淺談高清視頻智能分析在環(huán)保監(jiān)控中的應(yīng)用

■張茂

對于智能環(huán)保這塊廣闊天地，高清數(shù)字網(wǎng)絡(luò)化、智能化、人性化、規(guī)范化、適用化，安防企業(yè)大有作為，高清智能分析技術(shù)對于環(huán)保應(yīng)用來說任重道遠(yuǎn)，是挑戰(zhàn)，更是機(jī)遇。

前言

我國對環(huán)保問題也高度重視，國務(wù)院發(fā)布的節(jié)能減排綜合性工作方案，建立了節(jié)能減排統(tǒng)計、監(jiān)測、考核指標(biāo)體系和目標(biāo)責(zé)任制考核評價制度，加大了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整力度，明確要求對國家重點監(jiān)控的污染源和治理設(shè)施實行自動在線監(jiān)控。環(huán)保領(lǐng)域安防監(jiān)控顯得尤為重要。現(xiàn)在的環(huán)保系統(tǒng)，除視、音頻監(jiān)控外，已越來越呈現(xiàn)出污染源監(jiān)控圖像與數(shù)據(jù)的同步顯示、智能化分析、數(shù)據(jù)異常告警聯(lián)動、突發(fā)環(huán)保事件的可視化預(yù)案處置、應(yīng)急指揮調(diào)度等一系列應(yīng)用趨勢。對于智能環(huán)保這塊廣闊天地，高清數(shù)字網(wǎng)絡(luò)化、智能化、人性化、規(guī)范化、適用化，安防企業(yè)大有作為，高清智能分析技術(shù)對于環(huán)保應(yīng)用來說任重道遠(yuǎn)，是挑戰(zhàn)，更是機(jī)遇。

視頻監(jiān)控整合于環(huán)境檢測體系

近年來，在國家大力倡導(dǎo)構(gòu)建資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的方針指導(dǎo)下，我國環(huán)境監(jiān)測技術(shù)也得以明顯改善。目前的環(huán)境監(jiān)測體系中還整合了環(huán)境視頻監(jiān)控系統(tǒng)。在環(huán)保監(jiān)控系統(tǒng)中，前端設(shè)備亦多被“安插”在排污現(xiàn)場，采集排放口和污水處理設(shè)施的視頻信號，并傳送到監(jiān)控主機(jī)上，監(jiān)控主機(jī)將這些信號和數(shù)據(jù)通過通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)江h(huán)保局監(jiān)控中心。系統(tǒng)可以很好地掌握到企業(yè)污染設(shè)備有無正常運轉(zhuǎn)、有無偷排現(xiàn)象，也便于實時在線監(jiān)測相關(guān)數(shù)據(jù)。環(huán)境監(jiān)測的內(nèi)容主要集中在工業(yè)污染源。其一般涉及在線儀器監(jiān)測、數(shù)據(jù)通訊、數(shù)據(jù)庫管理應(yīng)用和信息管理等多方面環(huán)節(jié)。監(jiān)測的核心在于采集具有時效性、可靠性的環(huán)境信息，通過先進(jìn)的傳輸技術(shù)提供實時的數(shù)據(jù)；利用先進(jìn)的信息挖掘手段，提高環(huán)境信息利用率和共享程度，最大化地為環(huán)境監(jiān)測與管理提供及時、科學(xué)的依據(jù)。

視頻監(jiān)控和環(huán)境監(jiān)測的結(jié)合不再是生拼硬湊。通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)與環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的對接以及圖像與數(shù)據(jù)的疊加和關(guān)聯(lián)特性，可以很方便地看到監(jiān)測點圖像和數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)數(shù)據(jù)與圖像關(guān)聯(lián)。看數(shù)據(jù)的時候能夠看到圖像，看圖像的時候也能夠看到數(shù)據(jù)。通過視頻和數(shù)據(jù)的結(jié)合，可以有效防止虛假數(shù)據(jù)，并及時直觀的發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場問題。

