聶金鋒 胡文濤

（中國平煤神馬集團平頂山信息通信技術(shù)開發(fā)公司，河南 平頂山467000）

0 引言

近以來，安全生產(chǎn)事故明顯上升，給人民、國家、經(jīng)營單位帶來巨大的經(jīng)濟損失。這些年，基于計算機的智能化技術(shù)，自動控制技術(shù)，在我國迅猛發(fā)展。然而，智能化的安全防范技術(shù)尚未得到推廣，不少與安全生產(chǎn)相關(guān)的科技人員，由于各種因素困擾，難以實施科技手段，去更加有效地保障生命和財產(chǎn)安全。

目前，很多單位都安裝了各種監(jiān)控與監(jiān)測系統(tǒng)。其中，現(xiàn)有的視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，大都采用DVR全天候錄像方式，如出現(xiàn)異常事故，工作人員再將視頻監(jiān)控錄像調(diào)出進行核對，這種方式只有2個功能：人工監(jiān)視和海量錄像事后取證[1]。（1）事后取證是必要的，然而更重要的是預(yù)防事故?，F(xiàn)有系統(tǒng)大多數(shù)難以做到“即時”發(fā)現(xiàn)“即時”處理，各單位呼喚自動預(yù)警功能。（2）人工監(jiān)視與控制PTZ巡檢的方式，缺乏自動功能、缺乏智能預(yù)警。因此，不得不依賴人的長時間值班。但是由于管理制度的缺陷，安全隱患依然突出。關(guān)鍵的原因是，由于人類的視覺疲勞缺陷難以長期保持警覺，即使是接受特殊培訓(xùn)的安全人員，長期堅守崗位也很難做到對關(guān)鍵信息完全獲取。

因此，視頻監(jiān)控的智能預(yù)警分析系統(tǒng)的要求將更加迫切，研究智能分析的預(yù)警系統(tǒng)，將為生產(chǎn)中事故發(fā)生前提供預(yù)警，方便生產(chǎn)中事故發(fā)生后的取證。

1 視頻監(jiān)控智能分析的預(yù)警

智能預(yù)警系統(tǒng)，是結(jié)合智能視覺分析、模式識別、信息傳輸?shù)燃夹g(shù)對監(jiān)視區(qū)域所發(fā)生的各類事件進行自動檢測、自動報警的真正智能化解決方案，系統(tǒng)能實時檢測出目標區(qū)域發(fā)生的物體位移、物品偷盜、攝像機畫面異常變化，人員跌倒、人員扭打、人員奔跑、異常停頓、異物拋撒、人員擁擠，車輛擁堵、車輛逆行、可疑物出現(xiàn)、道路塌陷、人員闖入、值班員離崗、禁區(qū)通道入侵等異常狀況，并對發(fā)生的異常事件迅速自動進行報警，提示值班員注意。

智能生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)是針對我國各類生產(chǎn)施工中普遍存在的異?，F(xiàn)象，通過攝像機監(jiān)視，增加人工智能功能，對視頻進行檢測、智能分析、自動預(yù)警。

系統(tǒng)結(jié)合最前沿的智能視覺分析技術(shù)與模式識別技術(shù)，能夠通過純視頻的方式，在遠程監(jiān)控中心，對異地的多個監(jiān)視區(qū)域內(nèi)發(fā)生的各類異常事件進行檢測。不僅可對各類異常事件及時檢測與報警，將異常事件的檢測與發(fā)現(xiàn)由“事后”轉(zhuǎn)為“實時”，還可以通過異常抓拍分析潛在的威脅，提前預(yù)警通知。

