安防監控與智能建筑

文│ 杭州市智能建筑專業委員會 何永祥

1 智能建筑的發展現狀

智能建筑行業正處于快速成長期，已成為社會的基本需求和未來時代建筑的標志。智能建筑產品越來越多的應用在辦公建筑、商業建筑、校園、住宅建筑等領域。與國外智能建筑的發展相比，應該說差距不是太大。如今美國新建和改建的辦公大樓已有70%以上為智能建筑。日本從1985年始建智能化大廈，并制定了從智能設備、智能家庭到智能建筑、智能城市的發展計劃，目前已有65%以上的建筑實現智能化。前幾年，我國智能化系統的投入只占到建筑造價的5%左右，現在已經上升到8%～10%，在公共建筑，如校園、辦公樓、銀行、體育場館中，智能化的投入更是高達20%～30%。據業內人士統計，2009年全國共完成建筑業總產值75864億元，如按6%為智能建筑統計，智能建筑產值已達4550億元。智能化系統在住宅中的應用面也越來越廣，新建的居民小區都有智能建筑產品。國內近幾年來智能建筑發展勢頭迅猛，其數量之多、發展速度之快，位居全球之首。一般而言，智能建筑含安防系統、計算機網絡系統、樓宇自動化系統、綜合布線系統、會議系統、UPS系統等，而安防系統在智能建筑中占顯著地位，沒有安防的智能建筑稱不上智能建筑。由此可見，智能建筑的發展在推動安防的發展，反之，安防的新技術也促進智能建筑的前進。

2 安防監控與智能建筑的關系

盡管安防系統從屬于智能建筑行業，其在智能建筑行業中地位顯著，同時它又可單獨成一行業，國家的行業標準GA系列（公共安全）就是為其所制定。廣義而言，“公共安全”包含建筑物、場所以及道路。安防與智能建筑關系相互依存。安防系統包括監控系統、入侵報警系統、門禁系統、家居防盜報警系統、電子巡更系統、樓宇對講系統、停車專用管理系統、一卡通系統等。據美國TEMPEST公司統計，2006年全球安防市場占870億美元，監控市場占82億美元，門禁系統市場占32億美元，報警系統市場占227億美元，FRID占18億美元，消防占208億美元，其他占310億美元。而中國的安防市場據《2008年中國安全防范行業協會洞察力研究報告》的數據顯示：2007年中國安防市場總產值已達958億人民幣，而安防中的主體視頻監控為536億元，占56%。按每年增長率為20%計算，則2009年安防產值估算為1378億元，而監控為770億元人民幣。在安防行業中，占控制地位的是視頻監控，視頻監控是安防行業的基礎，視頻監控的方向就是安防行業的方向。此外，隨著生產自動化程度的大幅提高和現代化的制造生產線的大量使用，智能建筑的廠房在設計時，對監控應用的需求也是日益增長。

3 安防新技術在智能建筑中應用

以2010年世博會為例，上海世博會的建筑應該是智能建筑的薈萃，而國內不少安防技術的精華在世博會中得到應用。據世博會報道，世博中心是上海世博會永久性大型公共建筑，也是我國唯一一座按照中國三星標準和美國LEED金獎雙重控制執行的大型“綠色低碳公共建筑”。在節能上大規模利用太陽能的超白玻璃也在上海世博會上大展身手，上海世博會主體建筑及“世博陽光谷”工程均用超白玻璃作為上海世博會新建場館的建設，以上是智能建筑中的新產品與新技術。同樣在世博會的安保上，新技術與新產品應用也層出不窮。總書記胡錦濤在上海考察時，發出了“確保上海世博安保工作萬無一失”的指示后，世博安保部門透露，他們將啟用大量高科技安保設備，其中包括人臉識別系統、排爆機器人、人造狗鼻子等，世博期間將有60余套安檢裝備在世博園基礎設施與配套設施項目道口安裝使用。如“拉曼液態違禁品檢查儀”，安檢人員將透明或半透明材料包裝的液體放置到檢查儀上，只需按下分析鍵，2秒鐘內報出被檢查物質的名稱。此外各個進出口安裝的 “E面通”的人臉識別系統，對進出園區的50萬持證人員進行比對識別，識別無誤方能過關。由此可見安防新技術與智能建筑是息息相關的，可以說，智能建筑中一旦嵌入新技術，必定由最新的安防系統與之相匹配。

4 安防監控新技術的發展

市場推動著新技術的不斷涌現，如生物識別、行為識別和高清視頻的日漸成熟，使得高清視頻網絡監控已實現。目前，生物識別技術中的人臉識別有了重大突破，通過三維人臉識別能夠保證識別的唯一性，而行為和形體識別技術借助計算機強大的數據處理功能，并結合智能視頻技術能對視頻畫面中的數據進行分析，為監控人員提供關鍵信息，可以對不同種類的物品進行識別。例如在通道口，如果有嫌疑人通過時，監控設備將其圖像與罪犯的圖片進行比對，如果一致將報警；在禁止停放物品的地方，如有物品停放系統將會報警提示；當存放的物品被帶離系統所能監控的范圍時，系統將報警；在監控范圍內如有人群聚集、人員來回徘徊或進入不應該進入的區域，都將發出告警信號。這些技術的應用能夠讓監控從被動安全防范轉向主動防范。由于對前端設備功能要求的提高，以上的識別必須通過前端的攝像機采集，而這時的監控系統已經不只是一個普通的監控系統，而是監控、智能計算機與網絡集成為多種應用的一體化組合的設備，即將人臉識別、行為識別、周界報警、門禁控制等與視頻監控集成在同一個網絡平臺之上。

