視頻結(jié)構(gòu)化分析技術(shù)推動(dòng)智慧城市大數(shù)據(jù)發(fā)展

□ 文/李 昊

視頻結(jié)構(gòu)化分析技術(shù)推動(dòng)智慧城市大數(shù)據(jù)發(fā)展

□ 文/李 昊

智慧城市建設(shè)的挑戰(zhàn)

十八大報(bào)告指出“堅(jiān)持走中國特色新型工業(yè)化、信息化、城鎮(zhèn)化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化道路，推動(dòng)信息化和工業(yè)化深度融合、工業(yè)化和城鎮(zhèn)化良性互動(dòng)、城鎮(zhèn)化和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化相互協(xié)調(diào)，促進(jìn)工業(yè)化、信息化、城鎮(zhèn)化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化同步發(fā)展?！?/p>

當(dāng)前，能源短缺、交通擁堵、環(huán)境污染、社會(huì)治安、城市規(guī)劃、社會(huì)保障等城市病的加速蔓延成為城市發(fā)展面臨的主要問題?？v觀人類歷史，從農(nóng)業(yè)社會(huì)到工業(yè)社會(huì)再到信息社會(huì)，每次變革的背后都是科技進(jìn)步在推動(dòng)。信息社會(huì)具備幾個(gè)主要特征：

1、信息網(wǎng)絡(luò)泛在化，高速寬帶融合無線的信息基礎(chǔ)設(shè)施將聯(lián)通所有人或物

2、公共管理高效化，精細(xì)管理、高效透明、將成為公共管理的必然趨勢

3、經(jīng)濟(jì)發(fā)展綠色化，高效、安全、便捷、低碳的數(shù)字經(jīng)濟(jì)將蓬勃興起

4、日常生活數(shù)字化，科學(xué)、綠色、便捷的數(shù)字化新生活將變成現(xiàn)實(shí)

5、公共服務(wù)網(wǎng)絡(luò)化，虛擬化、個(gè)性化、均等化的社會(huì)服務(wù)將無所不在

智慧城市的目標(biāo)是科學(xué)發(fā)展、高效管理、和諧社會(huì)、美好生活。從技術(shù)看，智慧城市是以物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等通信網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，通過物聯(lián)、互聯(lián)、智能，讓城市中各個(gè)功能彼此協(xié)調(diào)運(yùn)作，以智慧技術(shù)高度集成、智慧產(chǎn)業(yè)高端發(fā)展、智慧服務(wù)高效便民為主要特征的城市發(fā)展新模式。從本質(zhì)看，智慧城市是充分利用現(xiàn)代信息通信技術(shù)，匯聚人的智慧，使匯集智慧的人和具備智能的物互聯(lián)互動(dòng)，互補(bǔ)互促，以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)活動(dòng)最優(yōu)化的城市發(fā)展新模式和新形態(tài)。

智慧城市的特點(diǎn)是通過數(shù)字、互聯(lián)、感知、智能等先進(jìn)技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)一體化協(xié)同，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)信息系統(tǒng)的整合，將虛擬世界與物理世界融為一體，進(jìn)一步將信息化與工業(yè)、城市、生態(tài)融為一體。使城市規(guī)劃建設(shè)和管理服務(wù)等各功能單位之間，城市政府和企業(yè)居民等各主體之間更加協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)和諧發(fā)展。通過人、物、政府、企業(yè)之間的互動(dòng)實(shí)現(xiàn)城市治理模式和發(fā)展的創(chuàng)新。將城市資源配置最優(yōu)利用，經(jīng)濟(jì)活動(dòng)成本更低、效益更好、速度更好、精度更高、滿意更多。

大數(shù)據(jù)是智慧城市的核心

智慧城市系統(tǒng)屬于數(shù)據(jù)密集型科學(xué)，它不只是追求豐富的物質(zhì)資源，也不只是移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)帶來的多樣化便捷信息服務(wù)，更包含非物質(zhì)的數(shù)據(jù)資源的價(jià)值發(fā)現(xiàn)和價(jià)值轉(zhuǎn)換，以及由大數(shù)據(jù)帶來的精神文化領(lǐng)域的嶄新現(xiàn)象。數(shù)據(jù)來源于人類測量記錄分析世界的渴望和追求。隨著信息技術(shù)，尤其是傳感器、通信、計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用，人類獲取數(shù)據(jù)的手段越來越多，速度大大加快，成本急劇降低，層次和尺度更為精細(xì)，從而讓大數(shù)據(jù)成為信息社會(huì)的重要資產(chǎn)。