1.1 可靠的檢測算法

本系統(tǒng)在需要監(jiān)視的區(qū)域安裝場景攝像機，提供實時的信號給智能視覺分析設(shè)備；設(shè)備上運行視覺分析算法，算法可對監(jiān)視場景進行區(qū)域定位，將關(guān)鍵位置設(shè)置為監(jiān)視器顯示的熱點區(qū)域、非關(guān)鍵位置等設(shè)置為無關(guān)區(qū)域，當(dāng)熱點區(qū)域有異常事件發(fā)生時，系統(tǒng)會馬上進行相應(yīng)的動作，并對該異常事件發(fā)生的過程建立時間索引。

目前對視頻檢測算法性能影響較大的干擾主要有光線變化、人影、物品車輛的陰影等因素，對于這些干擾的影響我們采用了特殊算進行了補償、處理，大大提高了系統(tǒng)檢測的準確性。

1.1.1 背景更新補償算法

采用獨具特色的背景自動學(xué)習(xí)、補償?shù)乃惴ǎ軐饩€不足、路面積水反光、物體陰影、攝像機抖動等干擾因素有效的過濾，減少誤報率。

系統(tǒng)中通過中值濾波進行降噪處理，中值濾波在某些條件下既可以去除噪聲又能夠保護圖像的邊緣信息。它的基本原理是將像素鄰域內(nèi)各點值的中值代替該像素點的值。

檢測過程中，由于其它因素（如背景中固定物體的移動）的影響會使背景發(fā)生變化，如果一直用初始的背景模型，會發(fā)生比較大的提取誤差，這一問題可以通過背景更新得到解決。

通過目標提取步驟獲得圖像Mk，據(jù)此將Mk劃分為背景區(qū)域（Mk（i,j）=0）和背景區(qū)域（Mk(i,j)=1）。首先根據(jù)前景區(qū)與背景區(qū)對當(dāng)前背景進行預(yù)處理，即將背景區(qū)域用當(dāng)前幀Ik的像素值代替，而背景區(qū)仍為Bk中的像素值。得到的預(yù)處理背景為B′K

而后利用當(dāng)前背景Bk與預(yù)處理背景B′k進行加權(quán)修正得到最終的背景 B′k+1

其中，α為更新權(quán)值，能夠體現(xiàn)背景更新的速度。

1.1.2 自適應(yīng)陰影過濾算法

采用獨特的前景、背景、陰影分類算法，能夠有效的區(qū)分建筑物、物品的陰影，并隨陰影傾斜角度、長短，光線亮度的變化動態(tài)調(diào)整濾除參數(shù)，無論陰影如何變化都能夠有效的將其濾除。

在獲得的預(yù)檢測運動目標的基礎(chǔ)上，需要檢測和消除運動目標中陰影。由于HSV顏色空間比較接近人眼視頻特性。在HSV顏色空間中，相對于目標區(qū)域而言，陰影區(qū)域色調(diào)H分量和飽和度S分量近似不變，而亮度V分量則會減少[2]，因此可以利用這一特性來檢測陰影。

根據(jù)陰影在HSV顏色空間上3個分量的和小于背景中3個分量的和的特點[3]，并結(jié)合陰影部分和相應(yīng)的背景部分只是亮度不同的特點進行消除陰影。在分割出的運動目標中，首先檢測出陰影部分，用Q(x,y)表示，然后進行消除。其中陰影計算公式如下：

式中，Hb，Sb，Vb分別代表分割出的運動對象對應(yīng)位置背景圖像的色度、飽和度和亮度，H、S、V分別代表分割出圖像的運動對象的色度、飽和度和亮度。通過(3)式的判別能夠?qū)z測得到的運動目標中的陰影消除。

設(shè)備可選擇是對的設(shè)定區(qū)域進行事件檢測或?qū)θ珗鼍斑M行檢測,在進行事件檢測時可同時對視頻場景內(nèi)多個地點、多個位置發(fā)生的事件進行報警、提示，有效的保證了對異常事件的及時發(fā)現(xiàn)、及時解決。

