Từ quan sát đến hành động: Những đổi mới dựa trên trí tuệ nhân tạo đang thay đổi hệ thống camera giám sát đường sắt như thế nào?

 

Sự phát triển nhanh chóng của trí tuệ nhân tạo (AI) và phân tích video đang định hình lại bối cảnh giám sát đường sắt. Theo Liên đoàn Đường sắt Quốc tế (UIC), những tiến bộ này đã thúc đẩy việc phát hiện sự kiện chủ động, bảo trì dự đoán và nâng cao nhận thức tình huống.  Đặc biệt, những đổi mới dựa trên AI đang chuyển đổi các hệ thống CCTV trên tàu hỏa từ các công cụ giám sát cơ bản thành các giải pháp thông minh giúp tăng cường an toàn, hiệu quả hoạt động và khả năng kết nối. Bằng cách tận dụng điện toán biên, 5G và các thuật toán AI, các hệ thống này cho phép phân tích video thời gian thực, bảo trì dự đoán và tích hợp liền mạch các mạng hội tụ. 

Hơn nữa, xu hướng toàn cầu hướng tới tàu tự lái càng làm tăng tầm quan trọng của hệ thống camera giám sát trên tàu, vốn hiện cần xử lý dữ liệu độ phân giải cao, các mối đe dọa an ninh mạng và phân tích dữ liệu phức tạp. Trong bối cảnh này, các giải pháp chuyên biệt, bao gồm cơ sở hạ tầng có khả năng mở rộng, triển khai camera chiến lược và an ninh mạng tiên tiến, đang mở đường cho các hệ sinh thái đường sắt thông minh hơn, an toàn hơn và kết nối hơn.

Hệ thống camera giám sát trên tàu đang làm thay đổi hoạt động đường sắt như thế nào? 

Các đoàn tàu tự hành, có khả năng “nhìn”, “suy nghĩ” và “hành động” độc lập, đang thúc đẩy nhu cầu về các hệ thống camera giám sát thông minh. Các hệ thống camera giám sát trên tàu hiện đại không chỉ đơn thuần là giám sát; các hệ thống này tích hợp khả năng tính toán tiên tiến vào hoạt động của tàu. Nhiều ứng dụng thường sử dụng camera IP với điện toán biên và nền tảng trung tâm để phân phối các chức năng cốt lõi, cho phép xử lý dữ liệu hiệu quả gần nguồn. Các hệ thống này sử dụng phân tích luồng video cục bộ, thời gian thực và xử lý phân tán để đảm bảo hiệu suất không bị gián đoạn, ngay cả trong các tình huống ở vùng xa hoặc tốc độ cao. Trong khi đó, khả năng liên lạc liền mạch giữa tàu và mặt đất, được hỗ trợ bởi các nền tảng thông minh này, đang nâng cao tiêu chuẩn về an toàn, hiệu quả hoạt động và tích hợp hệ thống trong các hệ sinh thái đường sắt kết nối. Sự chuyển đổi này đang định hình lại vai trò của các hệ thống camera giám sát trên tàu ở một số khía cạnh quan trọng:

  • Video thời gian thực và phản hồi tức thì: Luồng video thời gian thực cho phép các tính năng quan trọng như truyền tín hiệu từ tàu xuống mặt đất, video theo yêu cầu, thông báo báo động và ghi hình trước, tạo điều kiện thuận lợi cho việc ra quyết định kịp thời trong quá trình vận hành.

  • Nâng cao khả năng giám sát bằng phân tích video thông minh (IVA) và trí tuệ nhân tạo (AI): Phân tích video dựa trên AI trong hệ thống camera giám sát trên xe cho phép phân tích hình ảnh, khai thác dữ liệu và bảo trì dự đoán, từ đó tăng cường độ tin cậy và hiệu quả hoạt động. Ví dụ, camera độ phân giải cao với phân tích AI tại chỗ có thể tự động phát hiện hành vi bất thường của hành khách hoặc theo dõi các vật cản, giảm thiểu sự phụ thuộc vào xử lý tập trung.

  • Điều tra sau sự cố: Hệ thống camera giám sát trên xe hỗ trợ sao lưu và truyền tải video, cho phép người vận hành xem lại đoạn phim đã ghi lại trong quá trình điều tra sau sự cố.

