基于城市軌道交通智能視頻分析設(shè)計應用

孫樹紅

摘要：地鐵是改善城市公共交通的狀況的有效途徑。隨著城市軌道交通的快速建設(shè)，人們對城市交通的安全問題越來越重視。智能視頻分析通過對實時視頻流的分析，對場景中的各種目標進行檢測、分類、跟蹤并分析和判斷目標行為，從而在異常情況下及時告警、主動防范、提高處理突發(fā)事件效率。主要研究了智能視頻分析技術(shù)在地鐵視頻監(jiān)視系統(tǒng)中的應用背景及技術(shù)框架，總結(jié)了智能視頻分析中的關(guān)鍵技術(shù)的實現(xiàn)的框架及核心流程。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通;視頻監(jiān)控;智能分析;圖像分析;目標檢測;目標跟蹤;行為識別;異常行為檢測及判定

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）31-0195-02

1概述

智能視頻分析作為時下視頻監(jiān)視系統(tǒng)最熱的話題，已經(jīng)在平安城市，軌道交通等領(lǐng)域得到廣泛的應用。在地鐵行業(yè)里面，如何將智能視頻分析系統(tǒng)有效的應用起來，需要針對不同應用場景特色進行分析，本文基于南京地鐵7號線線網(wǎng)指揮平臺高清視頻監(jiān)視系統(tǒng)的特征對智能分析系統(tǒng)的技術(shù)內(nèi)涵及提出的設(shè)計思想進行分析研究。

2傳統(tǒng)視頻監(jiān)視系統(tǒng)功能分析

視頻監(jiān)視系統(tǒng)的應用模式是目標監(jiān)測（攝像頭）→傳輸（雙絞電纜）→處理→控制，人侵告警、目標檢測、目標跟蹤、圖像分析處理、行為識別及異常行為檢測判定的精準性是視頻分析系統(tǒng)追求的目標之一。但是，上述傳統(tǒng)的視頻監(jiān)視系統(tǒng)存在局限性。

2.1人的心理生理的局限性

監(jiān)控中心的值班員即使經(jīng)過嚴格的上崗培訓、敬業(yè)都不能100%的長時間集中注意力在屏幕上，或者無法同時發(fā)現(xiàn)兩件及以上同時發(fā)生的事件。因此，產(chǎn)生大量的突發(fā)事件的漏報和誤報是無法避免的。

2.2監(jiān)視系統(tǒng)模式局限性

傳統(tǒng)的監(jiān)視系統(tǒng)各自獨立，互相無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)的融合智能深度分析，嚴重制約監(jiān)視系統(tǒng)智能化發(fā)展。如果能形成一個完整的，及所有要素為一體的安防數(shù)據(jù)庫的綜合系統(tǒng)平臺，從整體安全體系上協(xié)調(diào)工作，可支持多個安防要素決策活動，根據(jù)安防系統(tǒng)不同場景的要求對目標的管控，探測，聯(lián)動等行為進行行為分析，為安防系統(tǒng)提供保障。

2.3數(shù)據(jù)分析局限性

報警事件發(fā)生后對錄像數(shù)據(jù)進行分析通常是值班員必須要做的工作之一。漏報和誤報現(xiàn)象則是進一步推動對數(shù)據(jù)分析的需求。

傳統(tǒng)視頻監(jiān)視系統(tǒng)缺乏智能因素，錄像數(shù)據(jù)無法被有效地分類存儲，只能打上時間標簽，因此數(shù)據(jù)檢索工作變得極其耗時，并且很難獲得全部相關(guān)信息，而經(jīng)常發(fā)生誤報漏報現(xiàn)象使無用數(shù)據(jù)進一步增加，從而給數(shù)據(jù)分析工作帶來更大難度。

3智能視頻監(jiān)視功能設(shè)計

智能視頻分析系統(tǒng)需要滿足以下性能：

1）準確性：人流密度估計和行人計數(shù)具有較高的準確率，能有效應用于安全運維;

2）可擴展性：能夠根據(jù)實際的需求配置各個監(jiān)控點，加入新的監(jiān)控點，方便靈活;

3）開放性：系統(tǒng)應是一個開放的、易擴展的系統(tǒng)，便于后期添加其他功能;

4）智能化：能夠根據(jù)監(jiān)控畫面智能識別和檢測目標，并對異常情況發(fā)出報警信息;

5）實用性：按照實用性的原則，整個系統(tǒng)以實用、操作方便、簡潔、性能高效為原則，既滿足快速反應的特點，又滿足決策層、管理層及時了解各項信息，進行業(yè)務(wù)處理和綜合管理的實用要求;

