視頻結構化分析技術推動智慧城市大數據發展

□ 文/李 昊

視頻結構化分析技術推動智慧城市大數據發展

□ 文/李 昊

智慧城市建設的挑戰

十八大報告指出“堅持走中國特色新型工業化、信息化、城鎮化、農業現代化道路，推動信息化和工業化深度融合、工業化和城鎮化良性互動、城鎮化和農業現代化相互協調，促進工業化、信息化、城鎮化、農業現代化同步發展。”

當前，能源短缺、交通擁堵、環境污染、社會治安、城市規劃、社會保障等城市病的加速蔓延成為城市發展面臨的主要問題。縱觀人類歷史，從農業社會到工業社會再到信息社會，每次變革的背后都是科技進步在推動。信息社會具備幾個主要特征：

1、信息網絡泛在化，高速寬帶融合無線的信息基礎設施將聯通所有人或物

2、公共管理高效化，精細管理、高效透明、將成為公共管理的必然趨勢

3、經濟發展綠色化，高效、安全、便捷、低碳的數字經濟將蓬勃興起

4、日常生活數字化，科學、綠色、便捷的數字化新生活將變成現實

5、公共服務網絡化，虛擬化、個性化、均等化的社會服務將無所不在

智慧城市的目標是科學發展、高效管理、和諧社會、美好生活。從技術看，智慧城市是以物聯網、互聯網等通信網絡為基礎，通過物聯、互聯、智能，讓城市中各個功能彼此協調運作，以智慧技術高度集成、智慧產業高端發展、智慧服務高效便民為主要特征的城市發展新模式。從本質看，智慧城市是充分利用現代信息通信技術，匯聚人的智慧，使匯集智慧的人和具備智能的物互聯互動，互補互促，以實現經濟社會活動最優化的城市發展新模式和新形態。

智慧城市的特點是通過數字、互聯、感知、智能等先進技術，從而實現一體化協同，進一步實現信息系統的整合，將虛擬世界與物理世界融為一體，進一步將信息化與工業、城市、生態融為一體。使城市規劃建設和管理服務等各功能單位之間，城市政府和企業居民等各主體之間更加協調，實現和諧發展。通過人、物、政府、企業之間的互動實現城市治理模式和發展的創新。將城市資源配置最優利用，經濟活動成本更低、效益更好、速度更好、精度更高、滿意更多。

大數據是智慧城市的核心

智慧城市系統屬于數據密集型科學，它不只是追求豐富的物質資源，也不只是移動互聯網帶來的多樣化便捷信息服務，更包含非物質的數據資源的價值發現和價值轉換，以及由大數據帶來的精神文化領域的嶄新現象。數據來源于人類測量記錄分析世界的渴望和追求。隨著信息技術，尤其是傳感器、通信、計算機和互聯網技術的迅猛發展和廣泛應用，人類獲取數據的手段越來越多，速度大大加快，成本急劇降低，層次和尺度更為精細，從而讓大數據成為信息社會的重要資產。

大數據的特征是大量性（規模超大、不斷攀升）、高速性（高速產生、處理高效）、多樣性（種類多樣、來源多樣）、低密性（有用數據提純）。每天，各行業的大數據都以10的三次方數量級增長，如何從中發現價值？海量數據給常規技術（獲取存儲管理、處理傳遞共享、關聯聚類分析）帶來了眾多挑戰。為了解決這些問題，通常從三個方向入手：

核心支撐：借助機器學習、數據挖掘、數據融合等技術。

架構支撐：采取眾包、并行數據庫、云計算等方式。

輔助支撐：借助信息安全、智能搜索、可視化等技術。

現在是大數據、小模型、小定律交叉，即使是同一類問題，每個城市也都不一樣，所以模型和程序要圍著數據傳。結構化數據通過數據庫或者數據倉庫解決，半結構化數據使用網頁和搜索引擎等技術解決，非結構化數據使用深度學習、網絡交互和群體智能解決。此外，大數據驅動云計算架構中心的進化，云計算的應用評估要充分考慮大數據的不確定性和價值的隱蔽性。

云計算為大數據提供支撐

近年來國家高度重視并大力推動云計算及其產業發展，云計算產業快速增長，2014年突破了1000億元。云計算的發展帶動了信息制造業、軟件和信息服務業的快速發展，云計算已從技術導入階段進入到了產業蓬勃發展、應用迅速普及階段，國務院發文明確提出：到2020年，云計算應用基本普及，云計算服務能力達到國際先進水平。