Các chương trình thí điểm cho hệ thống giám sát thông minh dựa trên AI đang được tiến hành ở nhiều quốc gia, ví dụ như Úc [2] và Vương quốc Anh [3] . Điều này có nghĩa là ngành đường sắt đang trải qua một quá trình chuyển đổi đáng kể sang các công nghệ giám sát thông minh hơn, kết nối với nhau. Tuy nhiên, chúng ta vẫn phải đối mặt với những thách thức cần được giải quyết trước khi triển khai đầy đủ.

Những thách thức của ngành

1. Sự phức tạp của phân tích video:
 

Phân tích video dựa trên trí tuệ nhân tạo trong các ứng dụng đường sắt đặt ra những thách thức đáng kể do tính chất năng động và đa dạng của nội dung video:

  • Camera bên trong: Khó khăn trong việc phân biệt các sự kiện quan trọng với các sự kiện không liên quan trong không gian chở khách đông đúc.
  • Camera ngoài trời: Cần có các thuật toán xử lý thay đổi nhanh và giảm thiểu hiện tượng nhòe do chuyển động để ghi lại cảnh vật chuyển động nhanh trên 150 km/h.

So với hệ thống camera giám sát thông thường, các kịch bản video phức tạp trong hệ thống camera giám sát trên tàu hỏa khiến việc triển khai phân tích video bằng trí tuệ nhân tạo trở nên khó khăn hơn.

2. Nhu cầu băng thông và dung lượng lưu trữ cao:


Lượng hành khách đi tàu tăng lên và những lo ngại về an toàn đã dẫn đến nhu cầu cao hơn đáng kể về chất lượng hình ảnh tốt hơn và phạm vi phủ sóng camera toàn diện hơn. Những tiến bộ trong công nghệ độ phân giải video đã cách mạng hóa việc giám sát, từ 720p lên 1080p, và hiện nay đạt đến độ rõ nét đáng kinh ngạc của 4K, cho phép giám sát độ phân giải cao với ít điểm mù hơn và chi tiết hơn.

Tuy nhiên, bước tiến vượt bậc về độ rõ nét hình ảnh này cũng đi kèm với những hạn chế. Khối lượng dữ liệu khổng lồ từ video độ phân giải cao đặt ra những thách thức đáng kể về mặt vận hành. Ví dụ, độ phân giải 4K tạo ra lượng dữ liệu gấp khoảng bốn lần so với 1080p, dẫn đến luồng video lớn hơn đáng kể, gây áp lực lớn lên băng thông và tài nguyên lưu trữ. Các giải pháp mạng và lưu trữ hiện có đang phải đối mặt với những thách thức ngày càng lớn trong việc quản lý hiệu quả những nhu cầu này.

3. Hội tụ mạng và bảo mật
Sau khi áp dụng tiêu chuẩn IEC 61375, các hệ thống đường sắt hiện nay thường sử dụng mạng hội tụ cho hệ thống điều khiển và quản lý tàu (TCSM) và hệ thống đa phương tiện và viễn thông trên tàu (OMTS). Sự tích hợp này có nghĩa là các hệ thống CCTV chia sẻ đường trục Ethernet với các hệ thống khác trên tàu, làm tăng rủi ro về an ninh mạng và quản lý băng thông.

Giải pháp chuyên biệt cho các thách thức trong giám sát đường sắt

1. Triển khai camera chiến lược


Việc mở rộng các ứng dụng AIoT và nhu cầu giám sát đa dạng đang thúc đẩy nhu cầu triển khai camera nhiều hơn trên tàu hỏa. Hơn nữa, cần nhiều loại camera khác nhau cho các môi trường lắp đặt khác nhau:

  • Camera ngày/đêm tích hợp đèn hồng ngoại dành cho cabin lái.
  • Camera tốc độ cao cho hình ảnh rõ nét trong điều kiện chuyển động nhanh.
  • Camera ngoài trời bền chắc, có thể chịu được điều kiện môi trường khắc nghiệt.

2. Việc áp dụng video độ phân giải cao


Giám sát video nhằm mục đích thu được hình ảnh sắc nét trên phạm vi rộng và khoảng cách xa. Nhờ công nghệ ống kính và cảm biến hình ảnh phát triển nhanh chóng, ngày càng có nhiều video độ phân giải cao hơn, bất kể khả năng phần cứng hay phần mềm. Các hệ thống CCTV trên xe dự kiến ​​sẽ chuẩn hóa độ phân giải cao hơn để tăng cường chi tiết. Ví dụ, độ phân giải 4K (3840 x 2160) đã trở nên phổ biến trong màn hình và thiết bị hiển thị video.

