朱　陶，　洪衛(wèi)軍

(中國(guó)人民公安大學(xué)， 北京　102600)

應(yīng)用AHP法和MATLAB視頻監(jiān)控效能評(píng)估

朱陶，洪衛(wèi)軍

(中國(guó)人民公安大學(xué)， 北京102600)

摘要基于層次分析法AHP，建立視頻監(jiān)控系統(tǒng)的效能評(píng)估指標(biāo)體系以及對(duì)應(yīng)的要素歸屬關(guān)系，對(duì)各個(gè)指標(biāo)要素的作用進(jìn)行定量分析，同時(shí)借助于MATLAB強(qiáng)大的計(jì)算功能，有效評(píng)估視頻監(jiān)控系統(tǒng)的效能。

關(guān)鍵詞視頻監(jiān)控； 效能評(píng)估； AHP； 指標(biāo)體系； MATLAB

0前言

視覺信息相對(duì)于其他感官信息來說，是對(duì)人類獲取信息量貢獻(xiàn)最大的一類信息。廣泛建設(shè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，重點(diǎn)分析視頻監(jiān)控系統(tǒng)成為當(dāng)前安防工作的重中之重。然而已有研究缺少對(duì)于視頻監(jiān)控系統(tǒng)有效且定量的分析和利用，因此迫切的需要對(duì)其進(jìn)行客觀、有效、定量的評(píng)估。

1層次分析法AHP

層次分析法AHP(Analytic Hierarchy Process)是美國(guó)匹茲堡大學(xué)運(yùn)籌學(xué)專家T.L.Saaty提出的一種系統(tǒng)分析方法，特點(diǎn)在于定性與定量相結(jié)合。

1.1　AHP法基本步驟

1.1.1層次化模型

層次化模型分析可能影響待評(píng)估系統(tǒng)或目標(biāo)的多個(gè)因素，建立多個(gè)要素之間的層次模型。

1.1.2判別矩陣

在層次模型中，對(duì)處于同一層次中的各個(gè)因素相對(duì)于對(duì)應(yīng)的上一層因素的重要性進(jìn)行兩兩比較，利用標(biāo)度值來表征比較結(jié)果：重要性，以此得到了量化的判別矩陣。通常采用的標(biāo)度量化方式為美國(guó)著名運(yùn)籌學(xué)家T.L.Saaty建議的1-9比例標(biāo)度。如圖1所示：

圖1　1-9比例標(biāo)度

1.1.3一致性校驗(yàn)

構(gòu)建出來的判別矩陣通常還需要進(jìn)行一致性校驗(yàn)，算法為：

(1)

其中n是矩陣的維度，λmax是矩陣的最大特征值。當(dāng)矩陣維數(shù)較大時(shí)，修正一致性指標(biāo)，算法為：

(2)

其中RI為修正因子：

維數(shù)1,23456789RI00.520.891.121.261.361.411.46

當(dāng)CR<0.1時(shí)，一致性檢驗(yàn)通過；當(dāng)CR≥0.1時(shí)，一致性檢驗(yàn)不通過，放棄該組數(shù)據(jù)，以此提高算法可靠性。

1.1.4權(quán)重值計(jì)算

AHP法中的指標(biāo)權(quán)重計(jì)算，實(shí)質(zhì)為構(gòu)建出來的判別矩陣的特征向量和最大特征值的計(jì)算，本文利用MATLAB的計(jì)算功能，輔以一致性校驗(yàn)步驟，對(duì)判別矩陣An，計(jì)算出特征向量后歸一化處理，以此得到指標(biāo)權(quán)重向量：[w1w2…wn]T，其中

(3)

每個(gè)指標(biāo)的所在層權(quán)重通過其所在層的判別矩陣計(jì)算得到，每個(gè)指標(biāo)相對(duì)于最高層也就是待評(píng)估系統(tǒng)或目標(biāo)的權(quán)重，通過多個(gè)上下層次之間的權(quán)重值相乘來最終確定。