云計算是信息化重要形態和大數據的重要支撐。近年來云計算系統的發展可分為四個階段：

1、提供技術，以IOE為代表，為用戶提供相關的技術，硬件和數據由使用者自己負責，這也是互聯網出現之前的主要思路。

2、基礎設施租賃，即IaaS時代，為用戶提供所有的基礎設施，用戶可以按需選擇是否使用服務提供商的技術服務。

3、提供SaaS，將軟件作為一種服務提供。

4、數據即服務，提供商交付的是一種見解，不再是單純的技術和硬件。通過挖掘行為信息，分析特征來提升用戶體驗、提煉商業價值、解決決策問題。

平臺城市系統建設趨勢

在海量數據中,視頻因形式直觀內容豐富，已成為一種極為重要的數據形式。如今,視頻攝像頭在生活中已經隨處可見,無論是室內還是室外,小區還是商場,各種社會公安安全場所都有監控系統在發揮作用，尤其是在維護穩定、反恐處突、治安防范、偵查破案、服務群眾等工作實踐中，視頻監控技術在構筑全天候全方位治安防控體系中具有強大的優勢。視頻監控技術通過實時顯示監控區域現場圖像和回放歷史場景的功能，具有發現犯罪、預防犯罪、威懾犯罪和鎖定目標、提供線索、固定證據等重要作用，已經成為繼刑偵、技偵、網偵技術之后的“第四大技術支柱”。

從2004年開始,我國就開始了平安城市的建設,通過以點帶面的監控系統建設,實現攝像機之間的聯網和視頻數據的共享,為城市安防等提供信息支撐和保障,這要求監控系統實現網絡化和智能化。為增強打防管控的系統性、整體性和協同性，切實發揮治安防控的整體效能，中辦國辦先后印發了《關于加強社會治安防控體系建設的意見》,國家發改委、中央綜治辦、公安部等9部委聯合印發了《關于加強公共安全視頻監控建設聯網應用工作的若干意見》,要求進一步加大視頻監控網建設力度，擴大視頻監控覆蓋范圍，加強視頻圖像領域的關鍵技術攻關,針對提升視頻圖像信息應用效能等方面提出了明確要求。

智慧型平安城市的大數據應用，集中體現在公安實戰應用平臺和交通指揮管控平臺的建設，要求在目前公安視頻聯網共享平臺的基礎上，引入智能視頻應用相關技術，將自動提取視頻特征與人工標識相結合，關聯現有信息綜合資源庫，與刑偵、技偵、網安、情報等部門信息結合起來，建設高效實用的圖偵業務系統，提升視頻監控圖像在增加識別、智能化感知、主動預警等方面的應用水平，整合跨警種、跨平臺、跨部門之間的數據，實現跨區域跨部門的信息分析，為科學決策提供依據。

公安大數據面臨的主要問題

視頻作為基礎資源，提供了大量的圖像信息，但存在如下問題：1）民警主要關注的是圖像中的人、車、物、事件等基礎情報信息，而實際上監控圖像資源中包含大量冗余的數據信息。目前缺少自動提取與挖掘關鍵信息的手段。面對日益龐大的視頻數據,想要快速準確地找到用戶感興趣的內容十分困難。2）視頻圖像占存儲空間大，監控視頻數據通常只存儲一個月，關鍵信息無法得到長時間保存。

從形式上看，數據可以分為結構化數據和非結構化數據。大數據時代，絕大部分數據是非結構化的圖像和視頻數據，大數據在一定程度上就是意味著視頻大數據。因此，在智能化的視頻監控系統當中,除了基本的人工監視和數據記錄以外,一定要對監控視頻進行結構化即智能化處理,需要對視頻當中的人、車和其他重要事物進行識別、檢索和行為分析,并根據結果提供適當的提示。在對視頻的智能處理當中,視頻檢索技術顯得尤為基礎和重要,

視頻檢索主要有文本檢索和內容檢索兩種方式：

基于文本的檢索——通過對視頻進行人工標注，將圖像信息轉換成文本標注（相當于增加標簽），通過文本檢索的相關技術如關鍵字技術進行檢索，這種方式對視頻信息內容進行了壓縮，簡化了查詢的流程，提高了檢索速度，減少了檢索的數據量和時間成本，一般對視頻信息內容會有語義上的概括，比較適合利用主題查詢的場景。但是人工標注耗時較長，受標注者主觀影響較大，用戶有時并不能準確描述其所想搜索內容的主題，關鍵字提取困難，而且由于標簽難以完全概括視頻內容,導致查詢的準確度并不高,檢索結果差強人意，這也導致了傳統的基于文本的視頻檢索方式越來越不能滿足用戶需要。

