于雷视融合构建的周界入侵告警方案分为三层架构: 前端检测设备+网络传输:由雷达、智能摄像机以及配套的网络设备组成,主要功能为周界范围内入侵对象的检测、数据融合处理及传输;

站段告警中心:面向站段业务部门,负责前端检测设备接入、入侵告警处理、视频I/II节点的二次联动,对入侵事件进行确认、处置闭环,同时支持对前端检测设备进行设备管理和用户管理;

路局检测平台:面向管理层业务,对整体周界入侵事件进行复核、统计、态势管理等综合呈现。

雷达+智能视频周界入侵报警业务处理流程

雷视拟合技术将为保障铁路运营安全提供强力支撑

华为基于雷视融合技术所构建的铁路周界入侵告警方案已经在实际线路上开展测试,并取得较为理想的效果。

试验段位于某实际运营线路长度为1.2公里区间。采用单侧单向部署方式,分别在5处连续测试点架设入侵报警设备,包括毫米波雷达、智能摄像机及声光报警器,每个测试点覆盖范围约为200米。

在该试验段中,通过雷达和智能视频融合算法以及环境建模技术,消除了铁路环境的各种干扰因素,实现了对人员翻越栅栏、人员横跨铁路、路肩来回行走等场景的智能判断、实时检测、告警和轨迹跟踪等,整个过程没有产生误报和漏报。

我国高速铁路的发展需依靠科技与管理的创新,要保持世界领先就必须加大基础和应用技术创新成果的运用。华为通过将毫米波雷达与智能摄像机进行融合感知、协同计算,实现了全天候、全天时、全域、远距离、高精度的入侵目标识别、报警与跟踪的功能,全方位提升了铁路周界入侵报警方案的可用性。华为雷视融合技术大大提升高速铁路周界技术防护的可靠性,可为铁路运输的运营安全、预警预报及应急处理提供强有力支撑。

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