1.1.5指標(biāo)綜合權(quán)重計(jì)算

指定多名專家參與到系統(tǒng)或目標(biāo)評(píng)估，依據(jù)以上步驟計(jì)算每名專家針對(duì)待評(píng)估系統(tǒng)或目標(biāo)給出的指標(biāo)權(quán)重，多個(gè)專家得到多組權(quán)重，這些權(quán)重之間通過加權(quán)平均方式得到最終所需的指標(biāo)綜合權(quán)重向量。

1.1.6指標(biāo)綜合打分計(jì)算

針對(duì)待評(píng)估系統(tǒng)以及建立的指標(biāo)體系，多名專家分別針對(duì)該系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行打分，在多個(gè)專家之間通過加權(quán)平均方式得到每個(gè)指標(biāo)的綜合得分值。

1.1.7待評(píng)估系統(tǒng)效能值計(jì)算

效能值計(jì)算公式如下：

(4)

其中wi：指標(biāo)i的綜合權(quán)重值，si：指標(biāo)i的綜合得分值，n：最低層指標(biāo)的數(shù)量，E：待評(píng)價(jià)目標(biāo)效能值。

2視頻監(jiān)控系統(tǒng)效能評(píng)估

2.1　待評(píng)價(jià)視頻監(jiān)控系統(tǒng)

現(xiàn)有XX市XX辦公樓的一建成使用的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。地處工業(yè)園區(qū)，流動(dòng)人口和辦公人員數(shù)量多，工作時(shí)間長(zhǎng)，為一棟五層樓建筑。每層室內(nèi)總面積約1 000平米，由辦公區(qū)域，走廊，清潔區(qū)域構(gòu)成，其中財(cái)務(wù)和人事部門位于五樓。

主要設(shè)備如下：

低照度紅外彩色攝像機(jī)：安裝于辦公樓的各個(gè)出入口處；

針孔攝像機(jī)兩臺(tái)，用于財(cái)務(wù)金庫(kù)和人事檔案的監(jiān)控；

半球型攝像機(jī)，型號(hào)為L(zhǎng)G 的V903，用于監(jiān)控室門口，樓梯和電梯的監(jiān)控；

紅外半球型攝像機(jī)，安裝在辦公區(qū)域的各層走廊；

監(jiān)控室：一臺(tái)閉路監(jiān)控專用嵌入式數(shù)字硬盤錄像機(jī)，一臺(tái)19寸液晶顯示器，查看整個(gè)系統(tǒng)的每個(gè)前端。

地面敷設(shè)抗靜電架空活動(dòng)地板，選擇30 cm的架空高度安裝。

電源線選用的是RVV*2.5 mm 2 型號(hào)的電纜，配置有電動(dòng)云臺(tái)、電動(dòng)鏡頭的攝像機(jī)裝置線纜采用RVVP6*0.3 mm 2 型號(hào)的同軸電纜并穿金屬管。電源和攝像機(jī)不配置專門供電設(shè)備。

2.2　視頻監(jiān)控系統(tǒng)指標(biāo)模型

分析視頻監(jiān)控系統(tǒng)的具體組成，傳輸方式，監(jiān)控目的以及系統(tǒng)運(yùn)維需求，建立如下評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

表1　視頻監(jiān)控系統(tǒng)指標(biāo)體系

2.3　計(jì)算指標(biāo)體系的指標(biāo)權(quán)重值

2.3.1專家咨詢

由4位專家參與到本次系統(tǒng)評(píng)估工作，選用1-9比例標(biāo)度，針對(duì)一級(jí)指標(biāo)B1-B6，做出如下評(píng)價(jià)：

2.3.2指標(biāo)權(quán)重計(jì)算

由MATLB運(yùn)行下段程序，設(shè)計(jì)有對(duì)判別矩陣的一致性校驗(yàn)及計(jì)算權(quán)重向量：

[m,n]=size(A);

[V,D]=eig(A);

t=max(D);

B=max(t);

[row,col]=find(D==B);

C=V(:,col);

CI=(B-n)/(n-1);

