視頻分析技術保障校園安防

文/宋賢霞 張紅 蒙創德 楊惠國等

校園安防現狀與問題

近年來，校園暴力事件的頻頻曝光，引發全社會高度關注，各個高校也紛紛出臺相應政策，投入大量資金在校園安全中，希望能夠為師生筑起一個“平安校園”，但是隨著高校師生數量的增多，校園面積的不斷擴大，校園越來越開放，高校師生的安全防衛意識不強，這都對學校的安防管理提出挑戰。目前校園安防主要以人防與物防為主，學校一方面加大安防人員隊伍的建設與管理；另一方面將攝像頭、高清顯示屏、交換機、存儲等設備引入校園安防中，通過人眼監控校園。然而人防與物防的缺點也表現得越來越明顯，例如學校沒有那么多的安防人力資源與資金投入；安防人員無法時時刻刻關注到每一個人及每一個角落；校園安防系統的建設主要依賴視頻監控；出現問題只能通過視頻監控查找對應時間的錄像回放等等，這些都難以滿足智慧化校園安防建設的需求。校園安防的技防建設正處于萌芽階段，將視頻分析技術引入到校園安防系統中，將校園監控平臺的值守人員從枯燥、繁雜、效率低下的人眼監控中解放出來，讓計算機代替人進行監控和分析，通過對海量圖像、視頻記錄進行數據分析和數據挖掘，實現校園環境全自動、全方位、全天候智能安全防控，實時、快速、準確采集相關防控數據信息，并以最優的方式觸發相關動作處理，實現事前有效預警、事中最優處理、事后及時取證的智慧安防系統[1]。

視頻分析技術

這些年計算機圖像處理技術與計算機模式識別技術有了突飛猛進的發展，視頻分析技術作為圖像處理與模式識別的一個分支，其智能分析算法也有了大大改進，并得到廣泛應用。視頻分析技術在視頻監控數字化中也逐漸得到廣泛應用，根據其算法實現的方式的不同，視頻分析技術可分為以下幾種類型[2]：

1.識別分析類

此類視頻分析技術研究主要對靜態事物及場景進行識別處理，使用圖像模式識別算法、圖像增強算法、圖像區域分割算法、圖像相似度比對算法等，對人、車輛及其他物品的特征進行提取分析，最終達到識別的目的，例如人臉識別技術、車輛牌照識別技術等。

2.行為分析類

此類視頻分析技術研究主要對動態事物及場景進行分析處理，利用幀間差分算法、背景差分算法、深度學習算法等對運動目標的變化進行監測，例如車輛違章停靠監測、車輛逆行監測等。

3.圖像處理分析類

此類視頻分析技術研究是對視頻圖像的加強與優化，利用頻域算法、空域算法等對圖像進行去燥、銳化及去模糊，把模糊的圖像變得清楚，將圖像的重點細節進行強調，達到改善圖像視覺效果的目的。

基于視頻分析技術的智慧安防系統建設

總體框架

基于視頻分析技術的智慧安防系統總體設計以高性能、高可靠性、高安全性、良好的可擴展性、可管理性為原則。具體設計拓撲如圖1所示。

圖1 基于視頻技術的智慧安防系統建設的總體框架

1.硬件設備系統

基于視頻分析技術的智慧安防系統采用核心與接入兩層架構設計，核心層使用雙核心的集群虛擬化技術，將兩臺設備虛擬化為一臺設備，在增加網絡的安全性及可靠性的同時簡化運維管理。接入攝像頭與交換機、存儲與服務器之間通過千兆網線相連后與核心交換機進行連接，通過多鏈路匯聚的方式提高網絡帶寬與系統可靠性。

接入攝像頭及解碼器采用全高清產品，采購大容量存儲設備搭建云存儲平臺，確保從視頻采集、視頻存儲、視頻解碼到視頻顯示均為高清，可解決以往監控系統的清晰度不足的問題，實時記錄事件瞬間，讓調查取證更清晰。

2.云存儲系統

視頻云存儲系統有集群化管理、虛擬化管理及離散存儲管理的功能。

集群化管理負責集群的創建和維護工作，例如集群內各節點的添加、刪除、修改和運行狀態監控，處理集群內的負載均衡工作，動態調配集群處理資源等。虛擬化管理負責將系統內存儲節點內的數據塊通過虛擬化統一整合成為資源池，實現用戶對資源池的透明管理。離散存儲管理負責對某路或多路數據流進行切片后，按照內置離散算法自動分散到不同存儲設備的數據塊中進行存儲，提供數據讀取并發響應功能。