智能高清視頻監(jiān)控應(yīng)用已經(jīng)成為目前環(huán)境監(jiān)控的發(fā)展趨勢。高清技術(shù)與IP技術(shù)結(jié)合，將為用戶提供前所未有的數(shù)據(jù)傳輸量和畫質(zhì)體驗。通過高清1080p、720p視頻監(jiān)控系統(tǒng)，用戶將能夠分辨出最細(xì)微的圖片細(xì)節(jié)和現(xiàn)場的真實情況，適用于更多環(huán)保監(jiān)控系統(tǒng)中污水、大氣、粉塵現(xiàn)場監(jiān)控的實際需要。高清視頻監(jiān)控將為環(huán)境監(jiān)控來來更強(qiáng)的易用性、清晰度，以及更多復(fù)雜環(huán)境的監(jiān)控應(yīng)用。

智能分析系統(tǒng)可以通過對視頻、音頻以及數(shù)據(jù)的獲取和分析，判別環(huán)境狀況是否正常，如出現(xiàn)污染物超標(biāo)等異常情況，則會自動進(jìn)行報警，提示環(huán)境監(jiān)測和管理部門注意并及時進(jìn)行處理，遏制重大污染事件的發(fā)生。

同時，智能分析系統(tǒng)通過對視頻、音頻以及數(shù)據(jù)的獲取和分析，系統(tǒng)傳感的聯(lián)運動作來判別環(huán)境狀況是否正常，如出現(xiàn)污染物超標(biāo)等異常情況，則會自動進(jìn)行報警，提示環(huán)境監(jiān)測和管理部門注意并及時進(jìn)行處理，遏制重大污染事件的發(fā)生。

雖然在實際項目中環(huán)境監(jiān)控的主流仍是以有線監(jiān)控局域網(wǎng)絡(luò)為主，但由于高清視頻的先進(jìn)無線技術(shù)亦成為環(huán)保監(jiān)控不可或缺的一部分。

高清智能視頻監(jiān)控的市場現(xiàn)狀

經(jīng)過近幾年的迅猛發(fā)展，智能視頻分析技術(shù)對人們來說已不再陌生。從業(yè)人數(shù)的增加、企業(yè)數(shù)量的攀升、技術(shù)的不斷提高，帶動了國內(nèi)智能視頻監(jiān)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前的智能化視頻監(jiān)控主要包括：身份識別、智能行為分析、視頻診斷等。其中身份識別包括人臉識別、車牌識別等；智能行為分析包括虛擬警戒區(qū)域、智能跟蹤、物體的遺留和丟失、異常行為檢測、人員聚集等；視頻診斷主要檢測視頻信號異常、畫面凍結(jié)、鏡頭的遮擋和偏移、抖動等。

智能視頻分析技術(shù)起源于國外，但是，在智能視頻監(jiān)控市場需求快速增長的刺激下，國內(nèi)安防廠商和一些研究所開始進(jìn)行自主研發(fā)及與外國公司進(jìn)行技術(shù)合作從事產(chǎn)品生產(chǎn)。目前，國內(nèi)專注于智能視頻分析領(lǐng)域的廠商也越來越多。從產(chǎn)品形態(tài)來看，目前市場上存在的智能視頻分析技術(shù)相關(guān)產(chǎn)品主要分為嵌入式視頻分析產(chǎn)品與純軟件視頻分析產(chǎn)品兩大類。嵌入式視頻分析產(chǎn)品的主要有智能一體攝像機(jī)、智能DVR等，一般應(yīng)用在監(jiān)控系統(tǒng)的前端。純軟件視頻分析產(chǎn)品主要運行于普通PC或服務(wù)器上，使之成為智能視頻分析服務(wù)器。

