基于大數據的平安城市監控與智能分析系統

□ 文/廖澤宇 蔡延光 黃戈文 蔡顥 任中明 黃司輝

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基于大數據的平安城市監控與智能分析系統

□ 文/廖澤宇 蔡延光 黃戈文 蔡顥 任中明 黃司輝

引言

目前，視頻監控已經全面進入智能化、實時化、、高效化、高清化階段，使數據量大幅增加，即使是對TB級別的視頻內容進行數據分析和檢索都需要花費較長的計算時間，不足以反應實時性，做出最準確的決斷，用戶都期望對海量數據進行篩選進行高效高能使用，快速識別有效數據，提高數據利用價值，所以平安城市建設也應當在大數據時代下合理運用大數據處理。當下，IT技術發展迅速，產生的數據及其種類不斷增加，我們只有在大數據時代來臨之際，在實際中推動大數據的分析需求才能滿足人們日益增長的需求，平安城市指揮中心應當實時攝取前端有效音、視頻數據，再傳輸到高清大屏系統進行綜合調度，高清攝像機給智能分析提供了比傳統畫質高出幾倍的清晰圖像源，再由大屏系統實時監測、信息錄像、信息回放、智能分析，遠程控制、報警等得到的準確的數據都將為平安城市的建設提供良好保障，使得城市安全保障再次提升，在大數據智能分析的基礎下其終極目標也是高清化、網絡化、智能化，高效化，實時化，基于大數據的平安城市監控與智能分析方案從此改變傳統平安城市視頻監控的系統結構模式。

系統結構與功能

基于大數據的平安城市監控與智能分析，主要指城市高清網絡視頻監控系統涉及到的音視頻的采集、傳輸、存儲、管理、共享等環節下獲得的所需要的巨量數據資料，然后在基于大數據的新的處理模式對其進行智能分析，再實現統一指揮調度，實時保障城市安全。整個系統可分為前端音、視頻數據采集、實時數據接入、城市指揮中心平臺、數據存儲以及數字高清大屏系統下進行調度等部分。前端音、視頻數據采集主要包括：道路卡口、學校正門、鬧市、城市街道、其他娛樂公共場所等，在上述區域進行實時監控、抓拍、智能分析。它使平安城市指揮中心及時把握現場的詳細情況，通過高清大屏系統中的高質量的畫面給監控人員或者是后端智能分析系統，再通過智能分析可以對監控現場實現事前預警提示或應急處理。在相應的區域構建前端高清監控子系統實現對每個區域具體情況的詳細記錄，監控、抓拍，同時將各區域的實時視頻資料，集中在數字高清大屏上無縫隙顯示播放，實現城市統一調度，資源共享，對視頻內容及時進行數據對比，使相關部門的工作效率大大提高。為城市的平安和諧構筑一道高清視頻安全監控網。

（一）系統總體架構

除基礎通訊網絡外，本系統由7個功能子系統組成：1）視頻、音頻、控制信號等前端資源采集子系統；2）視頻、音頻數據信息存儲子系統；3）數字高清大屏視頻會議聯動子系統；4）基于大數據的智能分析與控制子系統5）異常事件管理、報警子系統；6）客戶端管理子系統；7）高清卡口抓拍子系統；主要系統總體架構見圖1。

（二）硬件總體結構

平安城市監控與智能分析是以維護城市安全和諧為原則，以高清智能攝像機及數據采集系統為基礎實現音視頻數據自動采集、智能精確分析，并實現城市各監控區域現場全天候監測管理、必要的抓拍管理、異常管理、預警管理、決策支持等，覆蓋整個城市公共區域的各個方面，實現24小時連續監控、文明、和諧、透明、高效管理。

平安城市監控與智能分析最主要還是實現監控人員能夠在中心指揮工作室通過實時采集的全城市各區域的音視頻信息實時調度、及時通知有關執法部門做好預警處理等工作。而中心指揮工作室也會按城市各個區域采用SDLP（Super Digital Light Procession）無縫隙智能數字高清大屏系統，全天候監測全城市各區域實時發生的狀況，并將所提取的音視頻數據有效存儲，實時將負責城市安全工作的有關部門領導人所需要的、經智能分析后的數據及時提交，供其進行決策。這樣也能大大提高有關部門處理突發事件的效率，為城市安全建設提供準確的使用材料。，同時SDLP無縫隙智能數字高清大屏系統能滿足平安城市監控的音視頻顯示無縫隙分離、實時分區域管理、及時捕獲圖片幀、能耗低，便于第三方系統接入等要求，準確的顯示城市各區域現場視頻、各區域車流量、人流量狀況、道路安全狀況、道路擁堵狀況、及時定位信息、實時監控信息、統計信息、抓拍信息、設備與視頻報警信息等，支持城市區域安全、人員、有關執法部門等信息的關聯顯示。硬件總體結構如圖2所示。

