視頻分析技術(shù)保障校園安防

文/宋賢霞 張紅 蒙創(chuàng)德 楊惠國等

校園安防現(xiàn)狀與問題

近年來，校園暴力事件的頻頻曝光，引發(fā)全社會高度關注，各個高校也紛紛出臺相應政策，投入大量資金在校園安全中，希望能夠為師生筑起一個“平安校園”，但是隨著高校師生數(shù)量的增多，校園面積的不斷擴大，校園越來越開放，高校師生的安全防衛(wèi)意識不強，這都對學校的安防管理提出挑戰(zhàn)。目前校園安防主要以人防與物防為主，學校一方面加大安防人員隊伍的建設與管理；另一方面將攝像頭、高清顯示屏、交換機、存儲等設備引入校園安防中，通過人眼監(jiān)控校園。然而人防與物防的缺點也表現(xiàn)得越來越明顯，例如學校沒有那么多的安防人力資源與資金投入；安防人員無法時時刻刻關注到每一個人及每一個角落；校園安防系統(tǒng)的建設主要依賴視頻監(jiān)控；出現(xiàn)問題只能通過視頻監(jiān)控查找對應時間的錄像回放等等，這些都難以滿足智慧化校園安防建設的需求。校園安防的技防建設正處于萌芽階段，將視頻分析技術(shù)引入到校園安防系統(tǒng)中，將校園監(jiān)控平臺的值守人員從枯燥、繁雜、效率低下的人眼監(jiān)控中解放出來，讓計算機代替人進行監(jiān)控和分析，通過對海量圖像、視頻記錄進行數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)挖掘，實現(xiàn)校園環(huán)境全自動、全方位、全天候智能安全防控，實時、快速、準確采集相關防控數(shù)據(jù)信息，并以最優(yōu)的方式觸發(fā)相關動作處理，實現(xiàn)事前有效預警、事中最優(yōu)處理、事后及時取證的智慧安防系統(tǒng)[1]。

視頻分析技術(shù)

這些年計算機圖像處理技術(shù)與計算機模式識別技術(shù)有了突飛猛進的發(fā)展，視頻分析技術(shù)作為圖像處理與模式識別的一個分支，其智能分析算法也有了大大改進，并得到廣泛應用。視頻分析技術(shù)在視頻監(jiān)控數(shù)字化中也逐漸得到廣泛應用，根據(jù)其算法實現(xiàn)的方式的不同，視頻分析技術(shù)可分為以下幾種類型[2]：

1.識別分析類

此類視頻分析技術(shù)研究主要對靜態(tài)事物及場景進行識別處理，使用圖像模式識別算法、圖像增強算法、圖像區(qū)域分割算法、圖像相似度比對算法等，對人、車輛及其他物品的特征進行提取分析，最終達到識別的目的，例如人臉識別技術(shù)、車輛牌照識別技術(shù)等。

2.行為分析類

此類視頻分析技術(shù)研究主要對動態(tài)事物及場景進行分析處理，利用幀間差分算法、背景差分算法、深度學習算法等對運動目標的變化進行監(jiān)測，例如車輛違章停靠監(jiān)測、車輛逆行監(jiān)測等。

3.圖像處理分析類

此類視頻分析技術(shù)研究是對視頻圖像的加強與優(yōu)化，利用頻域算法、空域算法等對圖像進行去燥、銳化及去模糊，把模糊的圖像變得清楚，將圖像的重點細節(jié)進行強調(diào)，達到改善圖像視覺效果的目的。

基于視頻分析技術(shù)的智慧安防系統(tǒng)建設

總體框架

基于視頻分析技術(shù)的智慧安防系統(tǒng)總體設計以高性能、高可靠性、高安全性、良好的可擴展性、可管理性為原則。具體設計拓撲如圖1所示。

圖1 基于視頻技術(shù)的智慧安防系統(tǒng)建設的總體框架

1.硬件設備系統(tǒng)

基于視頻分析技術(shù)的智慧安防系統(tǒng)采用核心與接入兩層架構(gòu)設計，核心層使用雙核心的集群虛擬化技術(shù)，將兩臺設備虛擬化為一臺設備，在增加網(wǎng)絡的安全性及可靠性的同時簡化運維管理。接入攝像頭與交換機、存儲與服務器之間通過千兆網(wǎng)線相連后與核心交換機進行連接，通過多鏈路匯聚的方式提高網(wǎng)絡帶寬與系統(tǒng)可靠性。

接入攝像頭及解碼器采用全高清產(chǎn)品，采購大容量存儲設備搭建云存儲平臺，確保從視頻采集、視頻存儲、視頻解碼到視頻顯示均為高清，可解決以往監(jiān)控系統(tǒng)的清晰度不足的問題，實時記錄事件瞬間，讓調(diào)查取證更清晰。

2.云存儲系統(tǒng)

視頻云存儲系統(tǒng)有集群化管理、虛擬化管理及離散存儲管理的功能。

集群化管理負責集群的創(chuàng)建和維護工作，例如集群內(nèi)各節(jié)點的添加、刪除、修改和運行狀態(tài)監(jiān)控，處理集群內(nèi)的負載均衡工作，動態(tài)調(diào)配集群處理資源等。虛擬化管理負責將系統(tǒng)內(nèi)存儲節(jié)點內(nèi)的數(shù)據(jù)塊通過虛擬化統(tǒng)一整合成為資源池，實現(xiàn)用戶對資源池的透明管理。離散存儲管理負責對某路或多路數(shù)據(jù)流進行切片后，按照內(nèi)置離散算法自動分散到不同存儲設備的數(shù)據(jù)塊中進行存儲，提供數(shù)據(jù)讀取并發(fā)響應功能。

