公安系統(tǒng)中數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用分析

張洪坤

(中國(guó)人民公安大學(xué),北京 100038)

保障城市安全,維護(hù)城市穩(wěn)定運(yùn)行是公安系統(tǒng)的基本責(zé)任。當(dāng)前科學(xué)技術(shù)研究不斷深入,城市在信息技術(shù)的影響下逐漸步入數(shù)字化時(shí)代。公安系統(tǒng)在信息技術(shù)的影響下也出現(xiàn)很多變化。積極地在公安系統(tǒng)中設(shè)計(jì)數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng),能夠幫助公安系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全方位、無(wú)死角監(jiān)控。當(dāng)然該系統(tǒng)的建設(shè),涉及到很多技術(shù)與構(gòu)成元素,因此需要在不斷探索中加以完善,這方面也是公安系統(tǒng)創(chuàng)新的重要課題之一。

1 公安系統(tǒng)中數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用必要性

創(chuàng)建公安系統(tǒng)中的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng),可為我國(guó)社會(huì)穩(wěn)定和諧發(fā)展提供良好的保障。搭建該系統(tǒng)后,社會(huì)治安技術(shù)防范方法將實(shí)現(xiàn)智能化、視頻監(jiān)控將實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、城鄉(xiāng)監(jiān)控將實(shí)現(xiàn)一體化,這就從基礎(chǔ)上為“三保一弘揚(yáng)”的實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造良好的條件與基礎(chǔ)[1]。根據(jù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展不斷強(qiáng)化社會(huì)治安管理力度與質(zhì)量,對(duì)于突發(fā)性事件可真正實(shí)現(xiàn)有效預(yù)防、快速處理,現(xiàn)代化社會(huì)治安整治體系需要科學(xué)合理地應(yīng)用先進(jìn)的技術(shù)手段。公安系統(tǒng)中應(yīng)用數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)后,對(duì)于大型商場(chǎng)與超市、治安卡口、重要部門、住宅、醫(yī)院、車站、交通路口、賓館、酒店、學(xué)校等防范區(qū)域的安全防范突發(fā)性事件提供良好的保障,在提高破案率、降低案發(fā)率的同時(shí),也可更好的強(qiáng)化群眾的公共安全指數(shù),為現(xiàn)代化社會(huì)穩(wěn)定和諧發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2 數(shù)字視頻監(jiān)控智能化內(nèi)涵

以往的視頻監(jiān)控系統(tǒng)只是通過(guò)機(jī)器對(duì)監(jiān)控場(chǎng)景開展記錄與監(jiān)控工作,只有線控現(xiàn)場(chǎng)畫面出現(xiàn)問(wèn)題時(shí),工作人員才會(huì)結(jié)合實(shí)際情況針對(duì)視頻監(jiān)控進(jìn)行人工分析,從可靠性與時(shí)效性方面出發(fā)進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn),這種方法不符合現(xiàn)代化視頻監(jiān)控技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)與需求[2]。使用數(shù)字視頻監(jiān)控智能技術(shù)可在遠(yuǎn)離人工分析的基礎(chǔ)上,通過(guò)先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)針對(duì)監(jiān)控視頻幀序列進(jìn)行連續(xù)的智能化分析,并根據(jù)實(shí)際需求使用目標(biāo)追蹤、行為識(shí)別、移動(dòng)探測(cè)、目標(biāo)分析等方法進(jìn)行科學(xué)的監(jiān)控。數(shù)字視頻監(jiān)控智能技術(shù)主要以計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)為基礎(chǔ),為人工智能的主要研究?jī)?nèi)容。

3 公安系統(tǒng)中數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

公安系統(tǒng)中數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要講視頻監(jiān)控技術(shù)與視頻智能化技術(shù)進(jìn)行了有機(jī)整合,通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)警情或突發(fā)性事件進(jìn)行科學(xué)的判斷,降低人工勞動(dòng)量,減少人工出錯(cuò)率,可有效提高視頻監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量與效率,同時(shí)還可拓展非安防與安防的應(yīng)用范圍。

