陸兵

摘要：通過(guò)分析云計(jì)算應(yīng)用于視頻監(jiān)控領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)和優(yōu)勢(shì)，提出基于云架構(gòu)的邊防視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)整合與智能化應(yīng)用平臺(tái)模型，給出視頻數(shù)據(jù)整合、視頻智能分析與搜索以及資源共享等解決方案。

關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：云計(jì)算；視頻監(jiān)控；邊防管理

DOIDOI：10.11907/rjdk.161435

中圖分類號(hào)：TP319文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)文章編號(hào)：16727800（2016）007014903

0引言

近年來(lái)，全國(guó)公安邊防部門已建成較大規(guī)模的邊防視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)共享平臺(tái)，在視頻指揮調(diào)度、執(zhí)勤區(qū)域管控、內(nèi)部管理等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。但總體而言，視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用層次還比較低，主要表現(xiàn)在：①視頻監(jiān)控實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用深度不足。主要用于區(qū)域防范、事后查證等，缺乏與邊防實(shí)戰(zhàn)緊密結(jié)合的功能深度挖掘；②視頻圖像存儲(chǔ)能力需進(jìn)一步提升。由于視頻錄像占用存儲(chǔ)空間巨大，目前主要存儲(chǔ)方式還是以前端DVR、NVR存儲(chǔ)為主，未實(shí)現(xiàn)分級(jí)分類存儲(chǔ)的規(guī)范化管理；③視頻圖像價(jià)值信息未得到有效提取。大量視頻圖像資源價(jià)值信息沉淀于系統(tǒng)中，發(fā)現(xiàn)、檢索較為困難，并且連續(xù)視頻流等非結(jié)構(gòu)化信息難以與邊防業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)信息直接進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析和碰撞比對(duì)，從而產(chǎn)生有價(jià)值的結(jié)果；④視頻圖像信息智能化應(yīng)用水平低。由于視頻圖像數(shù)據(jù)量大、價(jià)值密度低，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理分析技術(shù)不能滿足海量視頻數(shù)據(jù)分析處理的需要。

隨著視頻編碼技術(shù)、視頻存儲(chǔ)技術(shù)、視頻內(nèi)容分析以及信息技術(shù)的發(fā)展，視頻監(jiān)控正向網(wǎng)絡(luò)化、高清化、智能化方向發(fā)展。目前，公安邊防各級(jí)都在進(jìn)行視頻監(jiān)控高清化、智能化改造，但大規(guī)模高清智能化給系統(tǒng)設(shè)計(jì)、部署帶來(lái)一系列現(xiàn)實(shí)問(wèn)題：網(wǎng)絡(luò)帶寬緊張、存儲(chǔ)空間龐大、對(duì)計(jì)算機(jī)性能要求成倍增加等。因此，采用云計(jì)算、智能視頻分析等技術(shù)升級(jí)改造現(xiàn)有視頻圖像監(jiān)控系統(tǒng)，利用云計(jì)算的分布式存儲(chǔ)、分布式計(jì)算優(yōu)勢(shì)，建設(shè)云架構(gòu)下視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)整合和應(yīng)用平臺(tái)，可有效解決視頻圖像數(shù)據(jù)采集整合、價(jià)值信息提取、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化處理及存儲(chǔ)應(yīng)用模式變革等問(wèn)題，以實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控深度智能化應(yīng)用。

1關(guān)鍵技術(shù)

云計(jì)算是分布式計(jì)算、并行計(jì)算、網(wǎng)格計(jì)算、多核計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)、虛擬化、負(fù)載均衡等傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展到一定階段，與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合發(fā)展的產(chǎn)物。在視頻監(jiān)控領(lǐng)域使用云計(jì)算技術(shù)，可以將各類視頻監(jiān)控接入到統(tǒng)一的云平臺(tái)，在后端通過(guò)發(fā)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)閑置節(jié)點(diǎn)進(jìn)行智能化分析，從而以較小的設(shè)備投入換回更多的智能化工作回報(bào)。

1.1視頻圖像云存儲(chǔ)

隨著網(wǎng)絡(luò)化、高清化視頻監(jiān)控的逐漸普及，視頻監(jiān)控圖像的存儲(chǔ)系統(tǒng)成為整個(gè)系統(tǒng)中的重要支撐產(chǎn)品，因此一個(gè)安全、穩(wěn)定、可靠的視頻監(jiān)控存儲(chǔ)平臺(tái)，成為監(jiān)控報(bào)警、智能分析等關(guān)鍵工作的重要支撐。隨著網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控應(yīng)用范圍的逐步擴(kuò)大，要求進(jìn)行省級(jí)乃至全國(guó)范圍內(nèi)跨區(qū)域的大聯(lián)網(wǎng)，以實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)共享，但傳統(tǒng)分散存儲(chǔ)模式的DVR、NVR給視頻數(shù)據(jù)的共享帶來(lái)了技術(shù)上的阻礙，集中存儲(chǔ)模式的云存儲(chǔ)將成為視頻監(jiān)控存儲(chǔ)的主流模式。