圖1　主要系統總體架構

圖2　硬件總體結構

1、大屏顯示系統

SDLP無縫隙智能數字高清大屏系統的使用，很好的將城市安防升級到了一個全新的高度，相對于其他大屏幕顯示系統其具有如下特點：

（1）無縫大屏顯示：可完整地顯示高清超大圖像且無物理縫隙。

（2）容易接入：可實現各類信號源完整顯示，實現高清顯示。

（3）色域統一：智能控制光機像素點，實現色彩統一，畫面色彩失真極低，顯示效果細膩柔和。

（4）能耗低：其耗能約為同尺寸大屏顯器的40％，既環保又節能。

大屏顯示系統可根據城市區域地理位置將音視頻資料進行自主合理劃分，完成音視頻、數據綜合顯示。實時顯示城市各公共區域現場視頻、道路狀況、車流量、人流量狀況、突發狀況信息、實時監控信息、實時統計信息、機臺報警信息、有關部門實時響應信息等。

2、視頻前端編碼設備

城市高清網絡視頻監控系統前端監控資源采集的視屏前端編碼設備主要是用了如下設備：

（1）高清網絡槍型攝像機：分辨率為1600×1200，2MCCD，壓縮方式為H.264，壓縮輸出碼率：32 K～2M，也可以自定義（上限16M，單位：bps）；音頻：G.711，G.722可選，采用HDMI視頻輸出接口輸出，顯示尺寸可達1600×1200，25fps。非常適用于平安城市建設的需求。

（2）標清網絡高速球機：采用130萬1/3英寸超大圖像傳感器，F1.4超大光圈，夜間監控出色，采用TI高性能DSP，支持1280*720/30fps實時輸出，最高支持1280*960/15fps的視頻輸出。圖像分辨率：主碼流（1280*960、1280*720）輔碼流（D1）。

（3）高清卡口抓拍設備：對全城市監控區域的人員流動、車輛流動、交通道路狀況等進行全天候實時監控并記錄相關圖像數據。前端處理系統對其進行分析，從中自動獲取突發情況產生的時間、地點、相關案發人員體貌特征等數據。同時將捕獲到的數據傳輸到平安城市道路卡口系統控制中心，將該數據與數據庫進行數據存儲、查詢、比對等處理，當發現違法、違規或自然條件破壞、交通堵塞等情況時，系統會自動向攔截系統及相關部門人員發出預警通知。

（三）軟件架構

圖3　智能制造系統需求響應軟件架構

采集傳輸層包括音視頻數據采集模塊、位置信息采集模塊、圖片信息采集模塊、文字信息采集模塊、天氣狀況信息采集模塊。通過平安城市監控攝像頭將各公共區域的實時音視頻數據進行采集，進行定位，獲取有效的圖片信息和文字信息，并獲取該區域此時的天氣狀況，綜合進行智能分析，為安全城市建設提供高效、準確、實用、直觀的元數據信息。

網絡傳輸層包括公安專網、GPS、社區光纖專網、互聯網、現場總線，用于有效傳輸前端采集的音視頻信息、位置信息和提前預警反饋信息等。

數據層管理包括空間數據引擎、數字交換引擎、數據管理系統、收發信息管理系統。

平臺層包括實時監控平臺、服務接口管理平臺、視頻管理平臺、運維系統平臺、大數據智能分析平臺、WEBGIS管理平臺、信息收發平臺、預警處理平臺。實現多平臺合理有序調控，實時監測城市各區域所發生的事件，進行智能處理，做到及時預警通知。