綜上所述，本文所論述的安防監控新技術，其特點有三個，即高清、智能、集成。

（1）從高清角度來看，以前的模擬攝像機折合為像素只有40萬像素（704×576），如人在畫面中占十分之一，則人臉水平像素只有70個，圖像信息資源少，識別自然困難。而采用高清攝像機，如以150萬像素來分析（1920×720p），人臉水平像素已達200個，識別與行為分析自然精度更高、更準確。

（2）在視頻監控中心，操作人員不能確保連續8小時內觀看操控介面，而智能分析系統一旦檢測到異常事件就報警，不僅可靠而且效率較高。

（3）集成是把數字高清攝像機、DVR及通信設備組合在一起，可作為嵌入設備，也可基于PC，采用網絡形式組成平臺，一點報警，全線可知。

以上所述的高清監控平臺適應發展趨勢，“環保”、“節能”和“低碳”是當下炙手可熱的話題，追求“低碳”與可持續發展的生活離不開各行各業的支持與配合，如采用高清監控平臺，通過高清監控系統促使企業完成環保減排目標，環保部門在企業工廠排污口建立高清監控系統，通過對氣體、液體濃度和成分等進行分析、監控，監督企業在節能環保方面的執行和達標程度。另外，對于城市的河流和水源的水質等建立網絡高清監控也是一個很好的手段。

5 應用實例：校園高清監控平臺

校園安全目前已引起政府部門的高度重視，強化校園及周邊的治安管理，推動“平安校園”，不斷推進技防措施的建立和完善，防止不法分子進入校園制造事端；治理校園周邊治安秩序打造平安校園，不僅要人防，更需要技術防范。

校園安防主要是利用視頻監控系統、防盜報警、門禁系統、身份識別、巡更系統等各種硬件設施保障校園安全。

（1）系統原理

國際電聯在ITU-R BT.1201建議書中提出了超高清晰度圖像（HRI）的若干標準，其基本要素是圖像的最小分辨率為1920x1080，HRI分四個等級，包括HRI0、HRI1、HRI2及HRI3，分辨率分別為1920x1080、3840x2160、5760x3240、7580x4320。所以根據以上定義，網絡攝像機的分辨率至少要達到1280x720的標準，約90萬像素，若采用200萬像素的網絡攝像機，如寬高比為16：9的網絡攝像機，對應分辨率為1920x1080，寬高比為4：3的網絡攝像機，對應分辨率為1600x1200。

由于目前視頻監控以4CIF格式為主，圖像分辨率最大為704x576，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，系統中采用高清攝像機對大區域進行監控，同時對觸發校園周界入侵的報警目標做高清抓拍處理，保存的圖片達到20140萬像素，分辨率為19260x1080，這樣可以提高圖片清晰度，同時為事件取證提供高質量圖像。本系統的主要設備是安裝在前端的智能識別器，采用DSP嵌入式結構，獨立完成人像采集、圖像識別報警、行為識別等功能，與報警中心數據交換，通過網絡數據傳輸協議進行。系統中智能視頻分析軟件對輸入的視頻流采用對運動目標的檢測、跟蹤、分類技術，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，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。

此外，高清攝像機具有智能跟蹤的功能，考慮到監控區域的大小和目標的細節，全景與特寫是一個矛盾。如果攝像機的監控范圍大，則不能看到目標的細節；如果看到目標的細節，則攝像機的監控范圍會很小。為有效解決這個問題，由兩個攝像機組成，其中一臺攝像機作為主攝像機對大范圍進行監控；一臺攝像機觀察目標的細節。當主攝像機檢測到有可疑情況時，主攝像機發送指令控制從攝像機進行云臺旋轉和鏡頭縮放，鎖定觸發報警的目標并對其進行自動跟蹤，使目標持續放大以顯示在畫面中央，這樣可以看到更清晰的目標特征，有利于實時的判斷和事后對照取證。

校園內值班中心或傳達室設置服務器，采用人臉智能識別報警系統管理軟件包與行為識別軟件包。它的主要功能是實現人臉布控與行為識別。報警中心軟件具有電子地圖功能，報警發生后系統立即做出顯示，顯示報警的具體位置。由于報警中心使用了電子地圖、語音提示、現場報警圖像提示等人性化報警手段，降低了操作人員工作強度。同時將門禁系統、巡更系統、對講系統、一卡通等統一集成在平臺軟件上。

（2）產品及實施過程

前端攝像機采用某高清IP攝像機，采用高清傳感器，支持最高1920x960分辨率高清編碼功能，分辨率可達到目前高清的最高標準1080p，而且能夠支持電子云臺功能，可以實現140°全景畫面監控。與傳統的模擬云臺解碼器相比，具有支持區域放大、無機械磨損、無噪音等優勢。

