0 引言

隨著GIS技術的廣泛應用，集成二維地圖等空間位置信息的視頻監(jiān)控系統(tǒng)解決方案在視頻監(jiān)控領域正逐步成為熱點。與傳統(tǒng)的單純獲取監(jiān)控目標的實時音頻、視頻信息的視頻監(jiān)控系統(tǒng)相比，集成了空間位置信息的三維視頻監(jiān)控系統(tǒng)更能有效預防安全隱患。近年來高等院校正在大力推行創(chuàng)建“平安校園”工作，但尚缺少針對校園突發(fā)事件的有效防范體系，尤其是夜間防范?，F(xiàn)有校園監(jiān)控系統(tǒng)更多的是基于單純視頻監(jiān)控技術，其分辨率低且應用范圍局限性大，夜間監(jiān)控只是通過簡單的紅外探頭來進行偵測，弊端眾多。

在“平安校園”建設任務中，校園夜間防范是安全隱患最大環(huán)節(jié)，建立高效可靠的校園夜間安防體系是實現(xiàn)對校園安全有效管理和排除隱患的重中之重。本文提出了一種基于音視頻監(jiān)控技術的校園夜視三維防范系統(tǒng)構(gòu)建方法，通過三維實景校園夜間虛擬表現(xiàn)方式，實時反饋安全隱患最多的場景現(xiàn)狀，這對校園夜間突發(fā)性事件預防有著重要意義。

系統(tǒng)對夜間隱患場所中出現(xiàn)的人員進行有效檢測后快速地聯(lián)動音頻監(jiān)控，從而大幅度減少隱患的辨別時間，同時系統(tǒng)采用了三維夜視虛擬顯示，可給出監(jiān)控區(qū)域的準確定位和突發(fā)事件實時視覺效果，為提出突發(fā)性事件的初步應急方案提供依據(jù)。由于紅外圖像缺乏對象細節(jié)信息，為了形成更好的防范體系，除了虛擬三維顯示之外，與音頻監(jiān)控的聯(lián)動至關重要，音頻監(jiān)控的核心部件是拾音器，由于音頻與視頻設備的獨立很難達成同步，常常造成聲音與圖像的相對延遲。如今在許多領域音頻監(jiān)控已經(jīng)成為了不可或缺的一部分，尤其是對于缺乏細節(jié)信息的紅外圖像而言，音視頻監(jiān)控已成為及時預判突發(fā)事件的最佳手段，IHS也預測在2014年將會看到視頻監(jiān)控系統(tǒng)的音訊功能被重視。

1 校園三維模型構(gòu)建

虛擬校園將虛擬現(xiàn)實技術引入到“數(shù)字校園”的研究中，為校園的安全防范提供了一種全新的手段，不僅能自然、真實、形象地表達現(xiàn)實世界的對象，而且拓展了現(xiàn)實校園的時間和空間維度，從而擴展其功能。本文以浙江工商職業(yè)技術學院的校園三維建筑、道路及植被等為研究對象，利用Google Earth影像為數(shù)據(jù)源，以Sketchup為三維建模工具，基于谷歌地球?qū)崿F(xiàn)了浙江工商職業(yè)技術學院三維虛擬校園的可視化與簡單交互。

構(gòu)建方法利用 sketchup三維建模軟件實現(xiàn)校園的三維模型構(gòu)建，且該模型將被嵌入于互聯(lián)網(wǎng)Google Earth軟件之中（圖1為Google Earth中的二維校園地貌），便于后續(xù)防范系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)設計。Sketchup建模出的校園（圖2為Google Earth中建模的三維建筑效果），不僅能夠全視角觀測校園地貌，而且還可以方便地構(gòu)建三維監(jiān)控體系，使音頻點與視頻點被明確地標注在3D校園之中，確保在夜間可以實時反饋校園安全隱患場景的現(xiàn)狀，并及時作出預警。

圖1 Google Earth二維校園地貌

圖2 Google Earth三維建筑效果

2 音視頻夜視三維監(jiān)控思路

方案中音視頻安防監(jiān)控點位設計將在校園三維模型基礎之上進行，該環(huán)節(jié)的設計主要包括音頻點與視頻點的設置、選型與統(tǒng)計，最終確定校園音視頻監(jiān)控方案三維點位信息。系統(tǒng)在產(chǎn)品選型上以紅外網(wǎng)絡型攝像機和網(wǎng)絡槍式攝像機為主，網(wǎng)絡攝像機連帶拾音器，通過 IP信息能夠迅速定位事故所在地，并能快速聯(lián)動音頻，這樣的設計可以有效地監(jiān)控校園夜視安全狀態(tài)。

