高校視頻監(jiān)控智能化的應(yīng)用及場景分析

韋 燕

（廣西教育學(xué)院，廣西 南寧 530023）

2016年3月，谷歌研發(fā)的阿爾法狗（AlphaGo）戰(zhàn)勝了圍棋世界冠軍李世石，轟動世界。人工智能已從早期的實驗室走進(jìn)了日常生活，伴隨著GPU芯片的出現(xiàn)和深入學(xué)習(xí)算法的不斷優(yōu)化，安防行業(yè)正在發(fā)生著翻天覆地的變化。從高清的“看得清”到智能的“看得懂”，視頻監(jiān)控技術(shù)給各行業(yè)的安防工作帶來了極大的便利。

1 高校視頻監(jiān)控智能化應(yīng)用的現(xiàn)狀分析

近年來，各高校紛紛利用前沿信息化技術(shù)，將大量的視頻智能分析功能應(yīng)用到校園的安防建設(shè)中，對提高校園安穩(wěn)工作效率起到了重要作用。相對于安防集成管控、門禁、報警、車輛出入及一卡通等安防子系統(tǒng)，視頻監(jiān)控系統(tǒng)是我國高校目前使用最廣泛的安防子系統(tǒng)。但在視頻監(jiān)控智能化應(yīng)用方面，存在4個方面問題：

一是智能監(jiān)控設(shè)備使用少，設(shè)備本身的技術(shù)水平限制了高校安防工作的開展。目前，大部分高校使用的視頻監(jiān)控系統(tǒng)多以標(biāo)清升級為高清為主，即實現(xiàn)更清晰的視頻監(jiān)控效果，卻較少使用智能化設(shè)備。整套監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)完成后，主要實現(xiàn)更高清的監(jiān)控效果，并在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行事中人工監(jiān)控、事后人工追溯，安防工作效率依然不高。如果要查詢某個外來人員的外貌特征或校內(nèi)運(yùn)行軌跡，現(xiàn)有的視頻監(jiān)控系統(tǒng)幾乎無法實現(xiàn)，這在很大程度上制約了校園安防工作的開展，無法滿足高校人員、車輛管控等方面的實際需求。

二是高校安防監(jiān)控體系建設(shè)不完善，各監(jiān)控系統(tǒng)之間相互獨(dú)立，形成巨大的信息孤島，沒有做到統(tǒng)一集成管控，無法實現(xiàn)互聯(lián)、互通、互控，報警聯(lián)動、應(yīng)急指揮沒有發(fā)揮功效，不能達(dá)到良好的管控效果。

三是安防系統(tǒng)建設(shè)大多存在“安而不防”的情況，沒有發(fā)揮系統(tǒng)應(yīng)有的作用，造成投資浪費(fèi)或重復(fù)投資等情況。這主要是由于視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計方（主要指代理商或系統(tǒng)集成公司）不了解高校的實際需求，使用方（即高校）對視頻監(jiān)控系統(tǒng)最新技術(shù)了解不到位，而共同導(dǎo)致系統(tǒng)的設(shè)計、安裝和使用沒有發(fā)揮真正的作用。

四是現(xiàn)有視頻監(jiān)控系統(tǒng)無法滿足高校安防的新需求。一方面，隨著高校規(guī)模的不斷擴(kuò)大，學(xué)生迅速增多，很多高校尤其是民族地區(qū)、邊境地區(qū)的高校，擁有較多的外國留學(xué)生、少數(shù)民族學(xué)生，因語言、文化等方面不同，學(xué)生之間容易產(chǎn)生摩擦；傳銷、傳教、非法推銷、盜竊、打架、斗毆等危及校園安全事件時有發(fā)生，必須加強(qiáng)對人員的管控。另一方面，高校校園面積寬廣、多校區(qū)開放式管理使得安防管理難度加大。尤其是很多舊校區(qū)地處市中心，周邊人員復(fù)雜多，原有的安防體系更新改造經(jīng)費(fèi)多、難度大。