RI=[0 0 0.58 0.96 1.12 1.24 1.32 1.41 1.45];

CR=CI/RI(1,n);

if CR<0.10

W=zeros(n,1);

for i=1:n

W(i,1)=C(i,1)/sum(C(:,1));

end

W

else

disp('未通過一致性檢驗(yàn)，丟棄該組數(shù)據(jù)');

end

對(duì)得到的評(píng)級(jí)矩陣運(yùn)行該程序得到：

采用加權(quán)平均方式以得到第二層指標(biāo)的綜合權(quán)重向量為:

同理指標(biāo)B1-B6下的第三層指標(biāo)綜合向量計(jì)算為：

層間權(quán)重彼此相乘，第三層指標(biāo)相對(duì)于最高層也就是相對(duì)于視頻監(jiān)控系統(tǒng)評(píng)估的權(quán)重向量為：

W=[0.171 20.076 30.029 20.029 20.026 9

0.080 60.170 70.069 20.028 10.094 2

0.015 50.038 20.009 70.034 60.041 0

0.032 00.010 70.010 70.032 0]T

2.3.3指標(biāo)得分計(jì)算

由同樣四名專家依據(jù)多年經(jīng)驗(yàn)，對(duì)指標(biāo)體系中二級(jí)指標(biāo)打分，依據(jù)分?jǐn)?shù)建立五個(gè)檔次，優(yōu)秀為：90~100，良好為：80~89，中等為：70~79，合格為60~69，不合格為：0~59，對(duì)五名專家的指標(biāo)打分進(jìn)行加權(quán)平均，最終得出以下分?jǐn)?shù)向量：

S=[75808075727370706580

757576787065656565]。

2.3.4視頻監(jiān)控系統(tǒng)效能評(píng)估

依據(jù)計(jì)算出的指標(biāo)權(quán)重值向量和分?jǐn)?shù)向量，通過以下公式，計(jì)算該視頻監(jiān)控系統(tǒng)的效能值為：

E=S*W=73.3306>70成立，屬于中等水平。

分析該分?jǐn)?shù)向量，可以直觀看出該系統(tǒng)有著音頻采集能力差，布點(diǎn)數(shù)目不足，監(jiān)控范圍存在死角，顯示回放效率低，抵抗惡劣天氣能力差以及抗干擾備份恢復(fù)弱的問題。分析該指標(biāo)權(quán)重，可以針對(duì)上述系統(tǒng)問題，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，以期在可控成本條件下最大化系統(tǒng)效能。

3結(jié)論

利用視頻進(jìn)行監(jiān)控成為保障人的生命和財(cái)產(chǎn)安全的有效手段，目前所進(jìn)行的主要研究都集中在視覺跟蹤和后期的視頻內(nèi)容理解，缺乏對(duì)現(xiàn)存系統(tǒng)本身效能的定量評(píng)估，忽略了其作為后續(xù)所有研究的基礎(chǔ)的重要地位。本文從視頻監(jiān)控系統(tǒng)的各個(gè)有效組成部分入手，建立層次模型和評(píng)估指標(biāo)體系，運(yùn)用AHP法原理和MATLAB的計(jì)算功能，針對(duì)實(shí)際的監(jiān)控系統(tǒng)，結(jié)合專家經(jīng)驗(yàn)，用量化的方式客觀且系統(tǒng)的給出了該視頻監(jiān)控系統(tǒng)的效能評(píng)估值。然而，系統(tǒng)的指標(biāo)體系建立，專家的選定，都存在相當(dāng)?shù)闹饔^因素，一定程度上影響了結(jié)果的客觀性，在今后的研究中，需要進(jìn)一步借助于對(duì)歷史數(shù)據(jù)的挖掘，給出更為客觀的評(píng)價(jià)。

參考文獻(xiàn)

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(責(zé)任編輯陳小明)

作者簡(jiǎn)介朱陶(1984—)，女，安徽滁州人，博士研究生。研究方向?yàn)殡娮游镒C。

中圖分類號(hào)D631.4