上海世博會安防視頻監控技術及應用分析*

朱曉明

（上海市公安局 科技處，上海 200240）

1 引言

2010年上海世博會采用了最高級別的安全措施，開創性、大規模地應用了安防技術，這也成為了世博科技展示的亮點之一。探索上海世博安防視頻監控行業關鍵技術、發展趨勢，分析安防監控與上海市產業發展的關系及影響，對后世博階段視頻監控系統新技術發展和高效應用具有重要的意義。

2 世博安防圖像監控系統簡介

2.1 建設目標

世博安防圖像監控系統的建設目標為：實現對世博園區重要區域（包括世博園區公共區域、低空、水域等）、重要設施、重要建筑以及重要目標的全方位覆蓋；為園區運營期間的安全保衛、指揮調度、智能交通與客流引導（含人、車流狀況與密度）以及其他運營管理等提供視頻監控圖像資源，滿足業務部門對圖像資源的使用要求；根據需要與市應急聯動中心圖像監控系統實施聯網、便于市應急聯動中心隨時調用圖像資源；根據需要與市相關委辦局圖像監控系統實施聯網，便于園區運營指揮中心以及相關單位和部門隨時調用相關的圖像資源。

2.2 建設范圍

上海世博園區圖像監控系統主要對世博園區規劃區內的重要設施、主要建筑、公共區域、重點目標、園區黃浦江水域、園區內低空異常目標、地下空間、制高點等實施全方位監控覆蓋，同時還包括地鐵13號線馬當路站出入口以及世博園區外圍的7個水門出入口的圖像監控覆蓋。

2.3 建設分類

園區運營指揮中心將集中接入園區內視頻和園區外部分視頻，園區內視頻主要分為公安自建視頻、場館視頻監控系統、園區公共區域視頻以及園區內其他獨立建設的圖像監控子系統（如高空氣球、公園監控、周界圍欄）等幾類。具體說明見圖1。

1）公安自建視頻

公安自建視頻主要包括園區內道路監控視頻、永久性建筑周邊、地鐵13號線出入口、西藏南路隧道出入口等重要出入口，這些視頻將首先接入公安視頻網絡內，之后再與世博圖像監控系統實施聯網接入。

2）場館視頻

對于大部分自建館、聯合館等場館，場館內部的視頻監控系統將由場館建設方承建，各場館須根據《世博園區場館建設信息化技術規定（場館）》和《世博園區圖像監控系統聯網規范及技術規定》的要求建設內部的視頻監控系統，并根據規范與所屬的片區/展館管理中心實施互聯。

3）園區公共區域視頻

園區公共區域視頻將由園區統一規劃建設，并接入就近的片區/展館管理中心，而后再上傳至園區運營指揮中心，實現對世博園區重要區域、重要設施、重要建筑以及重要目標的無盲區覆蓋，主要覆蓋園區內重點場館及建筑周邊、出入口、廣場、交通設施、運營設施、市政設施、重要警衛目標、重要服務設施及制高點監控。

4）園區其他獨立建設圖像監控子系統

園區還存在其他視頻監控系統，包括高空氣球、水域監控、低空目標監控、周界圍欄等，這些系統將參照《世博園區圖像監控系統聯網規范及技術規定》，與世博圖像監控系統實施聯網。

5）園區外部視頻互聯

園區指揮中心還需要瀏覽園區外相關視頻，從宏觀上把握世博會運營態勢。因此，還需要與公安、民防、市政、地鐵等相關委辦局、單位的視頻監控系統進行互聯。

3 技術特點分析

3.1 高清技術

3.1.1 技術特點

與傳統的標清視頻監控系統相比，具體表現在以下兩個方面：1）分辨力高。圖像更清晰，細節更豐富。高清視頻監控系統圖像的顯示和存儲分辨力高，例如，對于相同的監控場景，與標清（720×480）系統相比，高清（1 920×1 080）圖像所含的信息以及像素密度要高出約4倍。基于高質量的視頻圖像來提取有用的信息，并以此達到事先預警和事后調閱取證、提高智能視頻分析的效果。2）監控范圍大。相同的分辨力下，與標清系統相比，高清攝像機的監控范圍要大的多。在同樣的環境下，僅需要設置1個高清攝像機，就可以完成4個普通標清攝像機的信息采集工作，有效提高畫面的完整性和前端攝像機的利用率，簡化了系統建設結構，降低了系統管理和維護的難度。

3.1.2 世博中的典型應用

由于目前視頻監控錄像以CIF和4CIF格式為主，最大圖像分辨力為704×576，對于關鍵目標或區域存在圖像不清晰等缺陷。為改善目前這種狀況，上海世博場館內外均采用了高清監控系統。

1）中國館高清監控。采用高清攝像機對大區域進行監控，同時對觸發館周界入侵的報警目標進行高清抓拍處理，保存的圖片達到140萬像素，分辨力為1 360×1 024，大大提高圖片清晰度，同時為事件取證提供高質量圖像。

