淺談高清視頻智能分析在環(huán)保監(jiān)控中的應(yīng)用

■張茂

對(duì)于智能環(huán)保這塊廣闊天地，高清數(shù)字網(wǎng)絡(luò)化、智能化、人性化、規(guī)范化、適用化，安防企業(yè)大有作為，高清智能分析技術(shù)對(duì)于環(huán)保應(yīng)用來(lái)說(shuō)任重道遠(yuǎn)，是挑戰(zhàn)，更是機(jī)遇。

前言

我國(guó)對(duì)環(huán)保問(wèn)題也高度重視，國(guó)務(wù)院發(fā)布的節(jié)能減排綜合性工作方案，建立了節(jié)能減排統(tǒng)計(jì)、監(jiān)測(cè)、考核指標(biāo)體系和目標(biāo)責(zé)任制考核評(píng)價(jià)制度，加大了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整力度，明確要求對(duì)國(guó)家重點(diǎn)監(jiān)控的污染源和治理設(shè)施實(shí)行自動(dòng)在線監(jiān)控。環(huán)保領(lǐng)域安防監(jiān)控顯得尤為重要?，F(xiàn)在的環(huán)保系統(tǒng)，除視、音頻監(jiān)控外，已越來(lái)越呈現(xiàn)出污染源監(jiān)控圖像與數(shù)據(jù)的同步顯示、智能化分析、數(shù)據(jù)異常告警聯(lián)動(dòng)、突發(fā)環(huán)保事件的可視化預(yù)案處置、應(yīng)急指揮調(diào)度等一系列應(yīng)用趨勢(shì)。對(duì)于智能環(huán)保這塊廣闊天地，高清數(shù)字網(wǎng)絡(luò)化、智能化、人性化、規(guī)范化、適用化，安防企業(yè)大有作為，高清智能分析技術(shù)對(duì)于環(huán)保應(yīng)用來(lái)說(shuō)任重道遠(yuǎn)，是挑戰(zhàn)，更是機(jī)遇。

視頻監(jiān)控整合于環(huán)境檢測(cè)體系

近年來(lái)，在國(guó)家大力倡導(dǎo)構(gòu)建資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的方針指導(dǎo)下，我國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)也得以明顯改善。目前的環(huán)境監(jiān)測(cè)體系中還整合了環(huán)境視頻監(jiān)控系統(tǒng)。在環(huán)保監(jiān)控系統(tǒng)中，前端設(shè)備亦多被“安插”在排污現(xiàn)場(chǎng)，采集排放口和污水處理設(shè)施的視頻信號(hào)，并傳送到監(jiān)控主機(jī)上，監(jiān)控主機(jī)將這些信號(hào)和數(shù)據(jù)通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)江h(huán)保局監(jiān)控中心。系統(tǒng)可以很好地掌握到企業(yè)污染設(shè)備有無(wú)正常運(yùn)轉(zhuǎn)、有無(wú)偷排現(xiàn)象，也便于實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)相關(guān)數(shù)據(jù)。環(huán)境監(jiān)測(cè)的內(nèi)容主要集中在工業(yè)污染源。其一般涉及在線儀器監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)通訊、數(shù)據(jù)庫(kù)管理應(yīng)用和信息管理等多方面環(huán)節(jié)。監(jiān)測(cè)的核心在于采集具有時(shí)效性、可靠性的環(huán)境信息，通過(guò)先進(jìn)的傳輸技術(shù)提供實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)；利用先進(jìn)的信息挖掘手段，提高環(huán)境信息利用率和共享程度，最大化地為環(huán)境監(jiān)測(cè)與管理提供及時(shí)、科學(xué)的依據(jù)。

視頻監(jiān)控和環(huán)境監(jiān)測(cè)的結(jié)合不再是生拼硬湊。通過(guò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)與環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的對(duì)接以及圖像與數(shù)據(jù)的疊加和關(guān)聯(lián)特性，可以很方便地看到監(jiān)測(cè)點(diǎn)圖像和數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與圖像關(guān)聯(lián)?？磾?shù)據(jù)的時(shí)候能夠看到圖像，看圖像的時(shí)候也能夠看到數(shù)據(jù)。通過(guò)視頻和數(shù)據(jù)的結(jié)合，可以有效防止虛假數(shù)據(jù)，并及時(shí)直觀的發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題。