3.智慧應用系統(tǒng)

部署基于視頻分析技術(shù)的智慧安防應用系統(tǒng)，通過將視頻分析技術(shù)應用于視頻綜合管理、車輛智慧管理、人員智慧管理等多種應用中，并將這些功能模塊集中整合在應用系統(tǒng)中，打破傳統(tǒng)安防系統(tǒng)僅是對視頻信息監(jiān)控的功能，從多個維度對校園安保工作進行管理。

主要功能

將視頻分析技術(shù)引入到智慧安防的可視化管理系統(tǒng)中，系統(tǒng)可通過多個應用模塊實現(xiàn)視頻的綜合管理、車輛出入管理、校園車輛測速及校園人員出入管理及軌跡查詢等。

1.視頻綜合管理模塊

視頻綜合管理模塊的主要功能包括以下幾點：

進行視頻錄像：按照用戶制定的計劃保存前端設備采集的錄像數(shù)據(jù)；具有補錄功能，即能在斷網(wǎng)時，前端設備可進行視頻的本地保存，網(wǎng)絡恢復后可將本地保存的視頻數(shù)據(jù)補錄到云存儲系統(tǒng)中；具有動態(tài)修改錄像類型的功能，即在采集視頻數(shù)據(jù)過程中可以按報警類型修改錄像的類型并即時保存到系統(tǒng)中。

進行視頻回放：可進行指定時間段及錄像類型的視頻回放及視頻時間定位；可進行快放、慢放、倒序回放、按幀回放和手動停止回放。

進行視頻標注：可進行錄像、圖片等數(shù)據(jù)信息對應標簽的打標、存儲及備份等；對錄像、圖片等數(shù)據(jù)信息的標簽信息還可進行查詢、修改及刪除等操作。

進行圖片存儲：可按照用戶計劃保存、壓縮前端設備采集的圖片數(shù)據(jù)，圖片下載支持按時間段及瀏覽器下載。

進行周期覆蓋：支持按周期、容量進行視頻及圖像數(shù)據(jù)的周期式覆蓋存儲。

2.車輛智慧管理模塊

車輛智慧管理模塊運用針對性的技防手段，對車輛出入口管控、超速管理、停車付費、違章處理起到“即時快速”的管理效果，實現(xiàn)車輛出入記錄、車輛超速提醒、車輛便捷查找等功能。

車輛出入記錄：通過對出入口的車輛管控，更有效的對校園車輛進行辨識及管理。通過將視頻分析技術(shù)引入車輛出入管理模塊，管理系統(tǒng)可通過在出入口部署的自動擋車器、車牌號碼識別、防砸雷達、LED顯示屏等設備的聯(lián)動整合，通過觸發(fā)線圈觸發(fā)拍照，使用圖像識別技術(shù)對圖片的車牌進行識別，查詢車牌的校園出入權(quán)限，通過進入時間、離去時間計算車輛在校園的停留時間，并可統(tǒng)計出校園車輛保有量信息。

車倆超速提醒：校園測速微卡口可借助高清微卡口抓拍攝像機、測速雷達和道路信息發(fā)布屏及視頻分析技術(shù)，完成校園主干道進出車輛的車牌、車標、車身顏色等結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的抓拍、測速、車速信息顯示等功能。利用校園微卡口和雷達，結(jié)合架設的雙基色LED顯示屏，將車輛過車信息進行顯示，如果車輛超速，可顯示過車信息，同時將報警信息傳送到監(jiān)控中心，可通過彈圖和聲音提示，自動記錄在案，比對超速次數(shù)規(guī)則，若超過限定次數(shù)自動將該車輛設為黑名單。當車輛信息為黑名單時，車輛通過出入口將不會自動抬桿，出入口崗亭會提示車輛為黑名單車輛，需根據(jù)學校管理要求，進行相應手段限制。

車輛便捷查找：在監(jiān)控界面實時顯示監(jiān)控點位輸出的實時視頻、抓拍圖像等，通過車輛查詢功能，進行車輛的軌跡檢索，對系統(tǒng)所涉及地域，在可記錄的時間范圍內(nèi)，查詢經(jīng)過各個點位的車輛信息，包括：車型、車身顏色等。

3.校園人員智慧管理模塊

校園人員管理模塊使用視頻分析技術(shù)的圖像識別與人臉分析，對重點人員進行人臉識別、布控、報警、定位、軌跡規(guī)劃、查詢、快速破案等，降低安全隱患。

通過在校園道路、出入口等位置部署人臉抓拍機，可實時抓拍通過人臉抓拍機的人員照片，安保管理人員在系統(tǒng)上傳黑名單人員的人臉照片，當黑名單人員出現(xiàn)在抓拍機下，可實時報警聯(lián)動，對黑名單人員進行布控。系統(tǒng)可通過導入人臉照片搜索人員在校園內(nèi)的行動軌跡，進行及時布控。若發(fā)現(xiàn)學生長時間未歸等異常情況，可利用以圖搜圖功能，對學生進行軌跡檢索，回溯學生的運動軌跡，軌跡檢索結(jié)果按照時間排列，可支持地圖定位?？赏ㄟ^圖像進行目標追蹤，選擇要追蹤的對象，可以是歷史出現(xiàn)的片段，進行追蹤，追蹤結(jié)果通過GPS，在地圖展示位置。

隨著社會的進步與科技的發(fā)展，計算機強大的計算能力、分析能力和自學習能力被應用在視頻分析領域，并廣泛應用于智慧校園安防建設的技防領域，為校園安全穩(wěn)定做出了極大的貢獻，也將成為未來安防領域的發(fā)展趨勢。