1.1.3 動態(tài)區(qū)域設(shè)置技術(shù)（DRS）

在需要設(shè)置檢測區(qū)域的場景下，DRS技術(shù)允許在任何時刻對一個檢測區(qū)域進行編輯修改，隨后便立即按照新的檢測區(qū)域設(shè)置規(guī)則進行檢測,無需重新進行背景學(xué)習(xí)。

1.2 智能視頻分析系統(tǒng)組成

智能視頻分析與預(yù)警系統(tǒng)由分布在各監(jiān)視區(qū)域的視頻采集單元、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、智能視頻分析服務(wù)器、中心信息管理系統(tǒng)等部分組成。

現(xiàn)場視頻采集單元也可以通過光纖LAN或者專線與單位的內(nèi)部網(wǎng)連接，完成數(shù)據(jù)傳輸，在遠程中心將接收的視頻連接到智能視頻分析服務(wù)器、智能值守器、視頻車輛檢測器上，對視頻實時進行智能分析。拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示（交通監(jiān)控，人員監(jiān)視，設(shè)備檢測、生產(chǎn)線監(jiān)測）：

圖1

1．2．1 前端視頻采集單元

前端視頻采集單元安裝在現(xiàn)場，在無人值守環(huán)境下24小時全天候自動完成圖像的采集工作，現(xiàn)場記錄單元主要由攝像機、系統(tǒng)配電機箱等組成。

1．2．2 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)主要由光纖收發(fā)器，網(wǎng)絡(luò)交換機等通訊鏈路共同組成，負責(zé)將前端數(shù)據(jù)采集設(shè)備采集的信號產(chǎn)送到管理中心進行分析。

1．2．3 智能視頻分析器

智能分析包括異常停車檢測、車輛擁堵檢測、交通事故停車檢測、異物拋灑檢測及過程記錄等異常信息，支持事件查詢及關(guān)聯(lián)視頻回放。人員監(jiān)視、物品檢測、生產(chǎn)線檢測，須事先調(diào)試軟件，對異常事件進行定義選擇。

1．2．4 中心信息管理系統(tǒng)

設(shè)在監(jiān)控管理部門的監(jiān)控機房，主要由連接在通訊鏈路上的智能視頻分析服務(wù)器、中心服務(wù)器、報警計算機、客戶端作業(yè)計算機及相應(yīng)的彩色打印機、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和管理軟件共同組成。

智能視覺分析模塊完成異常事件的檢測、記錄、報警并通過專網(wǎng)與遠程中心客戶機及相應(yīng)的輸出設(shè)備連接。數(shù)據(jù)收集服務(wù)器收集所有智能終端所記錄的異常事件記錄數(shù)據(jù)，統(tǒng)計、分類、診斷、并自動生成報表，定期發(fā)送到指定郵箱。

2 結(jié)束語

視頻監(jiān)控智能分析的預(yù)警系統(tǒng)的建立將提供以下安全：

（1）管理軟件對報警信號的提示，迫使值班員不得不對報警記錄進行處理，有效促進了制度的修改與完善，堵住了以往職責(zé)不分、約束不嚴的漏洞。

（2）遠程異地備份監(jiān)視數(shù)據(jù)，可有效避免瀆職，隱瞞與修改數(shù)據(jù)；并方便監(jiān)管人員迅速查看記錄，提前采取措施。

（3）一套遠程管理軟件，監(jiān)管部門增加一個崗位，就可以監(jiān)測異地多個地點的監(jiān)控系統(tǒng)。猶如懸著的一把利劍，在震懾違法分子的同時，也促使管理制度得到有效的實施。

［1］孫俊迪．淺談智能視頻監(jiān)控技術(shù)在各領(lǐng)域的應(yīng)用[J]．電子世界，2012,3：21-23．

［2］張明星,代永霞,張靜．一種基于紋理的車輛陰影消除新算法[J]．信息通信,2011,6：18-19．

［3］林宏基,,葉政春,歐靜．彩色序列圖像中實時運動目標跟蹤方法[J]．中國圖象圖形學(xué)報,2008,11(13)：2181-2186．