2 高校視頻監(jiān)控智能系統(tǒng)的設(shè)計需求分析

視頻監(jiān)控智能系統(tǒng)，簡而言之就是借助高性能芯片如GPU、FPGA提供強(qiáng)大的圖像并行處理性能，通過運(yùn)行智能學(xué)習(xí)算法，在一定程度上可模擬人工識別，迅速提取車輛的外貌、顏色、車牌、車身標(biāo)識，人員的人臉、年齡、性別等信息，使之成為結(jié)構(gòu)化信息，并通過后端的大數(shù)據(jù)平臺完成車輛、人員的查找、實時比對及其他深度應(yīng)用。

2017年7月，國務(wù)院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，提出要“開展智能校園建設(shè)，推動人工智能在教學(xué)、管理、資源建設(shè)等全流程應(yīng)用?！?“利用人工智能提升公共安全保障能力?！?“加強(qiáng)對重點(diǎn)公共區(qū)域安防設(shè)備的智能化改造升級?！备咝Ｗ鳛閲胰瞬排囵B(yǎng)、科學(xué)研究的重要場所，必須加強(qiáng)技防手段，提高技防水平，適應(yīng)當(dāng)前對校園管理的新需求。

結(jié)合高校安防工作的實際，應(yīng)進(jìn)一步明確高校視頻監(jiān)控系統(tǒng)智能化建設(shè)的實際需求，避免建設(shè)一些不適用或經(jīng)受不了長期使用的系統(tǒng)；應(yīng)及時升級視頻監(jiān)控為“看得懂”的智能系統(tǒng)，從而提高視頻監(jiān)控的水平，適應(yīng)高校安防工作的需求，提前防范、及時處置危及校園安全事件的發(fā)生，維護(hù)學(xué)校安全穩(wěn)定。

2.1 宏觀管理上

高校從性質(zhì)上看屬于公共組織，對校園安全的管理通過建立公共危機(jī)管理意識，有助于未雨綢繆、提前預(yù)警，及時處置突發(fā)事件。公共危機(jī)管理即政府及其他公共組織，通過預(yù)防、應(yīng)急處理、評估恢復(fù)等措施，防止和減輕公共危機(jī)災(zāi)害的管理活動。高校視頻監(jiān)控系統(tǒng)智能化設(shè)計，可以根據(jù)危機(jī)管理的3個階段（事前預(yù)防、事中控制、事后善后）實現(xiàn)3個滿足：一是滿足“事前”布控、排查、記錄的需求，實現(xiàn)車輛、人員的提前管控，盡量預(yù)防甚至避免危及校園安全事故的發(fā)生；二是滿足“事中”追蹤、控制、處理的需求，一旦發(fā)生突發(fā)事件，可以立即控制、及時處理；三是滿足“事后”信息的挖掘、檢索以及監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)維功能，方便對事件進(jìn)行善后處理。

2.2 微觀設(shè)計上

視頻監(jiān)控智能化設(shè)計可以分為前段設(shè)備設(shè)計、后端設(shè)備應(yīng)用。其中，前端設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)校園車輛“三大場景”（大門出入口、校內(nèi)各干道、校內(nèi)車載）、人員“兩道防線”（室外、室內(nèi)）的有效管控；后端設(shè)備能夠滿足信息的挖掘、檢索以及監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)維功能。

2.3 高校視頻監(jiān)控智能系統(tǒng)的技術(shù)及場景分析

高校視頻監(jiān)控智能化主要集中在人員、車輛的可視化管控，只有把校園的人員、車輛進(jìn)行信息結(jié)構(gòu)化管理，搭配后臺軟件深度應(yīng)用，才可以為高校安保工作提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，為人員管理、車輛管理節(jié)約大量的人力、物力成本。

2.3.1系統(tǒng)設(shè)計理念

目前安防行業(yè)品種繁多、功能多樣，但并非所有的高精尖產(chǎn)品都適用于高校安防。不同的場景如果混用了不適宜的產(chǎn)品，就會導(dǎo)致設(shè)備無法發(fā)揮其本身的優(yōu)勢，也就無法滿足應(yīng)用的需求，從而造成投資浪費(fèi)。好技術(shù)只有用對了場景，才能有效促進(jìn)高校安防工作的開展。比如IP67的紅外攝像機(jī)，它的“技術(shù)”能力是高標(biāo)準(zhǔn)防水防塵，具備夜間補(bǔ)光能力；它的“場景”是室外監(jiān)控場所；它的“應(yīng)用”是滿足全天候日夜實時監(jiān)控需求。故良好的安保技術(shù)、合適的應(yīng)用場景相互配合，才能“物盡其用”，顯示出高校安保系統(tǒng)應(yīng)有的功能。