大數(shù)據(jù)的特征是大量性（規(guī)模超大、不斷攀升）、高速性（高速產(chǎn)生、處理高效）、多樣性（種類多樣、來源多樣）、低密性（有用數(shù)據(jù)提純）。每天，各行業(yè)的大數(shù)據(jù)都以10的三次方數(shù)量級(jí)增長，如何從中發(fā)現(xiàn)價(jià)值？海量數(shù)據(jù)給常規(guī)技術(shù)（獲取存儲(chǔ)管理、處理傳遞共享、關(guān)聯(lián)聚類分析）帶來了眾多挑戰(zhàn)。為了解決這些問題，通常從三個(gè)方向入手：

核心支撐：借助機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)融合等技術(shù)。

架構(gòu)支撐：采取眾包、并行數(shù)據(jù)庫、云計(jì)算等方式。

輔助支撐：借助信息安全、智能搜索、可視化等技術(shù)。

現(xiàn)在是大數(shù)據(jù)、小模型、小定律交叉，即使是同一類問題，每個(gè)城市也都不一樣，所以模型和程序要圍著數(shù)據(jù)傳。結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)庫或者數(shù)據(jù)倉庫解決，半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)使用網(wǎng)頁和搜索引擎等技術(shù)解決，非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)使用深度學(xué)習(xí)、網(wǎng)絡(luò)交互和群體智能解決。此外，大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)云計(jì)算架構(gòu)中心的進(jìn)化，云計(jì)算的應(yīng)用評估要充分考慮大數(shù)據(jù)的不確定性和價(jià)值的隱蔽性。

云計(jì)算為大數(shù)據(jù)提供支撐

近年來國家高度重視并大力推動(dòng)云計(jì)算及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展，云計(jì)算產(chǎn)業(yè)快速增長，2014年突破了1000億元。云計(jì)算的發(fā)展帶動(dòng)了信息制造業(yè)、軟件和信息服務(wù)業(yè)的快速發(fā)展，云計(jì)算已從技術(shù)導(dǎo)入階段進(jìn)入到了產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展、應(yīng)用迅速普及階段，國務(wù)院發(fā)文明確提出：到2020年，云計(jì)算應(yīng)用基本普及，云計(jì)算服務(wù)能力達(dá)到國際先進(jìn)水平。

云計(jì)算是信息化重要形態(tài)和大數(shù)據(jù)的重要支撐。近年來云計(jì)算系統(tǒng)的發(fā)展可分為四個(gè)階段：

1、提供技術(shù)，以IOE為代表，為用戶提供相關(guān)的技術(shù)，硬件和數(shù)據(jù)由使用者自己負(fù)責(zé)，這也是互聯(lián)網(wǎng)出現(xiàn)之前的主要思路。

2、基礎(chǔ)設(shè)施租賃，即IaaS時(shí)代，為用戶提供所有的基礎(chǔ)設(shè)施，用戶可以按需選擇是否使用服務(wù)提供商的技術(shù)服務(wù)。

3、提供SaaS，將軟件作為一種服務(wù)提供。

4、數(shù)據(jù)即服務(wù)，提供商交付的是一種見解，不再是單純的技術(shù)和硬件。通過挖掘行為信息，分析特征來提升用戶體驗(yàn)、提煉商業(yè)價(jià)值、解決決策問題。

平臺(tái)城市系統(tǒng)建設(shè)趨勢

在海量數(shù)據(jù)中,視頻因形式直觀內(nèi)容豐富，已成為一種極為重要的數(shù)據(jù)形式。如今,視頻攝像頭在生活中已經(jīng)隨處可見,無論是室內(nèi)還是室外,小區(qū)還是商場,各種社會(huì)公安安全場所都有監(jiān)控系統(tǒng)在發(fā)揮作用，尤其是在維護(hù)穩(wěn)定、反恐處突、治安防范、偵查破案、服務(wù)群眾等工作實(shí)踐中，視頻監(jiān)控技術(shù)在構(gòu)筑全天候全方位治安防控體系中具有強(qiáng)大的優(yōu)勢。視頻監(jiān)控技術(shù)通過實(shí)時(shí)顯示監(jiān)控區(qū)域現(xiàn)場圖像和回放歷史場景的功能，具有發(fā)現(xiàn)犯罪、預(yù)防犯罪、威懾犯罪和鎖定目標(biāo)、提供線索、固定證據(jù)等重要作用，已經(jīng)成為繼刑偵、技偵、網(wǎng)偵技術(shù)之后的“第四大技術(shù)支柱”。

