城市智慧公安綜合視頻系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究
——基于集成服務(wù)總線、視頻結(jié)構(gòu)化、深度學(xué)習(xí)的視角

■文/甘肅政法大學(xué) 賈志城

關(guān)鍵字：智慧公安 公安視頻 集成服務(wù)總線 視頻結(jié)構(gòu) 深度學(xué)習(xí)

1 引言

隨著我國現(xiàn)代化建設(shè)的快速發(fā)展，先進(jìn)科學(xué)技術(shù)在社會(huì)管理的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，社會(huì)治理的運(yùn)行水平普遍提高，國內(nèi)社會(huì)治安宏觀態(tài)勢(shì)整體良好。但伴隨社會(huì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)率的快速提高、城鎮(zhèn)化躍升速度顯著加強(qiáng)，以及人員流動(dòng)性不斷加大，各種社會(huì)不穩(wěn)定因素也隨之增多，社會(huì)治安形式日漸復(fù)雜，形式繁多的違法犯罪活動(dòng)層出不窮。正是在這樣的社會(huì)背景下，諸如雪亮工程、平安城市監(jiān)控、道路管控等民生工程應(yīng)運(yùn)而生。盡管這些工程在不同程度上解決了許多社會(huì)問題，但對(duì)于大多數(shù)城市而言，其城市管理體系滯后于社會(huì)發(fā)展實(shí)際需求，社會(huì)管理人員良莠不齊等因素均制約著城市的發(fā)展步伐。其中，各類視頻監(jiān)控系統(tǒng)問題較為突出，多部門建設(shè)、分散管理、數(shù)據(jù)孤島等問題制約了智慧城市建設(shè)速度。即便在負(fù)責(zé)社會(huì)公共安全管理的公安系統(tǒng)內(nèi)，多部門信息不能互通的問題也仍然存在。

構(gòu)建能夠?qū)崿F(xiàn)視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)互聯(lián)互通的公共安全協(xié)同視頻平臺(tái)——城市智慧公安綜合視頻系統(tǒng)，將成為掃除目前社會(huì)治安及交通管理視頻大數(shù)據(jù)障礙的關(guān)鍵所在。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)公共安全部門內(nèi)的數(shù)據(jù)共享，在拓展視頻實(shí)戰(zhàn)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集、人臉識(shí)別比對(duì)、步態(tài)監(jiān)控、視頻資源綜合運(yùn)維、視頻道路信息采集等多種協(xié)同安全防范業(yè)務(wù)的同時(shí)，積極提升智慧化城市治安防控體系建設(shè)的整體水準(zhǔn)。同時(shí)，城市智慧公安綜合視頻系統(tǒng)模型，應(yīng)該具備智慧警務(wù)數(shù)據(jù)匯總、多渠道信息采集、平臺(tái)內(nèi)部數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化共享化，以及多系統(tǒng)間多路接口規(guī)范化等基礎(chǔ)功能。其中，城市智慧公安綜合視頻系統(tǒng)建設(shè)需要用到的集成服務(wù)總線技術(shù)、視頻結(jié)構(gòu)化技術(shù)和深度學(xué)習(xí)技術(shù)都是富有挑戰(zhàn)性的關(guān)鍵性應(yīng)用技術(shù)。

2 集成服務(wù)總線技術(shù)

現(xiàn)代信息技術(shù)已經(jīng)成為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的引擎。高級(jí)語言在堅(jiān)定的面向簡(jiǎn)單化、面向?qū)ο蟆⒎植际?、健壯性、安全性、平臺(tái)獨(dú)立與可移植性、多線程、動(dòng)態(tài)性等科學(xué)化規(guī)范化的發(fā)展路徑時(shí)，創(chuàng)建了集應(yīng)用程序、Web 應(yīng)用程序、分布式系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用程序等多程序一體化的總線技術(shù)。而將原本獨(dú)立的微服務(wù)與API（Application Program Interface，應(yīng)用程序接口） 網(wǎng)關(guān)的融合即是集成服務(wù)總線技術(shù)的先導(dǎo)。