2）高空高清瞭望。在世博園區中心上空，設置了一個高空系留氣球，這個“浮空平臺”內安裝4部高清攝像機和2部紅外攝影機，實施對世博園區的全方位宏觀監控，形成一個全方位、無死角的全天候“警察”，確保園區安全。

3.1.3 應用分析

高清視頻監控系統通過大大提高視頻分辨力，既能提供大范圍的場景監視，又能提供豐富的細節，為事件取證提供了高質量圖像，也大大提高了智能視頻分析的效果和深度應用。

3.2 智能技術

3.2.1 技術特點

智能視頻監控技術[2]是通過對輸入的視頻流采用對運動目標的檢測、跟蹤、分類，將視頻內的目標經背景建模、目標分割、跟蹤及分類等圖像識別算法相結合，完成由圖像到事件參數的轉變，從而實現對各種突發事件的實時檢測[1]。上海世博會重要場館的安保系統，在借鑒世界各大會議、活動和賽事類場館的設計經驗基礎上，全面采用智能監控技術，多種最新的智能視頻技術在世博安防中得到整合應用，包括：

1）非法入侵行為自動檢測、報警。為防止有人未經許可闖入場館，需要對館區周界區域視頻進行智能分析，對周界入侵行為進行檢測；當檢測到有目標入侵，周界即產生報警，并驅動球機進行自動跟蹤，對入侵目標進行取證。

2）異常事件的自動檢測。對場館內重要區域的視頻進行智能分析，對多種異常事件進行檢測，包括徘徊、物品拿取、物品放置、涂鴉、違章停車等異常事件的檢測。

3）設備異常自動檢測。對攝像機的多種異常狀態進行檢測，包括視頻線斷開、攝像機被破壞及攝像機被移動等。

4）同時具備多種視頻監控功能。部分監控系統需要具有視頻預覽、視頻存儲、視頻回放、日志管理、快球控制、電子地圖等視頻監控系統功能。

5）自動人數統計技術。攝像頭捕獲的視頻傳到后臺，通過背景分離、特征提取等環節后，視頻中代表“人”的圖像會被自動檢測，最終統計出準確的人流數字。

6）人臉識別技術。人臉識別技術是目前身份認證和安全控制最新生物特征的識別技術。在拍攝到視頻圖像后，人臉識別系統首先會把視頻中的人臉識別出來。抓取出人臉后，系統把焦點對準眉骨到下顎這一倒三角區域，找出該區域的4 000多個點位，如眼角點位、鼻翼點位，計算它們之間的距離比值，形成人臉三維系統并轉化為數學模型，通過數據識別實現人像的識別。科學家發現，一個人從小到大，這些點位的距離比值是不變的，是每個人獨特的“身份證”。

3.2.2 世博中的典型應用

世博中的典型應用有：

1）客流眼。在中國館、世博軸、城市最佳實踐區等重要場館和區域中，有多個會“自動清點人頭”的智能攝像頭“客流眼”[2]。通過背景分離、特征提取等環節，視頻中代表“人”的圖像會被一一圈出，最終統計準確率在80%～95%之間。同時，這套攝像頭還會將統計出的場館內的人數與設定的人員上限進行實時比對，一旦超過該上限，立即發出警報，提醒工作人員采取疏散措施。

2）人臉通行證。在上海世博會上，進出世博園區約50萬持證人員和7 000萬人次游客都將擁有無法偽造的“人臉通行證”。本次為世博會開發的人像采集設備的名稱為“E面通”，它有刷卡區和一個屏幕，與閘機相連，安裝在世博園區的各個進出口，主要是為了防止持證人員將卡轉借給他人，或被不法分子冒用。該設備的核心技術就是人臉識別技術。因為該系統測的是特征點位，人臉在喬裝打扮后也無法逃過識別系統。在識別系統中輸入含有人臉的圖像，系統就自動進行人臉檢測，根據系統定位，重建面部特征的3D系統，通過特定算法提取人臉圖像的特征碼，保存至人臉特征庫中。如果要查詢，只須把待測者的人臉圖像輸入系統，就可以與計算機里存儲的資料進行比對。

3.2.3 應用分析

從應用角度來看，目前智能視頻監控還處于起步階段，主要應用于一些特定的場合。但隨著市場和技術的成熟，尤其是人工智能等為代表的智能信息分析技術、IPv6為代表的下一代網絡技術、云計算、并行計算等計算技術、高速度、高集成度的芯片設計技術的高速發展，在中國“三網融合”的大形勢下，智能視頻監控必將在各行各業得到廣泛推廣。