從2004年開始,我國就開始了平安城市的建設(shè),通過以點(diǎn)帶面的監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè),實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)之間的聯(lián)網(wǎng)和視頻數(shù)據(jù)的共享,為城市安防等提供信息支撐和保障,這要求監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化和智能化。為增強(qiáng)打防管控的系統(tǒng)性、整體性和協(xié)同性，切實(shí)發(fā)揮治安防控的整體效能，中辦國辦先后印發(fā)了《關(guān)于加強(qiáng)社會(huì)治安防控體系建設(shè)的意見》,國家發(fā)改委、中央綜治辦、公安部等9部委聯(lián)合印發(fā)了《關(guān)于加強(qiáng)公共安全視頻監(jiān)控建設(shè)聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用工作的若干意見》,要求進(jìn)一步加大視頻監(jiān)控網(wǎng)建設(shè)力度，擴(kuò)大視頻監(jiān)控覆蓋范圍，加強(qiáng)視頻圖像領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān),針對提升視頻圖像信息應(yīng)用效能等方面提出了明確要求。

智慧型平安城市的大數(shù)據(jù)應(yīng)用，集中體現(xiàn)在公安實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用平臺(tái)和交通指揮管控平臺(tái)的建設(shè)，要求在目前公安視頻聯(lián)網(wǎng)共享平臺(tái)的基礎(chǔ)上，引入智能視頻應(yīng)用相關(guān)技術(shù)，將自動(dòng)提取視頻特征與人工標(biāo)識(shí)相結(jié)合，關(guān)聯(lián)現(xiàn)有信息綜合資源庫，與刑偵、技偵、網(wǎng)安、情報(bào)等部門信息結(jié)合起來，建設(shè)高效實(shí)用的圖偵業(yè)務(wù)系統(tǒng)，提升視頻監(jiān)控圖像在增加識(shí)別、智能化感知、主動(dòng)預(yù)警等方面的應(yīng)用水平，整合跨警種、跨平臺(tái)、跨部門之間的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域跨部門的信息分析，為科學(xué)決策提供依據(jù)。

公安大數(shù)據(jù)面臨的主要問題

視頻作為基礎(chǔ)資源，提供了大量的圖像信息，但存在如下問題：1）民警主要關(guān)注的是圖像中的人、車、物、事件等基礎(chǔ)情報(bào)信息，而實(shí)際上監(jiān)控圖像資源中包含大量冗余的數(shù)據(jù)信息。目前缺少自動(dòng)提取與挖掘關(guān)鍵信息的手段。面對日益龐大的視頻數(shù)據(jù),想要快速準(zhǔn)確地找到用戶感興趣的內(nèi)容十分困難。2）視頻圖像占存儲(chǔ)空間大，監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)通常只存儲(chǔ)一個(gè)月，關(guān)鍵信息無法得到長時(shí)間保存。

從形式上看，數(shù)據(jù)可以分為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。大數(shù)據(jù)時(shí)代，絕大部分?jǐn)?shù)據(jù)是非結(jié)構(gòu)化的圖像和視頻數(shù)據(jù)，大數(shù)據(jù)在一定程度上就是意味著視頻大數(shù)據(jù)。因此，在智能化的視頻監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中,除了基本的人工監(jiān)視和數(shù)據(jù)記錄以外,一定要對監(jiān)控視頻進(jìn)行結(jié)構(gòu)化即智能化處理,需要對視頻當(dāng)中的人、車和其他重要事物進(jìn)行識(shí)別、檢索和行為分析,并根據(jù)結(jié)果提供適當(dāng)?shù)奶崾?。在對視頻的智能處理當(dāng)中,視頻檢索技術(shù)顯得尤為基礎(chǔ)和重要,