基于內容的檢索——用戶希望的是有形式更為豐富的輸入,如不僅限于關鍵字等,可以利用圖例、草圖、語音描述等等來作為搜索輸入條件。而檢索的內容也不限于視頻的主題,而可能是視頻中某一個場景的故事,某個鏡頭是否發生了某種事件等等。因此，綜合利用數字圖像處理、模式識別、圖像理解和機器學習等多種技術,通過對視頻內容進行語義上的理解，結合視頻的前后時段信息，組合用戶的各種檢索條件實現快速檢索，已經成為目前視頻檢索領域研究和發展的重點。

現有視頻監控網絡存在著缺乏深度應用的模式。其應用的瓶頸是視頻信息如何高效提取，如何同其他信息系統進行標準數據交換、互聯互通及語義互操作。解決這一問題的核心技術即是視頻結構化描述，通過視頻結構化分析技術和大數據、云計算等技術，實現以機器自動處理為主的視頻信息處理和分析，快速提取實時監控視頻或監控錄像中的視頻信息，使得安防平臺能夠對監控區域的錄像文件進行特征分析（如人、車、物、顏色、大小、方向、時間、地點等），使原來需要數小時查看的文件，以十幾倍的速度快速瀏覽查看。

實現視頻結構化的技術路線

目前公安實戰應用平臺的建設重心主要包括：前置智能分析和結構化數據上傳、構建圖像信息數據庫、強化視頻偵查/態勢分析/指揮調度等業務。其中，前置智能分析技術尤為關鍵，它可以提供基于人車目標的特征提取，實現基于事件的信息挖掘，將結構化數據寫入H.264或H.265視頻流中回傳到中心平臺，將圖像信息轉換成有價值數據，形成視頻線索，協助民警快速辦案。下面，以天地偉業推出的星卡口產品為例，介紹前置智能分析的具體應用。

針對城市道路監控系統前端攝像機的星卡口技術，是面向城市治安防控和交通管理的融合型應用。在滿足常規道路監控系統對道路斷面全覆蓋的視頻監控需求以及全天候的高清錄像需求的同時，實現了全畫面視頻檢測、視頻跟蹤、車牌識別等多種技術應用，讓道路監控攝像機，不僅采集視頻，還可以檢測抓拍車輛通行軌跡、自動識別提取車輛特征屬性（車牌號碼、車牌顏色、車身顏色等）。以天地偉業推出的星卡口系列智能道路監控攝像機為例，具備如下特點：

●具備視頻監控、卡口功能，一機多用，支持H.265、H.264HP/MP/BP、M-JPEG編碼，適用場景廣泛

●采用星光級CMOS傳感器，超低照度，無需專用的補光燈可得到清晰的抓拍效果，降低了系統建設成本

●相比標準卡口視野更廣，無需正對車道即可有較高的抓拍率和識別率，安裝方式同監控相機立桿，布點方便，施工成本低

●支持結構化語義，支持智能識別功能：內置車牌識別功能、車牌顏色識別功能、車身顏色識別功能、車型識別功能、車流量統計；支持機非人抓拍

●抓拍率：白天三車道（從近到遠）分別為90%/90%/80%，夜間三車道（從近到遠）分別為90%/80%/80%

●識別率：白天為90%，夜間為80%

星卡口技術解決了傳統的視頻監控系統中，針對海量視頻錄像，投入大量人力進行人工查證的問題，實現了事后查證到事前防控的轉變。它適用于城市道路、主干道、次干道、支路等城市道路環境，主要用于次干道及支路的道路路面監控。

星卡口系列智能監控抓拍攝像機在滿足日常視頻監控需求的基礎上，通過實時智能識別、軌跡跟蹤，準確記錄過往車輛經過的信息，清晰辨別車身、車牌號、車型等特征，包括機動車經過的地點、行駛方向、經過時間、號牌號碼、號牌顏色、車輛類型等內容。同時自動對車輛牌照進行識別，包括車牌號碼、車牌顏色和車型等，通過對運動車輛的運行軌跡分析、視頻跟蹤，達到準確抓拍。星卡口產品通過智能車牌角度檢測、傾斜矯正和圖像旋轉等高科技手段，支持大角度識別，在斜視角度下能提高識別準確率，并具備視頻測速功能，達到準確識別出車牌信息的效果。此外，該產品還具備非機動車和行人檢測功能，記錄信息更全面，這些實時記錄的信息，直接傳到公安實戰應用平臺，實現視頻結構化數據存儲，減少了人工查詢海量視頻錄像的壓力，能夠快速檢索特征信息，定位到指定時間段的視頻，提高了公安、交警查辦案件的效率。

結束語

在管理層逐步融入數據化思惟，應用大數據是不僅是驗證或者證明我們已經知道的，而且還要發現我們所不知道的。智慧城市正在成為城市發展的一種理念、模式、創新和目標，也是傳統城市的改造和新生，將促進城市的轉型升級。

作者為天津社會公共安全產品與技術檢驗中心主任