以浙江工商職業(yè)技術學院為例，占地面積551畝，建筑面積近23萬平方米。其中教學樓有3幢，宿舍樓13幢，實訓樓3幢，辦公大樓、圖書館和體育館各一棟。本次工程主要是對學校的夜視監(jiān)控系統(tǒng)控安全進行改造，在道路上，以及高樓樓頂上安裝攝像頭，本次方案使用網(wǎng)絡化視頻三維監(jiān)控系統(tǒng)，安裝高清攝像機以IP 的方式接入監(jiān)控系統(tǒng)，利用網(wǎng)絡化傳遞高清視頻信號、報警信號，控制信號存儲系統(tǒng)以 IP方式為高清攝像機提供存儲服務，并對外提供點播服務。就各大高校來說，都有個共同地特點：場地分散、面積大、管理人員少，學生人數(shù)眾多、生性好動、防范意識差。學校消控、監(jiān)控室、圖書館、實訓基地、網(wǎng)絡中心、檔案室、保密室、財務室、廣播室、配電房、鍋爐房等部位為學校重點防范區(qū)域。

方案設計擬采用安防區(qū)域級別設定以及監(jiān)控點位級別設定，當某一安防區(qū)域有檢測到安全隱患問題時，該區(qū)域便會變色預警，同時突顯隱患點位的相機，此時可點擊相機實時觀測場景實況。對于不同級別的預防區(qū)域設定的預警顏色有所不同；對于不同級別的監(jiān)控點位所設定的報警優(yōu)先級也會不同，系統(tǒng)不僅可以實時觀測現(xiàn)場實景，還可以為未來實現(xiàn)依據(jù)圖像處理算法進行實景的虛擬重現(xiàn)奠定基礎，使實景內(nèi)容在三維模型中直接顯現(xiàn)虛擬畫面，為解決安全問題提供重要的預處理依據(jù)。此外該方案中擬采用較先進的紅外網(wǎng)絡相機，通過 IP信息以實現(xiàn)對每一個監(jiān)控點位的唯一定址。

3 系統(tǒng)軟硬件構(gòu)架

設計方案系統(tǒng)硬件中的攝像頭擬采用紅外網(wǎng)絡型相機，集成拾音器的為首選，結(jié)合硬盤錄像機以及分層電腦系統(tǒng)進行控制，底層電腦運行輔助軟件，負責圖像保存及視頻分析處理，頂層電腦主機負責系統(tǒng)主軟件的實際運行，底層關鍵數(shù)據(jù)都將與頂層主機以通信的方式進行傳遞；系統(tǒng)主軟件設計則擬采用安防區(qū)域級別設定以及監(jiān)控點位級別設定，當某一安防區(qū)域有檢測到安全隱患問題時，該區(qū)域便會變色預警，同時突顯隱患點位的相機，此時可點擊相機實時觀測場景實況。對于不同級別的預防區(qū)域設定的預警顏色有所不同；對于不同級別的監(jiān)控點位所設定的報警優(yōu)先級也會不同，系統(tǒng)軟件不僅可以實時觀測現(xiàn)場實景，還可以實現(xiàn)依據(jù)圖像處理算法進行實景的虛擬重現(xiàn)，使實景內(nèi)容在三維模型中直接顯現(xiàn)虛擬畫面，為解決安全問題提供重要的預處理依據(jù)。此外該方案中采用較先進的紅外網(wǎng)絡相機，能夠通過相機獨有ID信息實現(xiàn)對每一個監(jiān)控點位的唯一定址。

系統(tǒng)軟件主要包括輔助軟件和主軟件。輔助軟件由若干視頻圖像處理算法構(gòu)成，主要包括有①移動對象檢測算法；②基于感興趣區(qū)域的對象提取算法；③雙目相機定位算法；④報警相機地址信息的優(yōu)先級排序與傳輸算法，輔助軟件為主軟件提供的信息包括是否存在移動對象、移動對象的數(shù)量或面積、移動對象的位置信息，以及檢測出預警信號的相機地址信息及區(qū)域信息。主軟件則是整個系統(tǒng)的核心軟件，其子功能主要包括有①管理員與監(jiān)控員的獨立操作界面；②管理員界面的三維模型導入；③管理員界面的監(jiān)控點位布控（音頻與視頻）；④管理員界面的區(qū)域級別設定；⑤管理員界面的相機參數(shù)及級別設定；⑥監(jiān)控員界面的報警區(qū)域顯示；⑦監(jiān)控員界面的三維模型顯示；⑧監(jiān)控員界面三維模型中報警相機的提示；⑨監(jiān)控員界面報警相機實況監(jiān)測功能；⑩監(jiān)控員界面報警相機的虛擬對象生成功能；?監(jiān)控員界面的指定拾音器通訊功能。此外，網(wǎng)絡相機還設有獨立的手機配套軟件，實現(xiàn)手機用戶的實時觀測。