3.智慧應用系統

部署基于視頻分析技術的智慧安防應用系統，通過將視頻分析技術應用于視頻綜合管理、車輛智慧管理、人員智慧管理等多種應用中，并將這些功能模塊集中整合在應用系統中，打破傳統安防系統僅是對視頻信息監控的功能，從多個維度對校園安保工作進行管理。

主要功能

將視頻分析技術引入到智慧安防的可視化管理系統中，系統可通過多個應用模塊實現視頻的綜合管理、車輛出入管理、校園車輛測速及校園人員出入管理及軌跡查詢等。

1.視頻綜合管理模塊

視頻綜合管理模塊的主要功能包括以下幾點：

進行視頻錄像：按照用戶制定的計劃保存前端設備采集的錄像數據；具有補錄功能，即能在斷網時，前端設備可進行視頻的本地保存，網絡恢復后可將本地保存的視頻數據補錄到云存儲系統中；具有動態修改錄像類型的功能，即在采集視頻數據過程中可以按報警類型修改錄像的類型并即時保存到系統中。

進行視頻回放：可進行指定時間段及錄像類型的視頻回放及視頻時間定位；可進行快放、慢放、倒序回放、按幀回放和手動停止回放。

進行視頻標注：可進行錄像、圖片等數據信息對應標簽的打標、存儲及備份等；對錄像、圖片等數據信息的標簽信息還可進行查詢、修改及刪除等操作。

進行圖片存儲：可按照用戶計劃保存、壓縮前端設備采集的圖片數據，圖片下載支持按時間段及瀏覽器下載。

進行周期覆蓋：支持按周期、容量進行視頻及圖像數據的周期式覆蓋存儲。

2.車輛智慧管理模塊

車輛智慧管理模塊運用針對性的技防手段，對車輛出入口管控、超速管理、停車付費、違章處理起到“即時快速”的管理效果，實現車輛出入記錄、車輛超速提醒、車輛便捷查找等功能。

車輛出入記錄：通過對出入口的車輛管控，更有效的對校園車輛進行辨識及管理。通過將視頻分析技術引入車輛出入管理模塊，管理系統可通過在出入口部署的自動擋車器、車牌號碼識別、防砸雷達、LED顯示屏等設備的聯動整合，通過觸發線圈觸發拍照，使用圖像識別技術對圖片的車牌進行識別，查詢車牌的校園出入權限，通過進入時間、離去時間計算車輛在校園的停留時間，并可統計出校園車輛保有量信息。

車倆超速提醒：校園測速微卡口可借助高清微卡口抓拍攝像機、測速雷達和道路信息發布屏及視頻分析技術，完成校園主干道進出車輛的車牌、車標、車身顏色等結構化數據的抓拍、測速、車速信息顯示等功能。利用校園微卡口和雷達，結合架設的雙基色LED顯示屏，將車輛過車信息進行顯示，如果車輛超速，可顯示過車信息，同時將報警信息傳送到監控中心，可通過彈圖和聲音提示，自動記錄在案，比對超速次數規則，若超過限定次數自動將該車輛設為黑名單。當車輛信息為黑名單時，車輛通過出入口將不會自動抬桿，出入口崗亭會提示車輛為黑名單車輛，需根據學校管理要求，進行相應手段限制。

車輛便捷查找：在監控界面實時顯示監控點位輸出的實時視頻、抓拍圖像等，通過車輛查詢功能，進行車輛的軌跡檢索，對系統所涉及地域，在可記錄的時間范圍內，查詢經過各個點位的車輛信息，包括：車型、車身顏色等。

3.校園人員智慧管理模塊

校園人員管理模塊使用視頻分析技術的圖像識別與人臉分析，對重點人員進行人臉識別、布控、報警、定位、軌跡規劃、查詢、快速破案等，降低安全隱患。

通過在校園道路、出入口等位置部署人臉抓拍機，可實時抓拍通過人臉抓拍機的人員照片，安保管理人員在系統上傳黑名單人員的人臉照片，當黑名單人員出現在抓拍機下，可實時報警聯動，對黑名單人員進行布控。系統可通過導入人臉照片搜索人員在校園內的行動軌跡，進行及時布控。若發現學生長時間未歸等異常情況，可利用以圖搜圖功能，對學生進行軌跡檢索，回溯學生的運動軌跡，軌跡檢索結果按照時間排列，可支持地圖定位。可通過圖像進行目標追蹤，選擇要追蹤的對象，可以是歷史出現的片段，進行追蹤，追蹤結果通過GPS，在地圖展示位置。

隨著社會的進步與科技的發展，計算機強大的計算能力、分析能力和自學習能力被應用在視頻分析領域，并廣泛應用于智慧校園安防建設的技防領域，為校園安全穩定做出了極大的貢獻，也將成為未來安防領域的發展趨勢。