入侵檢測(cè)有著極為廣泛地使用,技術(shù)有著較高的成熟性,其功能是對(duì)明確的監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行劃分,根據(jù)實(shí)際情況分成一塊或多塊防衛(wèi)區(qū)域,監(jiān)控目標(biāo)若進(jìn)入監(jiān)控區(qū)域可對(duì)目標(biāo)進(jìn)行自動(dòng)化鎖定與跟蹤,同時(shí)也可檢測(cè)目標(biāo)的運(yùn)行軌跡與各項(xiàng)特征,若符合監(jiān)控人員預(yù)測(cè)的報(bào)警條件,就會(huì)第一時(shí)間發(fā)送報(bào)警信息。這種方法通常應(yīng)用在特殊性區(qū)域中,當(dāng)特定人員進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)后可及時(shí)進(jìn)行防范[3]。如博物館、監(jiān)獄、軍事基地等。與紅外線探測(cè)系統(tǒng)或震動(dòng)感應(yīng)系統(tǒng)對(duì)比可知,數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的入侵檢測(cè)不需要臨時(shí)加設(shè)其他設(shè)備,覆蓋范圍也相對(duì)較廣,探測(cè)率相對(duì)較高,錯(cuò)誤率極小,可逐漸形成較為完善的立體空間防范系統(tǒng)。

丟包檢測(cè)也被稱為遺留物檢測(cè),在特殊場(chǎng)地中若設(shè)定時(shí)間段中擺放或遺留了包裹和物體時(shí),監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)第一時(shí)間發(fā)出報(bào)警信號(hào),同時(shí)將遺留物體的具體位置信息及時(shí)傳送給監(jiān)控人員。

目標(biāo)移動(dòng)檢測(cè)的作用是物體出現(xiàn)惡意移動(dòng)、遮擋或替換等現(xiàn)象,在商場(chǎng)、博物館等貴重物物品保護(hù)場(chǎng)所有著廣泛的應(yīng)用,若貴重物品受到遮擋、替換或惡意移動(dòng),監(jiān)控系統(tǒng)就會(huì)發(fā)送出報(bào)警信號(hào),進(jìn)而防止惡性事件的發(fā)生。

車輛與人數(shù)檢測(cè)統(tǒng)計(jì)的作用是針對(duì)特殊性區(qū)域、道路等開展視頻數(shù)據(jù)信息的收集與分析,統(tǒng)計(jì)出車輛與人員的實(shí)際數(shù)目并制作成科學(xué)的報(bào)表。其運(yùn)行原理主要為利用攝像機(jī)收集大量視頻數(shù)據(jù)信息,智能分析算法對(duì)視頻圖像中符合相應(yīng)特征的人員和車輛等進(jìn)行識(shí)別,并科學(xué)分析目標(biāo)的運(yùn)行軌跡,同時(shí)還會(huì)對(duì)出現(xiàn)目標(biāo)的數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理。

較為重要的區(qū)域使用數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)后檢測(cè)人員是否存在擁堵現(xiàn)象時(shí)有著較強(qiáng)的智能性特征,若智能分析后發(fā)現(xiàn)區(qū)域中的人數(shù)高于預(yù)設(shè)數(shù)值就會(huì)第一時(shí)間發(fā)出報(bào)警信息,為工作人員及時(shí)制定合理的應(yīng)對(duì)方案提供良好的保障,防止發(fā)生突發(fā)性事故。

4 公安系統(tǒng)中數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

4.1 公安系統(tǒng)中數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

視頻監(jiān)控畫面分析、處理、模式識(shí)別。人工智能等均屬于數(shù)字視頻監(jiān)控應(yīng)用的主要技術(shù)。根據(jù)事件識(shí)別目標(biāo)可將數(shù)字視頻監(jiān)控智能技術(shù)分為目標(biāo)分類、移動(dòng)監(jiān)測(cè)、追蹤目標(biāo)、行為識(shí)別等項(xiàng)目。