智能高清視頻監(jiān)控應(yīng)用已經(jīng)成為目前環(huán)境監(jiān)控的發(fā)展趨勢(shì)。高清技術(shù)與IP技術(shù)結(jié)合，將為用戶提供前所未有的數(shù)據(jù)傳輸量和畫質(zhì)體驗(yàn)。通過(guò)高清1080p、720p視頻監(jiān)控系統(tǒng)，用戶將能夠分辨出最細(xì)微的圖片細(xì)節(jié)和現(xiàn)場(chǎng)的真實(shí)情況，適用于更多環(huán)保監(jiān)控系統(tǒng)中污水、大氣、粉塵現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控的實(shí)際需要。高清視頻監(jiān)控將為環(huán)境監(jiān)控來(lái)來(lái)更強(qiáng)的易用性、清晰度，以及更多復(fù)雜環(huán)境的監(jiān)控應(yīng)用。

智能分析系統(tǒng)可以通過(guò)對(duì)視頻、音頻以及數(shù)據(jù)的獲取和分析，判別環(huán)境狀況是否正常，如出現(xiàn)污染物超標(biāo)等異常情況，則會(huì)自動(dòng)進(jìn)行報(bào)警，提示環(huán)境監(jiān)測(cè)和管理部門注意并及時(shí)進(jìn)行處理，遏制重大污染事件的發(fā)生。

同時(shí)，智能分析系統(tǒng)通過(guò)對(duì)視頻、音頻以及數(shù)據(jù)的獲取和分析，系統(tǒng)傳感的聯(lián)運(yùn)動(dòng)作來(lái)判別環(huán)境狀況是否正常，如出現(xiàn)污染物超標(biāo)等異常情況，則會(huì)自動(dòng)進(jìn)行報(bào)警，提示環(huán)境監(jiān)測(cè)和管理部門注意并及時(shí)進(jìn)行處理，遏制重大污染事件的發(fā)生。

雖然在實(shí)際項(xiàng)目中環(huán)境監(jiān)控的主流仍是以有線監(jiān)控局域網(wǎng)絡(luò)為主，但由于高清視頻的先進(jìn)無(wú)線技術(shù)亦成為環(huán)保監(jiān)控不可或缺的一部分。

高清智能視頻監(jiān)控的市場(chǎng)現(xiàn)狀

經(jīng)過(guò)近幾年的迅猛發(fā)展，智能視頻分析技術(shù)對(duì)人們來(lái)說(shuō)已不再陌生。從業(yè)人數(shù)的增加、企業(yè)數(shù)量的攀升、技術(shù)的不斷提高，帶動(dòng)了國(guó)內(nèi)智能視頻監(jiān)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前的智能化視頻監(jiān)控主要包括：身份識(shí)別、智能行為分析、視頻診斷等。其中身份識(shí)別包括人臉識(shí)別、車牌識(shí)別等；智能行為分析包括虛擬警戒區(qū)域、智能跟蹤、物體的遺留和丟失、異常行為檢測(cè)、人員聚集等；視頻診斷主要檢測(cè)視頻信號(hào)異常、畫面凍結(jié)、鏡頭的遮擋和偏移、抖動(dòng)等。

智能視頻分析技術(shù)起源于國(guó)外，但是，在智能視頻監(jiān)控市場(chǎng)需求快速增長(zhǎng)的刺激下，國(guó)內(nèi)安防廠商和一些研究所開(kāi)始進(jìn)行自主研發(fā)及與外國(guó)公司進(jìn)行技術(shù)合作從事產(chǎn)品生產(chǎn)。目前，國(guó)內(nèi)專注于智能視頻分析領(lǐng)域的廠商也越來(lái)越多。從產(chǎn)品形態(tài)來(lái)看，目前市場(chǎng)上存在的智能視頻分析技術(shù)相關(guān)產(chǎn)品主要分為嵌入式視頻分析產(chǎn)品與純軟件視頻分析產(chǎn)品兩大類。嵌入式視頻分析產(chǎn)品的主要有智能一體攝像機(jī)、智能DVR等，一般應(yīng)用在監(jiān)控系統(tǒng)的前端。純軟件視頻分析產(chǎn)品主要運(yùn)行于普通PC或服務(wù)器上，使之成為智能視頻分析服務(wù)器。