針對硬盤錄像機，采用可支持高清IP攝像機，可顯示分辨率最高達1280x720。該硬盤錄像機有較大的內存空間，為以后大容量硬盤的出現提供了更高的平臺。同時可以實現實時在線的網絡擴展存儲功能。NVR提供本地顯示、控制功能，可以顯示IP攝像機實時圖像，控制IP攝像機云臺鏡頭，接收報警信息，對IP攝像機進行參數配置；還可以實現對IP攝像機的遠程預覽、錄像、參數配置、云臺鏡頭控制等功能。

服務器或計算機中安裝智能視頻監控系統管理軟件，其作用是在傳統視頻監控系統的基礎上融入智能分析技術，支持靈活多變的接入方式，提供高可靠性的數據存儲，支持豐富的業務數據統計功能，具備應急指揮能力，并提供開放式軟件接口用于集成。

該高清監控系統平臺還與防盜報警、門禁系統、電子圍欄與身份識別各子系統相聯。

①防盜報警系統

防盜報警安裝在校園的關鍵位置，如圍墻、財務室等地安裝緊急開關，不僅防盜而且在地震、火災時對學生起動員作用。也可在發生意外時使學校可與外界聯系，尋求幫助。

②門禁系統

門禁系統主要應用于學校重要部門的入口，可以有效地解決校園的安全隱患，為校園出入提供更安全的管理。用戶采用非接觸RFID感應卡出入大門，通過電腦編程可任意對卡片的使用時間、使用地點進行設定。系統還可以通過硬件觸電聯接或通過網關與閉路監控，防盜及消防報警實現系統間協調聯動。另外，系統還遺留擴展LED大屏幕、短信通知模塊、人體體溫檢測儀接口。同時管理工作人員的考勤，可以在相應的入口安裝刷卡終端，構成門禁考勤系統。

③電子圍欄系統

電子圍欄系統主要應用在幼兒園，電子圍欄是一種高壓微電流的電子設備，由高壓電子脈沖主機和前端探測圍欄組成。當有不法分子入侵時，可延遲入侵時間，并把入侵信號發送到安全部門監控設備上，以保證管理人員能及時了解報警區域的情況，快速做出處理，保障校園安全。

④身份識別

身份識別系統應用在幼兒園與小學。家長通過RFID卡或指紋在學校門口或教室進行刷卡或指紋驗證，系統自動識別家長身份，并立刻顯示出孩子與家長的照片并記錄時間，以便今后作為檔案備查。

（3）系統的功能

智能監控管理平臺軟件與前端高清攝像機及智能識別器的結合，能達到以下功能：

①管理配置功能

◆支持監測智能分析設備的運轉情況，對異常情況進行中心報警；

◆智能規則的配置功能，用戶根據需求在視頻中配置各項報警規則；

◆報警聯動配置功能，用戶可以根據需求配置智能報警聯動方案 ；

◆跟蹤系統標定功能，用戶可以對跟蹤系統進行標定，實現球機的自動跟蹤功能。

②監控功能

◆支持在預覽畫面顯示智能分析結果，包括顯示警戒規則、目標框和報警信息；系統還具有視頻預覽、快球控制、電子地圖等視頻監控系統功能；

◆支持在報警列表欄顯示報警列表，報警列表記錄了報警的時間、事件類型、發生地點等信息，用戶可以在報警列表中點擊查看報警抓拍圖片及回放報警錄像。

③報警查詢及日志管理功能

◆支持按時間段、監控點檢索、回放錄像資料；

◆支持按智能報警類型搜索及回放錄像資料 ；

◆支持智能報警日志的搜索及管理功能；

◆支持下載、備份錄像資料。

④智能事件后檢索

支持對歷史視頻錄像的事件分析與檢索功能，檢索包括嫌疑人的周界入侵、徘徊、物品拿取、停車等多種異常事件，支持對不同時間段的錄像文件進行智能后檢索，用戶可以對時間段進行配置。

⑤異常事件檢測

◆對非法闖入人員進行自動檢測、報警。為防止有人未經許可闖入校園，需要對學校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學校周界立即報警，并驅動球機進行自動跟蹤，對入侵目標進行取證；

◆異常事件的自動檢測。對學校周圍重要區域的視頻進行智能分析，對多種異常事件進行檢測，包括物品拿取、物品放置、涂鴉、違章停車等異常事件的檢測；

◆設備正常運行的自檢測。為了保障高清監控系統的正常運作，系統需要支持攝像機異常狀態檢測功能，對攝像機的多種異常狀態進行檢測，包括視頻線斷開、攝像機被破壞及移動等。

⑥人臉識別與行為識別

對罪犯的人臉布控，將采集到的人臉自動與布控對象比對，如識別出與布控對象相似將立即報警。按人臉的聯網搜索查詢，同時實時現場人臉照片與布控庫對象照片對照顯示。能對嫌疑人的徘徊、聚集與對嫌疑人的智能跟蹤，接收處理轄區內所有識別器的狀態報警、警情報警。