數(shù)字視頻監(jiān)控進(jìn)行智能化處理過(guò)程中,對(duì)于監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)會(huì)運(yùn)用移動(dòng)探測(cè)技術(shù)進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè),在監(jiān)測(cè)到運(yùn)動(dòng)目標(biāo)后,會(huì)分析目標(biāo)的移動(dòng)速度、形狀、位置、大小等進(jìn)行為分類識(shí)別提供條件。接著運(yùn)用計(jì)算明確目標(biāo)的運(yùn)行軌跡對(duì)目標(biāo)進(jìn)行科學(xué)的追蹤,同時(shí)還可運(yùn)用行為識(shí)別計(jì)算出目標(biāo)的行為。

4.1.1 移動(dòng)探測(cè)技術(shù)

在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展作用下,對(duì)可進(jìn)行移動(dòng)探測(cè)的技術(shù)數(shù)量較為豐富,其中背景分離方法有著極為廣泛地運(yùn)用。背景分離方法的主要原理就是運(yùn)用背景模型與圖像之間存在的差異,分析出物體是否處于移動(dòng)狀態(tài)。背景分離方法可真正捕捉完整的物體運(yùn)行特征數(shù)據(jù),有著極高的靈敏度與精準(zhǔn)性,應(yīng)用性能也相對(duì)較高。使用背景分離方法時(shí),對(duì)于監(jiān)控場(chǎng)景的動(dòng)態(tài)變化有著較高的敏感度。

創(chuàng)建背景模型在背景分離方法中有著極為重要的地位與作用,通常情況下,公安監(jiān)控系統(tǒng)需通過(guò)一段時(shí)間的才能掌握完整的背景畫面,掌握過(guò)程的實(shí)現(xiàn)主要是以圖像的時(shí)間平均為基礎(chǔ),在一定時(shí)間內(nèi)將默認(rèn)背景塊進(jìn)行平均化處理后,就可作為默認(rèn)背景圖模型進(jìn)行使用。系統(tǒng)掌握過(guò)程結(jié)束后,數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)還會(huì)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行同步更新與維護(hù),這也充分表明了默認(rèn)背景圖模式會(huì)根據(jù)實(shí)際情況發(fā)生相應(yīng)的變化。創(chuàng)建模型背景對(duì)環(huán)境變化的敏感度將有明顯的降低,可有效解決動(dòng)態(tài)復(fù)雜場(chǎng)景的各種干擾性問(wèn)題。

時(shí)間分差方法的運(yùn)行原理就是通過(guò)視頻序列連續(xù)得多幀差異值分析監(jiān)控目標(biāo)是否處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。在監(jiān)控場(chǎng)景有著劇烈變化時(shí)這種方法能發(fā)揮出極大的作用,這充分標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間分差方法可更好地適應(yīng)動(dòng)態(tài)監(jiān)控環(huán)境。光流算法的運(yùn)行原理就是檢測(cè)物體隨時(shí)間變化的光流數(shù)據(jù)分析物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

4.1.2 目標(biāo)分類方法

目標(biāo)分類在目標(biāo)行為識(shí)別中有著極為重要的作用,提取目標(biāo)特征在目標(biāo)分離方法中有著重要的地位。所謂目標(biāo)分類技術(shù)就是以連續(xù)幀為基礎(chǔ),通過(guò)多種特征參數(shù)進(jìn)行科學(xué)合理的應(yīng)對(duì)匹配。時(shí)間特征與空間特征是目標(biāo)特征參數(shù)的主要內(nèi)容,空間特征可利用單獨(dú)圖像幀進(jìn)行收集,如物體的位置、大小、規(guī)格等于空間具有密切聯(lián)系的特征;提取時(shí)間特征需要以連續(xù)多幀為基礎(chǔ),例如:特征時(shí)間內(nèi)物體的位置、大小、速度等發(fā)生改變,提取目標(biāo)特征后,想要確保系統(tǒng)掌握目標(biāo)行為或正在發(fā)生事件具有較強(qiáng)的精準(zhǔn)性,就需要進(jìn)行目標(biāo)分類處理,劃分為定義好的類別。當(dāng)前主要使用的目標(biāo)分類方法通常為人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類方法、貝葉斯分類方法、向量機(jī)分類方法。