高清智能視頻監(jiān)控的問(wèn)題與完善

目前，有不少?gòu)S家提供智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)與解決方案，但不論是前端嵌入式視頻分析產(chǎn)品還是后端純軟件視頻分析產(chǎn)品，不論是國(guó)內(nèi)的產(chǎn)品還是國(guó)外的產(chǎn)品，與用戶的真正需求都還有相當(dāng)?shù)木嚯x，智能視頻分析技術(shù)的未來(lái)之路仍然不乏挑戰(zhàn)。主要存在的問(wèn)題有：誤報(bào)、漏報(bào)、缺乏行為判斷能力、實(shí)時(shí)性與魯棒性難以兼顧等等。為提升智能視頻分析產(chǎn)品的應(yīng)用性，在完善核心算法的同時(shí)，必然將向以下方向發(fā)展：

首先，要提高視頻分析功能模塊的適應(yīng)性，使之適應(yīng)更為復(fù)雜和多變的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，提高產(chǎn)品的魯棒性。系統(tǒng)的魯棒性的提高，必然要增加算法的復(fù)雜度，要兼顧實(shí)時(shí)性的需求，我們可以引入對(duì)GPU的應(yīng)用。同時(shí)智能視頻監(jiān)控技術(shù)與云計(jì)算技術(shù)相結(jié)合是未來(lái)發(fā)展的一個(gè)必然趨勢(shì)。 其次，要立足行業(yè)用戶需求，推出具有針對(duì)性的產(chǎn)品，以識(shí)別和分析更多的行為和異常事件，提高產(chǎn)品的判別能力。對(duì)于視頻監(jiān)控的需求，特別是對(duì)于智能視頻分析技術(shù)的應(yīng)用需求，不同的行業(yè)間一般有著非常明顯的差異，由此也決定了不同行業(yè)檢測(cè)行為類型與異常事件的差異性。只有把整個(gè)垂直行業(yè)所需的主要功能滿足，才能真正提供完善而全面的解決方案。

另外，必須完善產(chǎn)品性能指標(biāo)，提高產(chǎn)品檢測(cè)率，降低誤報(bào)、漏報(bào)。

智能視頻監(jiān)控的應(yīng)用前景

近年來(lái)，中國(guó)視頻監(jiān)控市場(chǎng)受北京奧運(yùn)會(huì)、上海世博會(huì)、廣州亞運(yùn)會(huì)、深圳大運(yùn)會(huì)等大型活動(dòng)的安保項(xiàng)目以及智慧城市、智能交通等各行業(yè)視頻監(jiān)控需求快速增長(zhǎng)等因素的刺激和拉動(dòng)，取得了快速發(fā)展，整體市場(chǎng)規(guī)模迅速擴(kuò)大。另外，加速轉(zhuǎn)型的中國(guó)社會(huì)面臨越來(lái)越多的不穩(wěn)定因素，社會(huì)治安防范日益復(fù)雜，未來(lái)用于維護(hù)公共安全的投資將呈穩(wěn)定增長(zhǎng)。2011年，《中國(guó)安防行業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》正式出臺(tái)，規(guī)劃提出，到“十二五”末期，安防行業(yè)要實(shí)現(xiàn)安防產(chǎn)業(yè)規(guī)模翻一番的總體目標(biāo)，年增長(zhǎng)率達(dá)到20%左右；到2015年，安防行業(yè)總產(chǎn)值將達(dá)到5000億元。目前，智能視頻監(jiān)控在包括智慧城市建設(shè)、地鐵城軌、智能交通、大型活動(dòng)、環(huán)保管理、森林防火、校園監(jiān)控、社區(qū)家庭等諸多領(lǐng)域全面鋪開(kāi)。

環(huán)境監(jiān)控應(yīng)用現(xiàn)狀及瓶頸分析

基于上述背景，各種各樣的環(huán)保監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，并得到了廣泛部署和應(yīng)用。但是，目前絕大部分環(huán)保監(jiān)測(cè)系統(tǒng)僅僅實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)功能，比如實(shí)時(shí)采集和監(jiān)測(cè)排污點(diǎn)的二氧化硫和化學(xué)需氧量排放量，而沒(méi)有實(shí)現(xiàn)圖像監(jiān)控功能，不能直觀的看到排污點(diǎn)實(shí)際圖像，對(duì)污染的實(shí)際狀況掌握不夠充分。為此，建立以各級(jí)環(huán)保部門為中心、相關(guān)排污企業(yè)為分支點(diǎn)的污染源視頻監(jiān)控系統(tǒng)勢(shì)在必行。