控制層包括告警信息采集系統、決策分析處理系統、性能信息處理系統、報表信息處理系統。對城市中產生的突發預警及時處理響應，通知有關部門處理，將決策信息進行反饋，及時調度城市安防。并時刻監測系統整體的性能信息，是系統時刻保持在最佳狀態下運行，并將城市內所發生的安防及處理方式等數據及時上報并備份存儲。

（四）系統功能

平安城市指揮中心要擁有能夠覆蓋整個城市的集成式、多功能、高效率、綜合性智能網絡系統。該系統通過前端設備對城市各區域視頻監控數據的采集，再由網絡傳輸至監控中心管理平臺由智能高清數字大屏系統顯示，并將視屏數據存儲經大數據智能分析后獲取有價值的數據信息，再反饋到城市安防有關部門做出及時處理。系統由7大功能組成：

（1）視屏監測功能：主要是通過前端攝像頭所獲取的音視頻數據信息，通過數字高清大屏顯示放映，直觀的的監測城市各區域實時的動態。

（2）查詢功能：通過視頻信息定位，查詢警情發生地點的人員、就近警力、周邊環境等信息。

（3）智能安防調整功能：高效智能分析突發警情，智能調整城市安防巡邏重點、警力調度、防范布控，及時整理出最佳預案。

（4）智能追蹤功能：能有效識別鎖定與警情發生有重大聯系的人員，將其體貌特征、所用交通工具、案發時刻狀態等信息及時錄入，并對其測速，跨攝像機，連續追蹤。

（5）大數據信息共享分析功能：可以將城市各安防救助部門（政府、醫院、搶險、應急、基金會等）提供社會聯合，將各部門有關城市安防的數據進行共享，再由大數據智能分析平臺對各部門共享的數據進行云臺處理，實現宏觀調控，有序布置執行各部門當前安防任務，建立起城市綜合安防保障中心。

（6）手機視頻監控功能：通過智能手機進行遠程的視頻監控，手機能實現完整的平臺客戶端，可以對視頻遠程觀看、大數據智能分析、云臺控制、分級視頻管理。用戶可選擇手機聯動，在突發事件發生時，用戶會接受到短信提醒，提示打開遠程手機視頻，進行監控操作，使視頻監控可以不只是依賴電腦，且手機監控沒有時間與地點的限制。

（7）視頻圖像高清晰化和存儲網絡化功能：視頻監控圖像畫質高清晰度達到D1或Full D1的技術指標，視頻存儲的時間更長久，并且使存儲網絡化，實現多線布局。

大數據在平安城市監控與智能分析中的應用

隨著城市安全視屏監控的發展，視頻監控所產生的數據量也隨之海量增加，我們需要對巨量的數據進行智能分析，分析大數據產生小數據，提取可用數據片段，建立摘要信息形成團數據信息庫。在對海量歷史數據實現精確快速檢索，對形若不相關的數據進行關聯就很需要引入大數據技術。在城市區域視頻監控系統里，有四類關鍵性技術在發揮重要的作用：

（1）智能分析能力：采用圖像識別算法，對音視頻數據分析，對圖像內容和行為用結構化或半結構化語言描述，為城市視屏監控大數據分析與運用提供基礎。

（2）大數據處理能力：采用大數據分布式處理技術，形成面向大數據的分布式存儲與數據管理框架，實現數據的清洗/轉換/裝載，形成可用數據信息的匯聚。

（3）數據挖掘與分析能力：對音視頻數據信息實現高效利用，并與非視頻數據整合分析，挖掘事件關聯及產生模式，提升數據價值。

（4）可視化展現能力：由SDLP對視頻內容快速檢索、比對、呈現，并與GIS平臺、預警處理平臺等城市各區域平臺視圖整合顯示，提高視頻數據實用性的能力。

在大數據時代里，對海量的城市各區域音、視頻監控數據背后的價值信息挖掘，實時高效反饋內涵知識用以輔助決策判斷將會是未來視頻監控應用的發展方向。

結論

平安城市的建設難度系數大，整體性很強。建設高清平安城市監控與智能分析系統時，我們需要綜合思考，立足于基礎架構，同時優化各個環節，而不是各產品毫無規律的簡單組合。我們應借鑒之前的平安城市建設的好的設想與經驗，保證高清網絡視頻監控本身所帶來的變化，認真思考實時傳輸、實時分析、實時反應、實時存儲、高效率、高精度管理平臺等環節，保障好城市的安全與和諧。

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