用智能视频分析技术打造平安社区

　　本文从构建平安社区的实际出发，通过对智能视频分析技术、产品和方案的论述，探讨新形势下社区社会治安和技术防范工作的新技术、新思路、新方法，并提出了用智能视频分析技术打造平安社区的基本思路、设计原则、系统组成及拓扑结构，为社区安全技术防范系统的建设提供了理论和方案性的指导。

　　用智能视频分析技术打造平安社区

　　1 概述

　　平安社区建设是平安城市建设的重要组成部分，是构建社会主义和谐社会的基础，符合广大群众的根本利益。而社区技术防范工作特别是技防系统建设是平安社区建设的重要手段之一。因此，探讨新形势下社区社会治安和技术防范工作的新技术、新思路、新方法，可以提升社区治安防范管理水平，促进社区社会治安管理和技术防范工作上一个新台阶。特别是在上海，引进最先进可靠的高科技安全技术防范产品和系统，加强平安社区建设，对于世博会的成功举办，具有更深远的现实意义和政治意义。

　　智能视频分析技术源自计算机视觉（CV，Computer Vision）与人工智能（AI，Artificial Intelligent）的研究，其发展目标在于将图像与事件描述之间建立一种映射关系，使计算机从纷繁的视频图像中分辩、识别出关键目标物体，这一研究应用于安防视频监控系统、将能借助计算机强大的数据处理能力过滤掉图像中无用的或干扰信息、自动分析、抽取视频源中的关键有用信息，从而使传统的监控系统中的摄像机不但成为人的眼睛，也使“智能视频分析”计算机成为人的大脑，并具有更为“聪明”的学习思考方式。这一根本性的改变，可极大地发挥与拓展视频监控系统的作用与能力，使监控系统具有更高的智能化，变人盯画面的实时监看、事后查证的被动防范为24×7全天候可靠监控，实现无人监控有效预警的主动防范，大幅度降低资源与人员配置，同时，必将全面提升安全防范工作的效率。

　　智能视频分析的判别机制通常包括：

　　1、内容分析：在任何情况下，重要信息数量会大大低于背景信息数量，例如：地面、建筑物等静态信以及风吹草动、水波、雨雪、树影等动态信息都可被“智能视频分析”系统判断属于背景信息，而重要信息则是人、车等活动信息，智能视频分析首先对图像内容进行分析，剔除那些无用的背景信息。

　　2、对象识别：智能视频分析软件内设“对象分析引擎”，能够根据不同的活动目标的大小、运动速度及运动规律准确识别出人员、动物、车辆或其它对象，成功地将重要信息分离出来。

　　3、分析比对：智能视频分析系统软件具有可制订的安全规则，可以对分析得到的各类活动目标与所制订的安全规则相比对。例如：在图像中指定的区域设定“虚拟“的安全界限，一旦识别“目标对象”跨越这一安全界限，系统将会激活警报，提示监控人员予以关注或处理警情。

　　2 博超SIVS7000智能视频分析系统

　　随着安防监控系统迅速迈向数字化、网络化，系统的开放性、集成性、灵活性以及智能程度正在被更多的使用者所关注，安防产业面临着一个新兴的、机遇与挑战并存的发展成长空间。在众多数字化视频监控新技术中，博超“智能视频分析系统”（Superb Intelligent Video Analysis Systems，简称SIVS7000）技术是最前沿的应用之一，体现着未来视频监控系统全面走向数字化、智能化、多元化的必然发展趋势。因此，“博超智能视频分析系统”（SIVS7000）不仅仅是一种图像数字化监控分析技术，而是代表着一种更为高端的数字视频网络监控应用。

　　随着视频监控技术从模拟向数字系统、再由数字系统向智能分析系统的快速转换，SIVS7000系统利用内容分析引擎和推论引擎软件对视频数据进行全面分析并依据所设定的安全规则实施告警，必将使单一的视频压缩、运动检测、网络传输、人工控制指挥中心这一传统的模式提升为更为先进、全新的、革命性安全管理策略。

　　2.1 设计思路

　　SIVS7000系统是基于视频移动侦测技术、图像识别技术（实时图像识别、目标类型识别、目标自动跟踪技术）、视频流分析技术（图像分析、移动目标的分析技术），通过数字图像处理和分析来理解视频画面中的内容，自动的分析和抽取视频源中的关键信息，从而实现基于智能视频分析的报警系统，并逐步取代传感器报警（特别是在传感器报警不便于安装实施的地方）、扩展传统报警系统（比如周界报警系统等）的所有功能，在速度和精度上满足视频安防监控系统的要求。