3.3 物聯網安防技術

3.3.1 技術特點

物聯網[3]是將信息感知的網絡、信息傳輸的網絡和信息共享的網絡進行整合，將傳感器、網絡智能終端和互聯網結合在一起，實現可感知的世界互聯。

物聯網安防是指終端產品具有智能化、一體化，能夠連接多種無線傳感器，能夠通過互聯網傳輸報警圖像和信息，同時具有網絡平臺監控報警服務功能的安防系統。

3.3.2 世博中的典型應用

世博中的典型應用有：

1）LA100型火災安全監控系統。世博會主題館、世博中心、世界演藝中心、未來館、特鋼大舞臺以及加拿大館等，均安裝了具備“電子眼”、“電子鼻”等多種傳感器聯合的LA100型火災安全監控系統。該系統由兩種火災探測器和一個自動消防炮組成，通過模仿人的眼鼻系統，對大空間實施監控。當火苗到達半米的高度時，自動消防炮會在幾秒到十幾秒內感應到，并以30 L/s的強度噴水，1 min內就可以把火撲滅。

2）手機門票。本次世博門票的一大亮點在于推出普通紙質RFID門票[3]的同時，還和中國移動合作，推出了基于RFID手機支付的手機門票。手機門票也稱為電子門票，是全球范圍內首次把RFID技術（即物聯網或稱傳感網技術）與移動SIM卡相結合，以手機SIM卡為載體實現的一種全新電子票。RFID SIM卡讓用戶的手機具備了非接觸通信功能，也就是信息傳感設備與手機網絡相連，從而實現手機購票、刷手機入園等無紙化動作。

3）食品導讀。進入園區的蔬菜、水果、水產品、蛋等初級產品及配送的餐飲半成品等，包裝袋上都將帖上RFID標簽，這個標簽會存儲種植養殖企業或生產單位、品名、產地、生產日期、保質期等信息，以保證食品和原料能夠追根溯源。導讀技術（RFID技術之一）將在世博園內全面覆蓋。屆時，手持辦公終端移動設備的執法人員可以現場對進園食品的生產、加工、存儲和銷售進行全過程追蹤，確保供應渠道的安全可靠。

3.3.3 應用分析

新一代物聯網安防產品將物體和環境的信息經過智能網絡化終端與互聯網系統結合起來，集監控、圖像分析、智能處理、前端存儲、警笛訊響、主動報警等多種功能于一體，達到人類社會與物理系統的整合，這個特點決定了基于物聯網技術的安防產品必然是下一代安防監控系統的發展方向。

4 后世博圖像監控新技術的發展與需求

4.1 上海世博為安防新技術的深度應用提供了舞臺

世博會自誕生之日起就是展示新技術的平臺，2010年上海世博會更是高科技的大秀場。國內外安防企業紛紛投入到這一場全球矚目的“高科技”盛宴中，借助世博走向世界的舞臺。在世博場館及其周邊部署的圖像監控安全防護系統，大量地采用了當前較為先進和智能的圖像監控新技術。從領到門票的那一刻起，智能信息就已經走到了人們的身邊。從個人層面的手機支付、食品安全，到園區層面的運營監控、安全保障，再到城市層面的交通管理、全面協調，無不透射出智能信息給世博會帶來的效率提升。

4.2 物聯網技術為安防視頻監控的深度應用提供契機

上海世博會是物聯網概念和技術展示的舞臺。物聯網是將信息感知的網絡、信息傳輸的網絡和信息共享的網絡這三者進行整合，將傳感器、網絡智能終端和互聯網結合在一起，實現可感知的世界互聯。這個特點決定了基于物聯網技術的安防系統必將得到深度的發展和應用。

4.3 智慧城市推動了安防技術的發展和深度應用

上海市正在發展成為國際的金融中心和航運中心。2010年上海世博會必將帶動和提速兩個中心的發展步伐。隨著上海城市建設速度和經濟社會地位的提高，對城市公共安全保障體系的要求會更高。日益復雜的城市環境需要智能的信息處理技術和科學的管理手段。

隨著安防體系建設的不斷增加，其在各行業領域發揮的作用也日益凸顯。安防數據已經成為城市基本的公共數據資源，數據采集點越來越多，數據處理系統越來越復雜，只有依靠智能化的信息處理系統，才能實現智慧城市。

因此，進一步開展國內自主創新技術研究、拓展對已有系統的深度應用，建立健全法制法規、加強科學的管理機制是后世博時代需要重點解決的關鍵問題。對于上海后世博時代，需要吸收大量國內外的一些領先新技術與優質的服務理念，從而創造出更具備國際化競爭優勢的安防產業，為上海城市經濟、政治、文化的發展保駕護航。

[1] 史新華.物聯網時代來臨給安防業帶來哪些影響 [EB/OL].[2010-01-20].http：//www.cqvip.com/qk/98454B/201005/33911784.html.

[2] 王保云.RFID世界網版權所有 [EB/OL].[2010-01-20].http：//tech.rfidworld.com.cn/2010_06/79d4eff7d28135a0.html.

[3] 范臻.世博安防技術搶先看：RFID技術應用概覽 [EB/OL].[2010-01-20].http：//security.it168.com/a2010/0325/865/000000865564.shtml.

朱曉明，女，碩士，上海市公安局科技處圖像科助理工程師。