高清智能視頻監(jiān)控的問題與完善

目前，有不少廠家提供智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)與解決方案，但不論是前端嵌入式視頻分析產(chǎn)品還是后端純軟件視頻分析產(chǎn)品，不論是國內(nèi)的產(chǎn)品還是國外的產(chǎn)品，與用戶的真正需求都還有相當(dāng)?shù)木嚯x，智能視頻分析技術(shù)的未來之路仍然不乏挑戰(zhàn)。主要存在的問題有：誤報、漏報、缺乏行為判斷能力、實時性與魯棒性難以兼顧等等。為提升智能視頻分析產(chǎn)品的應(yīng)用性，在完善核心算法的同時，必然將向以下方向發(fā)展：

首先，要提高視頻分析功能模塊的適應(yīng)性，使之適應(yīng)更為復(fù)雜和多變的現(xiàn)場環(huán)境，提高產(chǎn)品的魯棒性。系統(tǒng)的魯棒性的提高，必然要增加算法的復(fù)雜度，要兼顧實時性的需求，我們可以引入對GPU的應(yīng)用。同時智能視頻監(jiān)控技術(shù)與云計算技術(shù)相結(jié)合是未來發(fā)展的一個必然趨勢。 其次，要立足行業(yè)用戶需求，推出具有針對性的產(chǎn)品，以識別和分析更多的行為和異常事件，提高產(chǎn)品的判別能力。對于視頻監(jiān)控的需求，特別是對于智能視頻分析技術(shù)的應(yīng)用需求，不同的行業(yè)間一般有著非常明顯的差異，由此也決定了不同行業(yè)檢測行為類型與異常事件的差異性。只有把整個垂直行業(yè)所需的主要功能滿足，才能真正提供完善而全面的解決方案。

另外，必須完善產(chǎn)品性能指標(biāo)，提高產(chǎn)品檢測率，降低誤報、漏報。

智能視頻監(jiān)控的應(yīng)用前景

近年來，中國視頻監(jiān)控市場受北京奧運會、上海世博會、廣州亞運會、深圳大運會等大型活動的安保項目以及智慧城市、智能交通等各行業(yè)視頻監(jiān)控需求快速增長等因素的刺激和拉動，取得了快速發(fā)展，整體市場規(guī)模迅速擴(kuò)大。另外，加速轉(zhuǎn)型的中國社會面臨越來越多的不穩(wěn)定因素，社會治安防范日益復(fù)雜，未來用于維護(hù)公共安全的投資將呈穩(wěn)定增長。2011年，《中國安防行業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》正式出臺，規(guī)劃提出，到“十二五”末期，安防行業(yè)要實現(xiàn)安防產(chǎn)業(yè)規(guī)模翻一番的總體目標(biāo)，年增長率達(dá)到20%左右；到2015年，安防行業(yè)總產(chǎn)值將達(dá)到5000億元。目前，智能視頻監(jiān)控在包括智慧城市建設(shè)、地鐵城軌、智能交通、大型活動、環(huán)保管理、森林防火、校園監(jiān)控、社區(qū)家庭等諸多領(lǐng)域全面鋪開。

環(huán)境監(jiān)控應(yīng)用現(xiàn)狀及瓶頸分析

基于上述背景，各種各樣的環(huán)保監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)運而生，并得到了廣泛部署和應(yīng)用。但是，目前絕大部分環(huán)保監(jiān)測系統(tǒng)僅僅實現(xiàn)了數(shù)據(jù)監(jiān)測功能，比如實時采集和監(jiān)測排污點的二氧化硫和化學(xué)需氧量排放量，而沒有實現(xiàn)圖像監(jiān)控功能，不能直觀的看到排污點實際圖像，對污染的實際狀況掌握不夠充分。為此，建立以各級環(huán)保部門為中心、相關(guān)排污企業(yè)為分支點的污染源視頻監(jiān)控系統(tǒng)勢在必行。

傳統(tǒng)的模擬圖像的視頻監(jiān)控通常是基于本地化的監(jiān)控應(yīng)用，各個監(jiān)控點獨立組建監(jiān)控體系，雖然可以通過網(wǎng)絡(luò)連接，實現(xiàn)簡單的調(diào)閱圖像功能，但是由于缺乏統(tǒng)一的規(guī)劃和設(shè)計，對于如何根據(jù)環(huán)境監(jiān)控業(yè)務(wù)特點更加方便靈活的調(diào)閱圖像、數(shù)據(jù)及出現(xiàn)突發(fā)環(huán)境事件的應(yīng)急指揮還缺乏足夠的思考，造成了環(huán)境監(jiān)控工作的被動。