為此，使用場景分析方法，即“技術(shù)+場景=應(yīng)用”的視頻監(jiān)控智能化設(shè)計模式，有助于為高?！傲可矶ㄗ觥背鲞m用的監(jiān)控系統(tǒng)，提高安防工作效率；有助于節(jié)約高校安防體系建設(shè)資源，避免浪費(fèi)。

2.3.2 系統(tǒng)設(shè)計初步方案

（1）前端設(shè)備的設(shè)計

①車輛管控方面

場景一：校門口。作為車輛進(jìn)出學(xué)校的必經(jīng)之處，校門口的車牌識別攝像機(jī)要對車牌信息、車輛品牌、車身顏色、駕駛?cè)藛T等信息進(jìn)行抓取結(jié)構(gòu)化，方便統(tǒng)計進(jìn)出車輛信息，為校內(nèi)車輛軌跡分析、車輛測試提供最直觀的信息。

場景二：校內(nèi)各干道。校內(nèi)干道師生眾多，很多校園干道狹窄、蜿蜒，必須對來往車輛進(jìn)行限速，才能進(jìn)一步保障人身安全。可在校園道路兩側(cè)部署微型測速卡口，采用視頻分析技術(shù)對過往車輛的車牌、車身顏色、車速等信息進(jìn)行抓取。對超速、違規(guī)停放車輛，后端分析平臺自動布控，在車輛離開校園時自動限行，進(jìn)而對其進(jìn)行教育、處罰。同時通過微型測速卡口捕獲的車牌信息，可在平臺地圖上形成車輛運(yùn)行軌跡，方便事后追溯。

場景三：校內(nèi)車載。因大部分高校面積大，安保人員不足，如果在所有角落安裝視頻監(jiān)控攝像頭進(jìn)行實時監(jiān)控，會造成資源浪費(fèi)。采用校內(nèi)巡邏車可在突發(fā)事件發(fā)生后，第一時間到達(dá)現(xiàn)場進(jìn)行應(yīng)急響應(yīng)。在巡邏車上部署校園車載設(shè)備，可通過WIFI/4G信號將現(xiàn)場圖像實時傳輸至監(jiān)控中心，方便值班人員快速指揮調(diào)度。此外，巡邏車的運(yùn)行軌跡還可作為安保人員巡更巡檢工作的績效考評依據(jù)。

②人員管控方面

“第一道防線”——室外監(jiān)控。

主要應(yīng)用場景為周界，高校大門口，運(yùn)動場，校內(nèi)干道等。

場景一：周界。常規(guī)的紅外對射誤報率高，可用性差。采用紅外熱成像技術(shù)，利用人體、車輛輻射紅外熱量的原理，利用氧化鋯材料捕捉熱量成像，可有效屏蔽樹木、晴雨、晝夜等環(huán)境帶來的影響，配合越界入侵算法即可實現(xiàn)外來人員翻墻入侵行為偵測。

場景二：校門口。為了保護(hù)校內(nèi)師生人身安全，必須對進(jìn)入校園的公安部門通緝、盜竊等重點(diǎn)防控人員進(jìn)行實時報警，采用人臉抓拍比對攝像機(jī)可部署在3m左右的高度，通過對人員臉部圖像進(jìn)行抓拍、提取、建模、存儲，后端的比對平臺實時比對報警，一旦發(fā)現(xiàn)過往人員與重點(diǎn)防控人員相似度達(dá)到一定閾值時產(chǎn)生報警，通知值班人員核實身份。

場景三：運(yùn)動場。針對高校足球場、籃球場、校內(nèi)湖泊等大場景區(qū)域，不方便在區(qū)域內(nèi)部署視頻監(jiān)控攝像機(jī)，安保人員無法實時獲取區(qū)域內(nèi)人員情況。全景拼接跟蹤攝像機(jī)采用多攝像機(jī)自動合成拼接技術(shù)，可實現(xiàn)180°、360°全景拼接，通過RS485或網(wǎng)絡(luò)控制信令指揮球機(jī)對全景圖像內(nèi)細(xì)節(jié)進(jìn)行跟蹤放大。