6）易維護性：系統(tǒng)操作簡便、應用軟件操作界面友好，信息處理工作簡單、方便、快捷，系統(tǒng)維護、系統(tǒng)配置、應用軟件安裝簡單、高效。

3.1智能視頻分析系統(tǒng)及其功能模塊

智能視頻圖像分析主要包括對站臺層、站廳層、設(shè)備層以及出入口的人員計數(shù)、人群密度分析、客流統(tǒng)計分析和視頻智能摘要等要求。根據(jù)招標文件要求，本項目采用后端集中處理方式進行各點的監(jiān)控視頻的智能分析。即在中央控制室集中設(shè)置智能視頻分析服務(wù)器和智能視頻摘要服務(wù)器，系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

基于ffmpeg+OpenCV+OpenMP開發(fā)的可同時處理多路視頻數(shù)據(jù)的高性能解碼和視頻幀緩沖處理框架，經(jīng)過Intel指令集加速優(yōu)化，支持自適應降采樣和降幀率、可適應不同計算環(huán)境要求。

視頻智能分析服務(wù)器可對各前端攝像機的匯聚數(shù)據(jù)進行實時的處理，并根據(jù)檢測的結(jié)果給出客流的統(tǒng)計、人流密度估計和告警、乘客異常行為檢測與報警、攝像頭狀態(tài)自檢顯示。視頻智能摘要服務(wù)器可對硬盤錄像機中的存儲的數(shù)據(jù)，準實時或按計劃地進行智能摘要構(gòu)建和視頻濃縮。其中，摘要信息主要包括乘客行為異常、物品遺失檢測、人臉檢測與提取等有助于運營管理和公共安全的信息，支持在用戶感興趣的維度，以時間線查看摘要信息、緩存的視頻幀和相應的原始視頻流。

3.2關(guān)鍵功能設(shè)計

配置管理模塊：

（1）實現(xiàn)對摘要類型的設(shè)定和選擇;

（2）參數(shù)和模型設(shè)置模塊用于異常事件檢測參數(shù)、人臉檢測的參數(shù)等設(shè)置;

（3）支持對系統(tǒng)內(nèi)容、硬盤和網(wǎng)絡(luò)資源使用情況的查詢。

統(tǒng)計和報警處理模塊指標：

（1）可基于人員技術(shù)功能對換乘通道部署的攝像機視頻圖像進行客流統(tǒng)計分析，分析結(jié)果應以各種餅圖、折線圖等圖形方式實時呈現(xiàn)，并支持調(diào)取瀏覽歷史數(shù)據(jù);

（2）可根據(jù)設(shè)定的策略，按照規(guī)范的格式，進行報警信息生成、記錄、上報、查詢;

（3）支持告警數(shù)據(jù)庫信息的整庫同步到中央服務(wù)器，或分布式存儲于各智能視頻分析節(jié)點。

人員計數(shù)模塊：

（1）根據(jù)管理配置模塊為每個攝像頭配置的計數(shù)通過線，自動配置模塊參數(shù);

（2）支持對任意指定通道攝像機的實時和歷史視頻數(shù)據(jù)進行人員計數(shù)，計數(shù)準確率不低于95%;

（3）支持基于多個相關(guān)通道的人員計數(shù)結(jié)果，通過統(tǒng)計模型，推算換乘人員比例。

人群密度估計模塊：

（1）根據(jù)管理配置模塊為每個攝像頭配置的人群密度估計區(qū)域，自動配置模塊參數(shù);

（2）支持對典型視場的人群密度估計，估計準確率不低于90%;

（3）支持實時推送目標區(qū)域的人群密度等級，并根據(jù)配置的閾值進行報警。

乘客異常行為檢測模塊：

（1）支持徘徊、摔倒、推搡、打架等乘客異常行為進行檢測;

（2）支持實時將告警推送到車站管理人員或地鐵公安。

攝像頭狀態(tài)自檢模塊：

（1）支持對攝像頭清晰度的計算和報警;

（2）支持攝像機是否正常工作的檢測和報警;

（3）支持攝像機是否存在遮擋的檢測和報警。

摘要信息管理與檢索查看模塊：

（1）根據(jù)規(guī)范格式對異常事件以及關(guān)鍵幀等摘要信息進行存儲;

（2）支持摘要信息按類型、按攝像頭、按時間線等檢索;

（3）支持建立固定時段的百萬級人臉庫;

（4）支持給定人臉數(shù)據(jù)在人臉數(shù)據(jù)庫中進行檢索。

人臉檢測與人臉庫模塊：

（1）對特定進出通道中的角度合適的清晰人臉進行檢測;

（2）支持構(gòu)建百萬級包含人臉和人臉指紋信息的人臉庫。

4結(jié)束語

數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化是視頻監(jiān)視系統(tǒng)未來的發(fā)展方向，數(shù)字化是基礎(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)化是介質(zhì)、智能化是目標，隨著DSP技術(shù)、計算機的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、多媒體數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展，必將推動監(jiān)視技術(shù)的進步與創(chuàng)新。本文僅以圖像視頻分析技術(shù)為基礎(chǔ)，從功能和原理上論述了智能監(jiān)視技術(shù)的框架，起到拋磚引玉的作用。