同時，由于模擬攝像機(jī)技術(shù)上對清晰度的限制，絕大多數(shù)的模擬攝像設(shè)備只能提供基于CIF、4CIF、D1格式的影像資料，每當(dāng)環(huán)境污染事件發(fā)生時，錄像畫面只能勉強(qiáng)呈現(xiàn)污染現(xiàn)場的輪廓，污染細(xì)節(jié)卻模糊不清，根本起不到提供現(xiàn)場證明、線索的關(guān)鍵作用。而且這些視頻影像資料只限于圖像的瀏覽應(yīng)用，無論在圖像的清晰度、流暢度以環(huán)境數(shù)據(jù)應(yīng)用等方面都已經(jīng)無法滿足目前環(huán)保系統(tǒng)的高清、數(shù)據(jù)化同步等需求，制約了環(huán)保系統(tǒng)對染污源監(jiān)測和管控的整體效果。

高清智能網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控在環(huán)保監(jiān)控的應(yīng)用

針對環(huán)保監(jiān)控的實際需求，結(jié)合先進(jìn)的技術(shù)及應(yīng)用，安防企業(yè)提出高清智能網(wǎng)絡(luò)化環(huán)保監(jiān)控方案，方案以IP傳輸網(wǎng)絡(luò)，H.264協(xié)議群為傳輸基礎(chǔ)，是集1080p、720p高清圖像、音頻監(jiān)控及對講、數(shù)據(jù)疊加、智能化分析及告警、可視化指揮調(diào)度為一體的綜合型應(yīng)用系統(tǒng)。

通過高清智能網(wǎng)絡(luò)環(huán)保監(jiān)控方案，可實現(xiàn)視音頻及報警信息的采集、傳輸/轉(zhuǎn)換、顯示/存儲，進(jìn)行權(quán)限管理，保證信息的安全、可視化的環(huán)保事件的應(yīng)急預(yù)案管理和調(diào)度等多項功能。通過攝像系統(tǒng)對污染事件頻發(fā)的區(qū)域進(jìn)行連續(xù)監(jiān)視，通過控制中心和分控中心遙控的方式調(diào)整監(jiān)視區(qū)域和染污源監(jiān)控點，環(huán)保部門足不出戶即能實時了解情況并進(jìn)行監(jiān)督，一旦發(fā)生污染事件，可查閱現(xiàn)場錄像記錄，并與環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)疊加同步顯示，為調(diào)查和處理提供方便，把現(xiàn)場監(jiān)控模式由傳統(tǒng)的單一型、粗放型向綜合型、智能化、集約型轉(zhuǎn)變，提高了環(huán)境管理的效率。

結(jié)束語

未來是高清智能技術(shù)高速發(fā)展的黃金時期，智能環(huán)保應(yīng)用的范圍也會越來越廣。在安防市場群雄并起的時代，加快高清智能分析技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，成為實現(xiàn)現(xiàn)代化、智能化、精細(xì)化發(fā)展重要推動力。高清智能分析技術(shù)對于環(huán)保應(yīng)用來說任重道遠(yuǎn)，是挑戰(zhàn)，更是機(jī)遇。安防企業(yè)應(yīng)利用網(wǎng)絡(luò)高清勢頭，順勢而起抓住這個機(jī)遇，就得早布局，早行動起來。

隨著科技的發(fā)達(dá)和人們需求事實的理念、安全與進(jìn)步，單獨的數(shù)據(jù)信息已經(jīng)滿足不了實事求是的需求，因此，高清視頻智能分析的出現(xiàn)，給安防企業(yè)在環(huán)保領(lǐng)域的明天繁衍生息，增添了新的動力，帶來了新的希望。