各自獨(dú)立發(fā)展的多種結(jié)構(gòu)類型的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)、持續(xù)交付、按需虛擬化、基礎(chǔ)設(shè)施自動(dòng)化、微型化自治團(tuán)隊(duì)，以及逐漸成長(zhǎng)的大型甚至是特大型服務(wù)集群的快速應(yīng)用，催生了微服務(wù)應(yīng)運(yùn)而生。微服務(wù)及其應(yīng)用的架構(gòu)方法成就了系統(tǒng)規(guī)劃的生命延續(xù)，其高效的架構(gòu)特色成功地將獨(dú)立功能業(yè)務(wù)融合于對(duì)應(yīng)自治工作子模塊并完成解耦，依據(jù)任務(wù)需求實(shí)現(xiàn)了子功能或子系統(tǒng)的決定性的組件化和服務(wù)化，能夠完全基于物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)需求靈巧地構(gòu)建服務(wù)功能，還可以依據(jù)需求變更實(shí)時(shí)刷新現(xiàn)有組網(wǎng)并裁剪服務(wù)。通常，微型化自治團(tuán)隊(duì)模塊足以完成其功能對(duì)應(yīng)的獨(dú)立應(yīng)用服務(wù)，由于其服務(wù)實(shí)體獨(dú)立性和針對(duì)性的存在，因此可以將其獨(dú)立部署于PaaS（Platform As A Service，平臺(tái)即服務(wù)）上，微服務(wù)完全可以依靠API完成獨(dú)立部署結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)服務(wù)，并按需更新組配。API的存在本質(zhì)是其作為應(yīng)用系統(tǒng)的唯一性的網(wǎng)關(guān)價(jià)值，由于API 的封裝結(jié)構(gòu)，應(yīng)用客戶端只需滿足API 網(wǎng)關(guān)基本的數(shù)據(jù)交換即可，無需調(diào)用轉(zhuǎn)職服務(wù)，其存在的內(nèi)部架構(gòu)因封裝而對(duì)外屏蔽，簡(jiǎn)化了應(yīng)用調(diào)用邏輯，因此，API 能夠給予各類服務(wù)以高性能、高可用、高安全性的API 數(shù)據(jù)托管，成就了自構(gòu)規(guī)模、自構(gòu)功能、自我管理和自我部署的API 應(yīng)用需求。這種數(shù)據(jù)服務(wù)支撐下的應(yīng)用場(chǎng)景，能夠?qū)崿F(xiàn)便捷迅速、低成本、低風(fēng)險(xiǎn)的API 系統(tǒng)集成，并完成成熟業(yè)務(wù)開放能力及業(yè)務(wù)能力的迅捷變現(xiàn)。

可見，微服務(wù)與API 應(yīng)用集成是中間件技術(shù)、XML以及Web 服務(wù)等技術(shù)的聚合產(chǎn)物，消除了跨平臺(tái)、跨編程語言、跨編程模型的應(yīng)用障礙，融合了各類應(yīng)用間的路由數(shù)據(jù)，統(tǒng)一了應(yīng)用數(shù)據(jù)格式和驅(qū)動(dòng)處理規(guī)則轉(zhuǎn)換等數(shù)據(jù)交換和控制方式，并借助這些規(guī)則成就了 SOA（Service-Oriented Architecture，面向服務(wù)的結(jié)構(gòu)）核心思想。成長(zhǎng)于SOA 思想的集成服務(wù)總線技術(shù)外在表現(xiàn)性能優(yōu)異，在消減了重復(fù)開發(fā)的基礎(chǔ)上，割除了信息孤島，降低了數(shù)據(jù)整合、配置管理、數(shù)據(jù)維護(hù)、業(yè)務(wù)耦合等多種應(yīng)用障礙處理的復(fù)雜度，整合了多種業(yè)務(wù)應(yīng)用和應(yīng)用服務(wù)的連接，促成了不同應(yīng)用服務(wù)之間數(shù)據(jù)共享和通信。同時(shí)，集成服務(wù)總線技術(shù)還應(yīng)用了ZooKeeper、Dubbo 等技術(shù)，共享CAS、IMP、PRS、PKI 等服務(wù)，堅(jiān)持統(tǒng)一的面向用戶公共服務(wù)、授權(quán)鑒權(quán)體系和單點(diǎn)登錄方式。

3 視頻結(jié)構(gòu)化技術(shù)

視頻數(shù)據(jù)的處理與分析，其本質(zhì)就是分離出若干有價(jià)值的數(shù)據(jù)幀。具體過程是，首先分解視頻數(shù)據(jù)幀，再將數(shù)據(jù)幀的點(diǎn)陣灰度值或彩色值逐一分析，獲得視頻數(shù)據(jù)幀的關(guān)鍵數(shù)據(jù)集后，用于解釋與此強(qiáng)關(guān)聯(lián)的事件本意表達(dá)，并將其宏觀理解作為情報(bào)予以呈現(xiàn)。通常，智慧警務(wù)視頻數(shù)據(jù)是將捕捉目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)行為作為職能數(shù)據(jù)，并從中提取和識(shí)別數(shù)據(jù)。由于視頻數(shù)據(jù)源自指定布控地點(diǎn)的異型結(jié)構(gòu)和多廠商的視頻數(shù)據(jù)終端，屬于海量數(shù)據(jù)集，視頻數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出較為顯著的非結(jié)構(gòu)化特征，該數(shù)據(jù)特征往往成為數(shù)據(jù)鏈缺失的信息表達(dá)。因此，必須完成必要的視頻圖像抽取和識(shí)別，這就是視頻數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化處理，也是城市智慧公安綜合視頻系統(tǒng)必須解決的問題。