視頻檢索主要有文本檢索和內(nèi)容檢索兩種方式：

基于文本的檢索——通過對視頻進(jìn)行人工標(biāo)注，將圖像信息轉(zhuǎn)換成文本標(biāo)注（相當(dāng)于增加標(biāo)簽），通過文本檢索的相關(guān)技術(shù)如關(guān)鍵字技術(shù)進(jìn)行檢索，這種方式對視頻信息內(nèi)容進(jìn)行了壓縮，簡化了查詢的流程，提高了檢索速度，減少了檢索的數(shù)據(jù)量和時(shí)間成本，一般對視頻信息內(nèi)容會(huì)有語義上的概括，比較適合利用主題查詢的場景。但是人工標(biāo)注耗時(shí)較長，受標(biāo)注者主觀影響較大，用戶有時(shí)并不能準(zhǔn)確描述其所想搜索內(nèi)容的主題，關(guān)鍵字提取困難，而且由于標(biāo)簽難以完全概括視頻內(nèi)容,導(dǎo)致查詢的準(zhǔn)確度并不高,檢索結(jié)果差強(qiáng)人意，這也導(dǎo)致了傳統(tǒng)的基于文本的視頻檢索方式越來越不能滿足用戶需要。

基于內(nèi)容的檢索——用戶希望的是有形式更為豐富的輸入,如不僅限于關(guān)鍵字等,可以利用圖例、草圖、語音描述等等來作為搜索輸入條件。而檢索的內(nèi)容也不限于視頻的主題,而可能是視頻中某一個(gè)場景的故事,某個(gè)鏡頭是否發(fā)生了某種事件等等。因此，綜合利用數(shù)字圖像處理、模式識(shí)別、圖像理解和機(jī)器學(xué)習(xí)等多種技術(shù),通過對視頻內(nèi)容進(jìn)行語義上的理解，結(jié)合視頻的前后時(shí)段信息，組合用戶的各種檢索條件實(shí)現(xiàn)快速檢索，已經(jīng)成為目前視頻檢索領(lǐng)域研究和發(fā)展的重點(diǎn)。

現(xiàn)有視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)存在著缺乏深度應(yīng)用的模式。其應(yīng)用的瓶頸是視頻信息如何高效提取，如何同其他信息系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)交換、互聯(lián)互通及語義互操作。解決這一問題的核心技術(shù)即是視頻結(jié)構(gòu)化描述，通過視頻結(jié)構(gòu)化分析技術(shù)和大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)以機(jī)器自動(dòng)處理為主的視頻信息處理和分析，快速提取實(shí)時(shí)監(jiān)控視頻或監(jiān)控錄像中的視頻信息，使得安防平臺(tái)能夠?qū)ΡO(jiān)控區(qū)域的錄像文件進(jìn)行特征分析（如人、車、物、顏色、大小、方向、時(shí)間、地點(diǎn)等），使原來需要數(shù)小時(shí)查看的文件，以十幾倍的速度快速瀏覽查看。

實(shí)現(xiàn)視頻結(jié)構(gòu)化的技術(shù)路線

目前公安實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用平臺(tái)的建設(shè)重心主要包括：前置智能分析和結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)上傳、構(gòu)建圖像信息數(shù)據(jù)庫、強(qiáng)化視頻偵查/態(tài)勢分析/指揮調(diào)度等業(yè)務(wù)。其中，前置智能分析技術(shù)尤為關(guān)鍵，它可以提供基于人車目標(biāo)的特征提取，實(shí)現(xiàn)基于事件的信息挖掘，將結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)寫入H.264或H.265視頻流中回傳到中心平臺(tái)，將圖像信息轉(zhuǎn)換成有價(jià)值數(shù)據(jù)，形成視頻線索，協(xié)助民警快速辦案。下面，以天地偉業(yè)推出的星卡口產(chǎn)品為例，介紹前置智能分析的具體應(yīng)用。