　　SIVS7000系统的核心内容包括智能视频分析和报警两个方面，其难点是通过各种技术和手段提高智能视频分析的准确性和全面性。

　　智能视频分析是借助计算机强大的数据处理功能，对视频画面中的海量数据进行高速分析，采用对象与背景分离的技术，过滤掉用户不关心的信息，仅仅为监控者提供有用的关键信息。智能视频分析能够识别不同的物体，发现监控画面中的异常情况，并能够以最快和最佳的方式发出警报和提供有用信息，从而能够更加有效的协助安全人员处理危机，并最大限度的降低误报和漏报现象。

　　而SIVS7000系统中的报警部分，不仅涵盖了传统报警的含义，而且增加了更广泛的内容，比如驱动其他数据、触发其他行为等，象启动报警录像、报警上传、接110通知警方，当然也包括车牌比对识别、人脸比对识别以及做人流量的统计等等。

　　SIVS7000系统涉及到复杂的算法，通过这些算法能识别出奇怪的行为，并通过分析现场或记录的视频流，检测出可疑的活动、事件或者行为模式。当然，这也是整个系统的难点所在。

　　SIVS7000系统用到的核心算法有：智能行为分析算法、人脸识别算法、车辆识别算法等。

　　l智能行为分析算法：在复杂的天气环境中（例如雨雪、大雾、大风等）精确的侦测和识别单个物体或多个物体的运动情况，包括运动方向、运动特征等。通过侦测、分析动态物体，以动态特性辨认人员、车辆等，从而及时发现跨越用户预设的、无形警戒边界的目标，在图像上发出红色的报警信号并自动记录到计算机硬盘。

　　l人脸识别算法：自动识别人物的脸部特征，并通过与数据库档案进行比对来识别或验证人物的身份。

　　l车辆识别算法：通过识别车辆的车牌号码等特征，并通过与数据库档案进行比对来识别或验证车辆的身份。

　　总之，SIVS7000系统可以大大提高监控效率，它不仅能从复杂的数据中辨认行为和类型，还可提供操作命令、数据和信息。由于SIVS7000可以及时地发现侵入指定区域的移动目标，因而具备了周界防范功能。因此它有望提供高效低廉的、能有效地监视、警告、预报安全威胁的全面的安全监控系统。

 
　　2.2 博超SIVS7000智能视频分析系统的技术架构

　　整个系统由前端视频检测服务器（VDS）和后端报警管理服务器(AMS)两部分组成。VDS负责对前端摄像头输入的视频图像进行实时的智能分析，得到各种报警信息，通过网络上传到AMS，由AMS统一进行接警处理。

　　当然，VDS也具有DVR的所有功能。其技术架构如下图所示：

　　2.3 博超SIVS7000智能视频分析系统的技术优势

　　1、能有效提高报警的精确度

　　传统运动检测采用的VMD（Video Motion Detection，移动侦测）技术运用的是把画面栅格化，分析对比单元像素的变化，通过特定的算法判断是否有物体在运动。由于MD侦测所有运动，不仅误报率高，而且没有识别的能力，因此存在天生不足。

　　SIVS7000系统能视频分析系统采用对象与背景分离的技术，提取感兴趣的对象，然后做进一步的分析。它强调的是能够从纷繁复杂的图像画面中利用“智能视频分析技术”提取用户感兴趣的物体特性、特征，正确识别出不同物体及其运动轨迹规律，它可以明确区分出人、车或其它物体，并过滤掉类似水波、潮汐、树叶、光影、海浪等自然干扰和光线变化影响。特别是以往运动检测方式下无法实现与应用的场合（如检测水面上是否有过往的船只等），一旦发现监控画面中“关键目标”出现时，系统能够以最快、最佳的方式提供有用信息或告警，因此，从“智能视频分析”系统发出的信息一定是有效的、或真正违反安全规则的报警信息，这些信息也一定是必须及时得到处理的真实信息，它将有效地提高报警的精确度。

　　2、拓展传统报警的范围

　　传统监控系统视频报警主要通过以下2个方面实现：

　　一是通过报警探头接入报警卡/报警主机实现外接报警功能。

　　二是通过VMD（Video Motion Detection，移动侦测）技术检测有运动物体时实现移动报警功能。

　　SIVS7000系统通过“智能视频分析”得到各种报警信息，通过网络上传到后端模块统一进行接警处理，一方面保证了系统发出的报警信息更加真实有效，另一方面也提高了报警的精确度，从而大大拓展了视频报警的应用范围。