傳統(tǒng)的模擬圖像的視頻監(jiān)控通常是基于本地化的監(jiān)控應(yīng)用，各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)獨(dú)立組建監(jiān)控體系，雖然可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的調(diào)閱圖像功能，但是由于缺乏統(tǒng)一的規(guī)劃和設(shè)計(jì)，對(duì)于如何根據(jù)環(huán)境監(jiān)控業(yè)務(wù)特點(diǎn)更加方便靈活的調(diào)閱圖像、數(shù)據(jù)及出現(xiàn)突發(fā)環(huán)境事件的應(yīng)急指揮還缺乏足夠的思考，造成了環(huán)境監(jiān)控工作的被動(dòng)。

同時(shí)，由于模擬攝像機(jī)技術(shù)上對(duì)清晰度的限制，絕大多數(shù)的模擬攝像設(shè)備只能提供基于CIF、4CIF、D1格式的影像資料，每當(dāng)環(huán)境污染事件發(fā)生時(shí)，錄像畫面只能勉強(qiáng)呈現(xiàn)污染現(xiàn)場(chǎng)的輪廓，污染細(xì)節(jié)卻模糊不清，根本起不到提供現(xiàn)場(chǎng)證明、線索的關(guān)鍵作用。而且這些視頻影像資料只限于圖像的瀏覽應(yīng)用，無(wú)論在圖像的清晰度、流暢度以環(huán)境數(shù)據(jù)應(yīng)用等方面都已經(jīng)無(wú)法滿足目前環(huán)保系統(tǒng)的高清、數(shù)據(jù)化同步等需求，制約了環(huán)保系統(tǒng)對(duì)染污源監(jiān)測(cè)和管控的整體效果。

高清智能網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控在環(huán)保監(jiān)控的應(yīng)用

針對(duì)環(huán)保監(jiān)控的實(shí)際需求，結(jié)合先進(jìn)的技術(shù)及應(yīng)用，安防企業(yè)提出高清智能網(wǎng)絡(luò)化環(huán)保監(jiān)控方案，方案以IP傳輸網(wǎng)絡(luò)，H.264協(xié)議群為傳輸基礎(chǔ)，是集1080p、720p高清圖像、音頻監(jiān)控及對(duì)講、數(shù)據(jù)疊加、智能化分析及告警、可視化指揮調(diào)度為一體的綜合型應(yīng)用系統(tǒng)。

通過(guò)高清智能網(wǎng)絡(luò)環(huán)保監(jiān)控方案，可實(shí)現(xiàn)視音頻及報(bào)警信息的采集、傳輸/轉(zhuǎn)換、顯示/存儲(chǔ)，進(jìn)行權(quán)限管理，保證信息的安全、可視化的環(huán)保事件的應(yīng)急預(yù)案管理和調(diào)度等多項(xiàng)功能。通過(guò)攝像系統(tǒng)對(duì)污染事件頻發(fā)的區(qū)域進(jìn)行連續(xù)監(jiān)視，通過(guò)控制中心和分控中心遙控的方式調(diào)整監(jiān)視區(qū)域和染污源監(jiān)控點(diǎn)，環(huán)保部門足不出戶即能實(shí)時(shí)了解情況并進(jìn)行監(jiān)督，一旦發(fā)生污染事件，可查閱現(xiàn)場(chǎng)錄像記錄，并與環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)疊加同步顯示，為調(diào)查和處理提供方便，把現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控模式由傳統(tǒng)的單一型、粗放型向綜合型、智能化、集約型轉(zhuǎn)變，提高了環(huán)境管理的效率。

結(jié)束語(yǔ)

未來(lái)是高清智能技術(shù)高速發(fā)展的黃金時(shí)期，智能環(huán)保應(yīng)用的范圍也會(huì)越來(lái)越廣。在安防市場(chǎng)群雄并起的時(shí)代，加快高清智能分析技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，成為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化、智能化、精細(xì)化發(fā)展重要推動(dòng)力。高清智能分析技術(shù)對(duì)于環(huán)保應(yīng)用來(lái)說(shuō)任重道遠(yuǎn)，是挑戰(zhàn)，更是機(jī)遇。安防企業(yè)應(yīng)利用網(wǎng)絡(luò)高清勢(shì)頭，順勢(shì)而起抓住這個(gè)機(jī)遇，就得早布局，早行動(dòng)起來(lái)。

隨著科技的發(fā)達(dá)和人們需求事實(shí)的理念、安全與進(jìn)步，單獨(dú)的數(shù)據(jù)信息已經(jīng)滿足不了實(shí)事求是的需求，因此，高清視頻智能分析的出現(xiàn)，給安防企業(yè)在環(huán)保領(lǐng)域的明天繁衍生息，增添了新的動(dòng)力，帶來(lái)了新的希望。