4.1.3 目標(biāo)追蹤法

當(dāng)前有多種技術(shù)都可實(shí)現(xiàn)追蹤目標(biāo),而這也需要結(jié)合實(shí)際需求使用合理的目標(biāo)追蹤技術(shù)。以目標(biāo)特征參數(shù)為基礎(chǔ)的目標(biāo)追蹤法的原理是利用現(xiàn)場(chǎng)畫面每一幀中目標(biāo)的周長(zhǎng)、面積、質(zhì)量中心等數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的追蹤。有種技術(shù)主要通過(guò)目標(biāo)顏色實(shí)現(xiàn)追蹤,這種技術(shù)有著較強(qiáng)操作簡(jiǎn)捷性,但在追蹤3D目標(biāo)時(shí)則有著巨大的難度。

以模板為基礎(chǔ)的目標(biāo)追蹤法。這種追蹤法的實(shí)現(xiàn)原理是將預(yù)設(shè)目標(biāo)模板與監(jiān)控圖像幀進(jìn)行對(duì)比分析,并利用像素吻合程度實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的追蹤。對(duì)于體積較小目標(biāo)進(jìn)行追蹤時(shí)可使用這種追蹤技術(shù),但有著較高的使用難度。

以動(dòng)態(tài)輪廓為基礎(chǔ)的目標(biāo)追蹤法。該方法需讀取上一幀目標(biāo)的實(shí)際輪廓數(shù)據(jù),接著對(duì)下一幀目標(biāo)輪廓數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整。與以模板為基礎(chǔ)的目標(biāo)追蹤法對(duì)比可以發(fā)現(xiàn),這種方法有著更強(qiáng)的應(yīng)用便捷性。

4.1.4 行為識(shí)別技術(shù)

公安系統(tǒng)的數(shù)字視頻監(jiān)控智能化系統(tǒng)在正常運(yùn)行過(guò)程中,最終的結(jié)論性環(huán)節(jié)為行為識(shí)別。系統(tǒng)利用探測(cè)、分類、追蹤等方法獲取的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)數(shù)據(jù),獲取目標(biāo)視覺(jué)信息,通過(guò)算法實(shí)現(xiàn)行為識(shí)別。當(dāng)前的行為識(shí)別算法主要分為以下兩種,即狀態(tài)矢量空間法與模板對(duì)比法。

狀態(tài)矢量空間法將運(yùn)行目標(biāo)的所有行為動(dòng)作轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬?duì)應(yīng)的狀態(tài)矢量,同時(shí)根據(jù)相應(yīng)的概率對(duì)狀態(tài)矢量進(jìn)行科學(xué)的整合,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)行為識(shí)別。使用這種方法時(shí)有著較強(qiáng)的復(fù)雜性。

模板對(duì)比法的應(yīng)用原理就是視頻監(jiān)控系統(tǒng)將目標(biāo)的視覺(jué)信息轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)態(tài)模型,與數(shù)據(jù)庫(kù)中存在的各種行為識(shí)別模型進(jìn)行對(duì)比處理,為實(shí)現(xiàn)行為識(shí)別提供條件,模板對(duì)比法有著較強(qiáng)的簡(jiǎn)單性,但容易受到各種因素的影響。