3. Giải pháp băng thông và lưu trữ


có khả năng mở rộng Xu hướng hướng tới độ phân giải hình ảnh cao hơn trong các camera CCTV gắn trên xe được hỗ trợ bởi sự sẵn có ngày càng tăng của các hệ thống mạng Gigabit, các bộ chuyển mạch với khả năng quản lý băng thông tiên tiến và dung lượng lưu trữ lớn (ví dụ: ổ cứng HDD 10TB hoặc lưu trữ đám mây). Video độ phân giải cao tiêu thụ băng thông và dung lượng lưu trữ nhiều hơn đáng kể so với các định dạng độ phân giải thấp hơn. Các mạng Gigabit giá cả phải chăng, kết hợp với các bộ chuyển mạch cung cấp khả năng ưu tiên lưu lượng mạnh mẽ để đảm bảo truyền dữ liệu video mượt mà, giúp cho các hệ thống giám sát video độ phân giải cao trở nên khả thi. Nhu cầu băng thông của camera CCTV độ nét cao hiện nay đã được quản lý dễ dàng nhờ những tiến bộ này, đảm bảo hiệu suất mạng đáng tin cậy.

4. Giải pháp an ninh mạng toàn diện


Bằng cách tích hợp hệ thống CCTV vào mạng hội tụ, các nhà khai thác đường sắt đang ưu tiên các biện pháp an ninh mạng phù hợp với tiêu chuẩn IEC 61375. Việc áp dụng tiêu chuẩn IEC 62443, với các hướng dẫn chi tiết về bảo mật hệ thống tự động hóa và điều khiển công nghiệp, ngày càng bổ sung cho các biện pháp này. Các thiết bị chuyển mạch và bộ định tuyến rất cần thiết cho kiến ​​trúc này, tạo thành xương sống để xử lý nhu cầu băng thông cao và cho phép giao tiếp thông suốt giữa các camera CCTV và các hệ thống quan trọng khác trên tàu.

Việc tích hợp các tính năng an ninh mạng tiên tiến—xác thực thiết bị, kiểm soát truy cập và giám sát lưu lượng truy cập thời gian thực—trực tiếp vào các thiết bị chuyển mạch cho phép các nhà khai thác tạo ra cơ sở hạ tầng mạng mạnh mẽ hơn. Áp dụng các chiến lược như kiến ​​trúc không tin tưởng (zero-trust architecture) và phát hiện xâm nhập dựa trên trí tuệ nhân tạo (AI) sẽ bảo vệ toàn bộ hệ thống tốt hơn nữa trước các mối đe dọa mạng đang phát triển. Cách tiếp cận toàn diện này củng cố tính toàn vẹn và độ tin cậy của các hệ thống trên tàu, bảo vệ cả tài sản vật lý và kỹ thuật số của mạng lưới đường sắt.

Phần kết luận

Mục tiêu của hầu hết các nhà cung cấp xe trong công nghệ ô tô hiện nay là phát triển các phương tiện tự lái hoàn toàn, đạt cấp độ 5. Hình ảnh thời gian thực từ camera trên xe là dữ liệu đầu vào quan trọng cho các hệ thống phân tích video AI, cung cấp hướng dẫn và quyết định lái xe tức thì. Chúng ta có thể dự đoán nhu cầu về camera, video độ phân giải cao và các giải pháp mạng mạnh mẽ hơn sẽ tăng lên khi công nghệ này phát triển.

Việc tích hợp các hệ thống CCTV tiên tiến không chỉ là nâng cấp công nghệ mà còn là sự chuyển đổi nền tảng hướng tới một hệ sinh thái đường sắt thông minh, kết nối. Sự hợp tác giữa các nhà cung cấp thiết bị đường sắt, các nhà tích hợp hệ thống, các nhà điều hành và các cơ quan quản lý sẽ rất quan trọng để hiện thực hóa tầm nhìn về một hệ sinh thái đường sắt thông minh. Với hơn 15 năm kinh nghiệm trong thị trường kỹ thuật số đường sắt, Moxa đang phát triển các camera CCTV 4K trên tàu và các giải pháp phân tích video dựa trên trí tuệ nhân tạo để cải thiện việc giám sát đường sắt.