視頻數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化表達(dá)就是將各種類型的視頻數(shù)據(jù)通過專指語義、語法予以提取并描述。通常將視頻數(shù)據(jù)幀通過鏡頭分割、特征提取、對(duì)象識(shí)別、語義提取、底層特征與高層語義映射、視頻標(biāo)準(zhǔn)化（結(jié)構(gòu)化描述模型）描述等流程進(jìn)行預(yù)處理，再針對(duì)視頻數(shù)據(jù)幀進(jìn)行語義化分析，由此將視頻數(shù)據(jù)幀按照時(shí)間序列進(jìn)行視頻內(nèi)容描述。為了協(xié)同標(biāo)準(zhǔn)化的信息組織和存儲(chǔ)，必須將該數(shù)據(jù)幀再度序化，以便圖像數(shù)據(jù)的檢索和壓縮。在構(gòu)建全面的智慧公安視頻結(jié)構(gòu)化基礎(chǔ)上，將視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為公安實(shí)戰(zhàn)可用情報(bào)，用于警方修訂偵查導(dǎo)向和打防控管，實(shí)現(xiàn)特殊定置區(qū)域的視頻遠(yuǎn)程智能監(jiān)控、無人值守和自動(dòng)報(bào)警，以及部分或完全替代視頻數(shù)據(jù)人工排檢等數(shù)據(jù)支持服務(wù)，憑借技術(shù)支撐全面提高我國公共安全打防控管及安全維穩(wěn)的綜合能力，提升我國在公共安全智能視頻領(lǐng)域的國際影響力。同時(shí)，對(duì)于完善科技強(qiáng)警的安防模式，具有突破性和創(chuàng)新性。

4 深度學(xué)習(xí)技術(shù)

如果說視頻數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化表達(dá)是其第一要素，那么，其所包含的另一要素就是結(jié)構(gòu)化描述。通常，使用某種手段將非結(jié)構(gòu)化視頻數(shù)據(jù)變換為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，無論變換結(jié)果如何，宏觀可見的每一次變換都將損失原有部分?jǐn)?shù)據(jù)，這不符合智能化的時(shí)代需求。因此，在實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化描述之時(shí)，嵌入深度學(xué)習(xí)技術(shù)，借此在視頻數(shù)據(jù)幀中實(shí)施智慧化的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)分析與發(fā)掘，進(jìn)而構(gòu)建出能夠?qū)崿F(xiàn)特征提取、數(shù)據(jù)映射、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、自動(dòng)排檢、預(yù)測(cè)檢測(cè)等具有智慧化特征的警務(wù)視頻數(shù)據(jù)。通過技術(shù)實(shí)踐，變革警務(wù)組織業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)，強(qiáng)化依賴于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化、分析智慧化、學(xué)習(xí)深度化等智慧化信息系統(tǒng)的約束條件，擺脫全面依賴人海戰(zhàn)術(shù)的工作困局，實(shí)現(xiàn)更為高效的警方?jīng)Q策支持。

深度學(xué)習(xí)的研究源自人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的探究，是普遍利用計(jì)算設(shè)備效仿人類本身學(xué)習(xí)能力提升的算法研究。深度學(xué)習(xí)的基本思路是依靠研習(xí)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)蘊(yùn)含的數(shù)據(jù)特征和抽象層次，構(gòu)建出學(xué)習(xí)目標(biāo)數(shù)據(jù)模型，再根據(jù)其測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)其完成類型劃分。深度學(xué)習(xí)的實(shí)質(zhì)是實(shí)現(xiàn)了較為復(fù)雜的計(jì)算設(shè)備效仿算法。相較于淺層學(xué)習(xí)，深度學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)模式較為復(fù)雜，多隱層多層感知器的使用是其特色。深度學(xué)習(xí)是構(gòu)建智慧化公安視頻系統(tǒng)的核心所在。深度學(xué)習(xí)綜合應(yīng)用了人工智能、神經(jīng)分析學(xué)、多層組合的多輸入、輸出網(wǎng)絡(luò)以及分層結(jié)構(gòu)，破除傳統(tǒng)淺層學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)，通過模仿人腦學(xué)習(xí)模式，聯(lián)合貫通多級(jí)多節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，積極拓展機(jī)器學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和能動(dòng)性，將機(jī)器學(xué)習(xí)能力擬合于人類頭腦的學(xué)習(xí)機(jī)制。

深度學(xué)習(xí)常用框架的出現(xiàn)，讓研究達(dá)到了事半功倍的效果。常見的深度學(xué)習(xí)模型包括深度信念網(wǎng)絡(luò)、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等三種類型，以及深度學(xué)習(xí)模型翻譯系統(tǒng)、推薦系統(tǒng)等智慧應(yīng)用基礎(chǔ)。

5 結(jié)語

集成服務(wù)總線、視頻結(jié)構(gòu)化、深度學(xué)習(xí)是構(gòu)建城市智慧公安綜合視頻系統(tǒng)的三項(xiàng)頂層應(yīng)用技術(shù)。面向服務(wù)結(jié)構(gòu)SOA 的基礎(chǔ)理念成就了優(yōu)異的集成服務(wù)總線技術(shù)應(yīng)用，而視頻結(jié)構(gòu)化全面實(shí)現(xiàn)了智慧化公安實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，尤其是深度學(xué)習(xí)率先成為智慧公安視頻系統(tǒng)的核心，成為科技強(qiáng)警的基礎(chǔ)，能夠?qū)崿F(xiàn)各類警務(wù)平臺(tái)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)的智能化聯(lián)動(dòng)。