4.2 公安系統(tǒng)中數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用

4.2.1 構(gòu)成要素

(1)采集工作站:通常情況下采集工作站與視頻編碼器之間有著較強(qiáng)的相似性,其可針對(duì)音頻、視頻等信息進(jìn)行收集與整理,采集工作站系統(tǒng)有著較強(qiáng)的系統(tǒng)集成能力與數(shù)據(jù)處理功能,這使得采集工作站僅僅利用一個(gè)平臺(tái)就可針對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行收集、壓縮、傳輸、存儲(chǔ)等處理,這可有效降低建設(shè)系統(tǒng)的資金投入量,并提高系統(tǒng)維護(hù)工作的質(zhì)量和效率。

(2)總控工作站:總控工作站主要針對(duì)自身所管理的區(qū)域中所有的視頻監(jiān)控進(jìn)行科學(xué)的管理與控制,其主要作用是及時(shí)向監(jiān)控人員報(bào)告區(qū)域中的設(shè)備管理、設(shè)備狀態(tài)、警告管理等實(shí)際情況。服務(wù)器的作用是對(duì)各種監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)盡心收集、整理、存儲(chǔ),并根據(jù)實(shí)際情況傳輸至控制器上,同時(shí)控制器需要顯示與處理數(shù)據(jù)信息。

(3)監(jiān)控服務(wù)器:監(jiān)控服務(wù)器是創(chuàng)建數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu),在多媒體網(wǎng)絡(luò)視頻數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)中也有著極為重要的作用與地位。監(jiān)控服務(wù)器有著單播視頻流、用戶管理、轉(zhuǎn)發(fā)組播、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)信息以及轉(zhuǎn)發(fā)等功能[3]。

4.2.2 數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

公安系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)后,不僅可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)安防系統(tǒng)中的各種功能,還可出現(xiàn)大量先進(jìn)的功能,如抓拍圖像、實(shí)時(shí)監(jiān)控、切換屏幕、錄像回放等。與此同時(shí),想要更好地滿足新時(shí)期用戶的各種需求。保證交警、公安等執(zhí)法部門開展良好的城市治理與監(jiān)控等工作,應(yīng)用數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)后還可拓展出有效功能。

首先,聯(lián)網(wǎng)。數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)具有管理各個(gè)階層的能力、與其他職能部門之間具有視頻監(jiān)控共享能力。應(yīng)用數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)后,通過(guò)網(wǎng)絡(luò)可確保公安視頻監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)之間逐漸形成良好的互通,同時(shí)也可為社會(huì)監(jiān)控資源的整合與接入提供良好的條件。

其次,GPS可視化操作。應(yīng)用數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)后也可使用GPS系統(tǒng)的各種功能,在電子地圖中也可較為清晰地標(biāo)注出攝像頭的實(shí)際位置、警力的分布情況等內(nèi)容,警情信息也逐漸具有共享特征,這可保證交通部門、公安部門在最短時(shí)間內(nèi)快速掌握具體的案發(fā)地址,同時(shí)結(jié)合電子地圖中攝像頭的分布數(shù)據(jù),第一時(shí)間查找出案發(fā)視頻,這可為公安部門快速掌握案發(fā)情況并進(jìn)行分析與判斷提供良好的條件,進(jìn)而為合理快速地解決案件奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述,科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及社會(huì)的不斷進(jìn)步,當(dāng)前已經(jīng)逐漸進(jìn)入到數(shù)字化發(fā)展時(shí)代。數(shù)字化覆蓋整個(gè)城市,公安系統(tǒng)作為維護(hù)城市安全的重要保障,積極滲透數(shù)字化技術(shù),打造實(shí)時(shí)數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng),以信息技術(shù)為載體,對(duì)城市安全進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)督,及時(shí)排除城市安全威脅。當(dāng)然數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,一定要結(jié)合公安系統(tǒng)實(shí)際情況,對(duì)構(gòu)成要素詳細(xì)了解,合理設(shè)計(jì)數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu),這樣才能在實(shí)際應(yīng)用中,將其功能性發(fā)揮到最大。