　　3、引领视频监控的革命

　　随着视频监控需求的日益高涨和前端摄像机价格的合理化，一个系统的摄像机安装数量也在成倍增加，超大视频路数及大规模监视中心给控制管理人员带来极大的工作压力，要求一个（或几个）监视人员通过“人盯画面”注视几十上百路图像、再去判断每一画面中是否存在异常状况无疑是不现实的，最终只能是虽“眼观六路”，却“熟视无睹”。何况对于更多的人为错误以及类似“狼来了”式的虚假警报，将大大降低监控系统的安全有效性和实际操作管理能力，因此，视频监控市场需要一种颠覆性的技术和革命性的理念。

　　“智能视频分析”技术正是具有人性化、智能化、精炼提取真实信息，显着降低误报、更加有效地协助安全人员预防和处理危机事件、有效遏制各类犯罪的有力武器，“智能视频分析”系统可使用户更加精确地定义安全威胁的特征，可以在图像监视范围内设定多个虚拟警戒线或警戒区域，可以分时段地设定、分析不同的重要对象，真正做到只有违犯警戒规则的行为才产生报警的高效监控，从而实现24×7全天候无人有效预警。

　　智能视频监控技术将加速数字视频取代模拟视频的速度。随着“智能视频分析”系统的采用，进一步提高了监控效能，传统的（在中央控制室中）集中监控的模式也将逐步转向到分布监控模式，保安人员将从枯燥地屏幕观察中解放出来，不再固守于传统的监控室，而投身于更靠近监视与行动现场的地方，而由“智能视频分析”系统向保安人员自动传达可疑目标的位置信息，更迅速地处理现场情况，满足长久监视与“反恐”快速反映的需求，可以预见，跟随监控模式变姗姗而来，智能化监控系统将迅速融入各类安全控制系统发挥重要作用。

　　2.4 博超SIVS7000智能视频分析系统的主要模块

　　SIVS7000系统能视频分析系统所具有的智能分析功能主要包括三类，一是行为分析功能。主要包括绊线检测、区域检测、逗留检测、出现与消失检测、非法停车检测、高速运动检测、人群聚集检测、人流量统计、车流量统计功能。当这些报警被触发的时候，可以联动录像并放大显示该路图像，同时将报警信息上传到AMS端由AMS主机进行接警处理。二是人脸检测功能。主要对该通道画面中出现的人脸进行检测，并实时在AMS端显示出检测到的人脸并通过人脸比对算法对人脸进行识别。三是车牌识别功能。对设置好区域图象中出现的车牌进行检测、识别，并能将识别到的车牌发送到AMS端进行进一步的处理（存储、比对等）。以下是行为分析功能的设置界面及主界面：