場景四：校內(nèi)干道。如何快速在人流量密集的校內(nèi)干道找到某一特征的行人，是目前傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)無法解決的問題。采用人體結(jié)構(gòu)化攝像機(jī)可實時采集監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的人員外貌信息，包括性別、穿著顏色、攜帶物品特征、運(yùn)動方向等，只需輸入對應(yīng)特征信息即可快速檢索出具備該特征的人員圖像。在控制混入校內(nèi)重點(diǎn)防控人員時，具有很強(qiáng)的時效性。

“第二道防線”——室內(nèi)監(jiān)控。

主要應(yīng)用場景為教學(xué)樓、實驗室、圖書館、宿舍等。

場景一：教學(xué)樓、實驗室。因人流量密集度高，可采用“第一道防線”即人臉抓拍比對攝像機(jī)搭配常規(guī)監(jiān)控攝像機(jī)進(jìn)行監(jiān)控。

場景二：圖書館、宿舍。因很多高校在圖書館、宿舍部署了人員通道，對進(jìn)出人員進(jìn)行管控。但存在人員攜帶校內(nèi)師生卡片蒙混過關(guān)，常規(guī)人員通道無法將人、卡進(jìn)行同時驗證的現(xiàn)象。采用人證比對通道，可在第一次通過人該通道時采取“卡片+人”同時驗證，后期只刷臉即可通行。既解決了人員混入的問題，實現(xiàn)人員精準(zhǔn)管理，又減少卡片丟失而無法通行的困擾。

（2）后端平臺的設(shè)計

衡量一套視頻監(jiān)控系統(tǒng)是否先進(jìn)，除了前端需要具備智能分析外，后端平臺的設(shè)計也應(yīng)具備相應(yīng)的智能分析及業(yè)務(wù)應(yīng)用功能。

一是要有深度挖掘功能。前端攝像機(jī)將人員、車輛信息結(jié)構(gòu)化后，后端應(yīng)用系統(tǒng)要進(jìn)行深度挖掘，形成業(yè)務(wù)處理流程和便捷的查詢碰撞機(jī)制，安保人員只要簡單操作即可完成人員、車輛查詢布控，通過前端獲取的信息形成報表，便于存檔備查。

二是要有視頻快速檢索、摘要功能，可以在最短的時間內(nèi)檢索出圖像中想要查詢的信息。其中，視頻檢索主要是方便查詢，可在錄像中劃定一個區(qū)域，只有觸碰該區(qū)域的圖像才會顯示，可大量節(jié)省檢索時間。錄像主要是把一段時間的錄像進(jìn)行壓縮，把不同時間段的運(yùn)動物體呈現(xiàn)在同一畫面，如一個小時的錄像進(jìn)行壓縮之后只有幾min的錄像展示過往行人員、車輛情況。

三是要有運(yùn)維功能。高校視頻監(jiān)控系統(tǒng)中攝像機(jī)數(shù)量多，通過人工手段確保每個攝像機(jī)正常運(yùn)行工作量巨大，采用視頻質(zhì)量診斷及運(yùn)維系統(tǒng)可以解決攝像機(jī)因故障產(chǎn)生的不在線、無圖像、監(jiān)控圖像變動、偏色等問題，搭配運(yùn)維流程可以做到有故障實時報警提醒，方便及時維護(hù)。

4 高校視頻監(jiān)控智能化的發(fā)展方向

高校視頻監(jiān)控智能化的應(yīng)用主要是通過“技防”手段，為高校師生安全保駕護(hù)航。但常規(guī)的視頻監(jiān)控由于智能化水平低，需要耗費(fèi)大量的人力、物力。近兩年人工智能技術(shù)的崛起將引領(lǐng)安防技術(shù)的巨大變革，人工智能技術(shù)已在公安行業(yè)中得到了較好的應(yīng)用，是可以落地和借鑒的應(yīng)用。高校視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)多采用智能化設(shè)備，提高高校信息化水平程度，解放安保人員工作壓力，為師生營造更安全、高效的學(xué)習(xí)工作環(huán)境。