針對城市道路監(jiān)控系統(tǒng)前端攝像機(jī)的星卡口技術(shù)，是面向城市治安防控和交通管理的融合型應(yīng)用。在滿足常規(guī)道路監(jiān)控系統(tǒng)對道路斷面全覆蓋的視頻監(jiān)控需求以及全天候的高清錄像需求的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了全畫面視頻檢測、視頻跟蹤、車牌識(shí)別等多種技術(shù)應(yīng)用，讓道路監(jiān)控?cái)z像機(jī)，不僅采集視頻，還可以檢測抓拍車輛通行軌跡、自動(dòng)識(shí)別提取車輛特征屬性（車牌號(hào)碼、車牌顏色、車身顏色等）。以天地偉業(yè)推出的星卡口系列智能道路監(jiān)控?cái)z像機(jī)為例，具備如下特點(diǎn)：

●具備視頻監(jiān)控、卡口功能，一機(jī)多用，支持H.265、H.264HP/MP/BP、M-JPEG編碼，適用場景廣泛

●采用星光級(jí)CMOS傳感器，超低照度，無需專用的補(bǔ)光燈可得到清晰的抓拍效果，降低了系統(tǒng)建設(shè)成本

●相比標(biāo)準(zhǔn)卡口視野更廣，無需正對車道即可有較高的抓拍率和識(shí)別率，安裝方式同監(jiān)控相機(jī)立桿，布點(diǎn)方便，施工成本低

●支持結(jié)構(gòu)化語義，支持智能識(shí)別功能：內(nèi)置車牌識(shí)別功能、車牌顏色識(shí)別功能、車身顏色識(shí)別功能、車型識(shí)別功能、車流量統(tǒng)計(jì)；支持機(jī)非人抓拍

●抓拍率：白天三車道（從近到遠(yuǎn)）分別為90%/90%/80%，夜間三車道（從近到遠(yuǎn)）分別為90%/80%/80%

●識(shí)別率：白天為90%，夜間為80%

星卡口技術(shù)解決了傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，針對海量視頻錄像，投入大量人力進(jìn)行人工查證的問題，實(shí)現(xiàn)了事后查證到事前防控的轉(zhuǎn)變。它適用于城市道路、主干道、次干道、支路等城市道路環(huán)境，主要用于次干道及支路的道路路面監(jiān)控。

星卡口系列智能監(jiān)控抓拍攝像機(jī)在滿足日常視頻監(jiān)控需求的基礎(chǔ)上，通過實(shí)時(shí)智能識(shí)別、軌跡跟蹤，準(zhǔn)確記錄過往車輛經(jīng)過的信息，清晰辨別車身、車牌號(hào)、車型等特征，包括機(jī)動(dòng)車經(jīng)過的地點(diǎn)、行駛方向、經(jīng)過時(shí)間、號(hào)牌號(hào)碼、號(hào)牌顏色、車輛類型等內(nèi)容。同時(shí)自動(dòng)對車輛牌照進(jìn)行識(shí)別，包括車牌號(hào)碼、車牌顏色和車型等，通過對運(yùn)動(dòng)車輛的運(yùn)行軌跡分析、視頻跟蹤，達(dá)到準(zhǔn)確抓拍。星卡口產(chǎn)品通過智能車牌角度檢測、傾斜矯正和圖像旋轉(zhuǎn)等高科技手段，支持大角度識(shí)別，在斜視角度下能提高識(shí)別準(zhǔn)確率，并具備視頻測速功能，達(dá)到準(zhǔn)確識(shí)別出車牌信息的效果。此外，該產(chǎn)品還具備非機(jī)動(dòng)車和行人檢測功能，記錄信息更全面，這些實(shí)時(shí)記錄的信息，直接傳到公安實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)視頻結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，減少了人工查詢海量視頻錄像的壓力，能夠快速檢索特征信息，定位到指定時(shí)間段的視頻，提高了公安、交警查辦案件的效率。

結(jié)束語

在管理層逐步融入數(shù)據(jù)化思惟，應(yīng)用大數(shù)據(jù)是不僅是驗(yàn)證或者證明我們已經(jīng)知道的，而且還要發(fā)現(xiàn)我們所不知道的。智慧城市正在成為城市發(fā)展的一種理念、模式、創(chuàng)新和目標(biāo)，也是傳統(tǒng)城市的改造和新生，將促進(jìn)城市的轉(zhuǎn)型升級(jí)。

作者為天津社會(huì)公共安全產(chǎn)品與技術(shù)檢驗(yàn)中心主任