图2 行为分析系统功能设置界面及主界面

　　1、绊线检测功能

　　当检测到指定类型的物体（人、车或所有物体）以指定方向（从左到右、从右到左或所有方向）通过绊线时系统将产生报警，并进行相应的处理。

　　2、区域检测功能

　　当检测到指定类型的物体（人、车或所有物体）以指定动作（进入区域、离开区域或出现在区域内）进入区域时系统将产生报警，并进行相应的处理。

 
　　3、逗留检测功能

　　当检测到指定类型的物体（人、车或所有物体）在区域中逗留的时间超过设定值时系统将产生报警，并进行相应的处理。

图3 绊线检测（左）、区域检测（中）及逗留检测（右）

　　4、出现与消失检测功能

　　当检测到指定类型的物体（人、车或所有物体）在区域中出现/消失的时间超过设定值时系统将产生报警，并进行相应的处理。

　　5、非法停车检测功能

　　当检测到车辆在区域中停留的时间超过设定值时系统将产生报警，并进行相应的处理。

　　6、高速运动检测功能

　　当检测到指定类型的物体（人、车或所有物体）在区域中运动的速度超过设定值时系统将产生报警，并进行相应的处理。

　　7、人群聚集检测功能

　　当检测到监测区域中的人数超过设置值的时候系统将产生报警，并进行相应的处理。

　　8、人流量统计功能

　　系统自动记录以指定方向（从左到右、从右到左或所有方向）通过绊线的人数，并将统计结果实时显示在界面上，超过设置值系统也可产生报警。

　　9、车流量统计功能

　　系统自动记录以指定方向（从左到右、从右到左或所有方向）通过绊线的车辆数，并将统计结果实时显示在界面上，超过设置值系统也可产生报警。

　　10、人脸检测功能

图4 人脸检测行为报警示意图

　　对选定通道视频中出现的人脸进行实时检测，并将检测到的每个人脸图像在AMS中显示出来，同时AMS通过人脸比对算法对人脸进行识别。

　　11、车牌识别功能

　　对选定通道视频中出现的车辆的车牌号码进行检测，并通过与数据库档案进行比对来识别或验证车辆的身份，一旦比对成功，则认为车牌识别事件发生，应做出相应的处理。

　　图5 车牌识别行为报警示意图

　　3 用智能视频技术打造平安社区

　　3.1 基本思路

　　随着人们住房环境和条件的改善，人们对社区安保提出了更高的要求。引进智能视频分析构建一套先进的社区安保监控系统，将极大的提高社区的安全水平。通过在社区各主要出入口、电梯间、重点部位等设置监控摄像机，社区安保人员可监控各个重点场所的现场情况，及时处理突发事件，保护社区居民的人生财产安全，并可有效提高物业管理和服务质量和效率，最终提升社区的安全生活品质。采用带智能视频分析的监控系统，不仅可以对各重点部位进行长时间录象存储，为日后事件查询和服务纠纷，提供可靠的依据，而且由于系统具有智能行为分析功能，使监控系统具有更高的智能化功能，变“人盯画面”的实时监看、事后查证的被动防范为24×7全天候可靠监控，实现无人监控有效预警的主动防范，大幅度降低资源与人员配置，同时，必将全面提升社区安全防范工作的效率。

　　作为用智能视频打造平安社区的关键设备，“博超智能视频分析系统”（SIVS7000）不但可随时存储各监控点的视频资料，随时回放所存储的视频信息，任意控制前端的摄像机镜头及云台设备，还可以及时、准确地接收前端各种智能报警信号，形成报警联动机制，从而实现社区安全、解决规避服务纠纷、监督服务质量等一系列问题。

　　社区的公共安全防范问题涉及面很广，如台风等自然灾害防范、食品药品安全、小区人身安全、生命财产安全、建筑设备安全、火灾、人为恐怖破坏活动、盗窃抢劫等违法犯罪等等。

　　用智能视频打造平安社区不仅要包含智能视频安防监控系统、智能入侵报警系统、智能出入口控制系统，还应包含消防、安检、电子巡更、停车场管理等其他系统。

　　本方案设计的社区安全技术防范系统是以网络智能视频监控系统为核心的、集成了智能入侵报警系统和智能出入口控制系统的统一的安保指挥控制平台。

 
　　在社区的指挥控制中心内建设社区安保总控中心，架设安保平台的中心设备，部分前端视频信号、报警信号、出入口控制信号等通过光缆以模拟方式直接接入总控中心。总控中心的所有设备都接入社区安保计算机网络。

　　在社区的各小区或者各街道设安保分中心，将附近或相关的信号通过光缆或电缆以模拟方式接入分中心的安防设备，设备也都接入社区安保计算机网络。

　　总控中心和分中心通过社区安保计算机网络联网，这样，就形成了一个可以集中统一管理控制的综合网络安保系统，各前端的监控视频信号，监听音频信号，各种报警探测器的报警信号，以及出入口控制信息等都可汇总至总控中心，使社区的安保指挥部门可以及时了解现场情况，及时指挥策应，大大提升了响应速度和处理效率。如果社区安保网络可接入公安网络，则总控中心的相关信息还可上传至社区派出所、公安分局或者直接到市公安局的指挥中心。

　　3.2 设计原则

　　1、高可靠性

　　要确保安保系统的稳定可靠。考虑以成熟可靠的技术产品为主，而以尖端前沿技术产品的应用为辅。可同时采取多种措施组合，以进一步提高可靠性，达到杜绝漏报、极少误报的目的。对于关键场所的设备，还宜使用双机热备份的方式，以提高可靠性。

　　2、安全性和保密性

　　系统设计中，既要考虑安保信息资源的充分共享，更要注意信息的保护和隔离，使用专网、数据加密、权限保护等技术，防止信息的非法泄漏使用。

　　3、标准性

　　采用的产品、系统要符合相关国家、行业标准。符合环保及知识产权要求。

　　3、易操作维护

　　系统的操作使用及维护简单方便。出现故障后能快速修复。

　　4、集成统一

　　系统集视频监控、入侵报警、出入口控制等多子系统于一体，并有机结合，建立统一管理平台。

　　5、经济实用

　　系统建设“实用性和经济性”相结合，既能发挥最大效力，又不浪费资源。

　　3.3 社区家庭智能视频分析系统组成

　　社区安全技术防范系统主要由智能视频监控系统、智能入侵报警系统、智能出入口控制系统三个子系统组成。三个子系统既相互独立工作，又互联互通，以智能视频监控系统为核心集成在一个统一的管理平台上。相互独立工作保证了当某个子系统出现故障时不会影响其他的子系统，提高了系统的可靠性；而互通信息，互相联动，则又达到了综合统一管控的效果。

　　整个系统分从物理上为总控中心、各小区街道分中心以及遍布社区内外的信息采集前端。

　　1、总控中心

　　总控中心的主要设备如下：

　　总控中心设有由若干台大屏幕显示设备构成的电视墙，显示视频图像、电子地图以及其他相关图文信息。设一台模拟视频矩阵，对直接以模拟线路接入总控中心的视频图像进行集中切换、云镜控制。设一台网络数字矩阵，对以网络方式接入总控中心的数字压缩视频进行切换解码显示及云镜控制。模拟视频矩阵和网络数字矩阵的视频输出至大屏幕电视墙。

　　总控中心设两台集中管理服务器，一台为主服务器，另一台为辅服务器，做为主服务器的热备份，当主服务器出现异常时，辅服务器可以立即替代主服务器进行工作。通过集中管理服务器，可以对整个安保系统及设备进行统一管理控制。

　　总控中心根据需要另外架设其他一些服务器。包括：报警管理服务器，对各种报警信息特别是智能报警信息进行统一处理；门禁管理服务器，对出入口控制子系统进行管理；数据库服务器，对系统内所需的数据库服务进行集中管理；流媒体服务器，向授权用户终端或上一级市局指挥中心提供流媒体服务；WEB服务器，提供WEB服务，供浏览器访问；存储服务器，接大型磁盘阵列，提供集中存储服务。

　　总控中心还可配置智能视频分析处理服务器，对接入总控中心的重要视频图像进行智能分析处理。

　　上述设备中，除模拟视频矩阵外，均接入网络交换机，并经路由器接入社区安保网络。

　　2、分中心

　　在社区的各小区或者各街道构建安保分中心，集中配置安装所需数量的音视频存储分析设备、报警系统控制主机、出入口控制管理主机等，由于在总控中心可以集中统一管理，所以在分中心可以实现无人值守。

　　社区内外或临近的音视频信号以模拟方式接入分中心的音视频存储分析设备，报警探测信号接入报警系统控制主机，出入口控制信息传入其控制管理主机。报警系统控制主机、出入口控制管理主机通过通讯端口和音视频存储分析设备通讯，而音视频存储分析设备接入网络交换机，再经路由器接入社区安保网络。

 
　　3、信息采集/发布前端

　　信息采集/发布前端包括分布在社区内外的各种信息采集/发布设备。如：周界电子围栏，周界及公共区域（小区、街道、广场、公共商业服务设施、游乐设施等）安装的各种固定摄像机或高速球型摄像机，各种声音拾取设备，社内重要部位安装的各种摄像机及拾音器、报警探测器、门禁控制设备等，以及社区内的广播、显示屏等信息发布设备。

　　这些信息采集/发布前端通过线/光缆与分中心内的设备连接（部分直接接入总控中心），上传采集的信息或下达发布的信息。

　　3.4 系统拓扑图

图6 社区家庭智能视频分析系统拓朴图

　　4 结束语

　　本文所述的智能视频分析技术包括了：目标分类,绊线、多重绊线,进入、离开、出现,消失、场景改变、目标尺寸过滤器、目标尺寸变化过滤器、目标形状及方向过滤器等。近几年，智能视频分析技术虽然取得了长足的进展，但是作为一项新技术其在应用推广和技术开发上还有很多工作要做。要使得智能视频分析系统在平安城市建设中发挥更大的作用，还要根据不同的运用领域和监控场所因地制宜地进行技术剪裁和系统功能定制，比如：在人头躜动的地铁或广场车站码头要寻找恐怖分子，如何进行系统优化和裁剪等等。（作者单位：上海博超科技有限公司研发部 傅福林）