云存儲(chǔ)是在云計(jì)算概念上延伸和發(fā)展出來(lái)的一個(gè)新的概念，是指通過(guò)集群應(yīng)用、網(wǎng)格技術(shù)或分布式文件系統(tǒng)等功能，將網(wǎng)絡(luò)中大量各種不同類型的存儲(chǔ)設(shè)備通過(guò)應(yīng)用軟件集合起來(lái)協(xié)同工作，共同對(duì)外提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和業(yè)務(wù)訪問(wèn)功能的一個(gè)系統(tǒng)。云存儲(chǔ)可以實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)完全虛擬化，大大簡(jiǎn)化應(yīng)用環(huán)節(jié)，節(jié)省客戶建設(shè)成本，同時(shí)提供更強(qiáng)的存儲(chǔ)和共享功能。

高清視頻監(jiān)控存儲(chǔ)是一種以大碼流多并發(fā)寫為主的存儲(chǔ)應(yīng)用，對(duì)性能、并發(fā)性和穩(wěn)定性等方面有很高要求。視頻云存儲(chǔ)系統(tǒng)對(duì)分布式存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)（云服務(wù)器）進(jìn)行集群化管理，視頻監(jiān)控系統(tǒng)前端采集的圖像資源通過(guò)網(wǎng)絡(luò)方式傳輸并存入云存儲(chǔ)系統(tǒng)，為視頻圖像的深度應(yīng)用提供了數(shù)據(jù)支撐。

1.2視頻云處理

視頻云處理采用分布式計(jì)算、并行計(jì)算處理等云計(jì)算技術(shù)，依托視頻智能分析技術(shù)，通過(guò)人工或前端智能識(shí)別與后臺(tái)智能分析處理相結(jié)合的方式，開發(fā)視頻自動(dòng)結(jié)構(gòu)化描述功能，從非結(jié)構(gòu)化視頻中提取、應(yīng)用結(jié)構(gòu)化信息。

視頻云處理系統(tǒng)主要包括分布式文件系統(tǒng)、分布式數(shù)據(jù)庫(kù)、全文搜索引擎、分布式協(xié)作服務(wù)等模塊。 1.3智能視頻分析

視頻監(jiān)控的數(shù)據(jù)量非常大，而用戶真正需要的信息只是少部分，或者說(shuō)真正需要監(jiān)視的只是發(fā)生概率很小的某些事件。智能視頻分析技術(shù)通過(guò)從海量的視頻數(shù)據(jù)中獲取有價(jià)值的信息，能夠?qū)⒁曨l監(jiān)控從靜態(tài)的事后取證變成動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)預(yù)防和告警。隨著技術(shù)的發(fā)展，智能化的監(jiān)控系統(tǒng)將要求事發(fā)前能夠識(shí)別并作出正確判斷，為人們提供最為有效、及時(shí)的快速反應(yīng)措施。

通過(guò)云計(jì)算平臺(tái)，可為智能視頻分析提供超強(qiáng)的存儲(chǔ)和計(jì)算能力，視頻數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在云存儲(chǔ)文件系統(tǒng)（如Hadoop的HDFS）中，可以使用Map/Reduce大規(guī)模并行計(jì)算處理圖像識(shí)別、人臉識(shí)別、行為檢測(cè)、移動(dòng)跟蹤等需要進(jìn)行大量CPU計(jì)算的任務(wù)。

智能視頻分析的關(guān)鍵是目標(biāo)特征的提取，并對(duì)目標(biāo)特征的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化描述。在邊防視頻系統(tǒng)建設(shè)過(guò)程中，需重點(diǎn)探索視頻圖像中的人、車（船）等目標(biāo)自動(dòng)化特征提取，為業(yè)務(wù)系統(tǒng)應(yīng)用提供數(shù)據(jù)來(lái)源。

1.4視頻云搜索

視頻云搜索技術(shù)，是基于大數(shù)據(jù)服務(wù)、視頻圖像庫(kù)，實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的快速檢索，采用分布式多節(jié)點(diǎn)并行處理技術(shù)，提高搜索反應(yīng)效率，高效生成透明、多維的檢索結(jié)果，并可按照互聯(lián)網(wǎng)搜索引擎模式展示給用戶，對(duì)檢索結(jié)果進(jìn)行動(dòng)態(tài)、多維呈現(xiàn)，支持多種檢索方式。①關(guān)鍵字檢索功能：通過(guò)關(guān)鍵字信息對(duì)視頻圖像信息進(jìn)行檢索；②模糊檢索功能：通過(guò)配置同義或同音詞典，提供對(duì)輸入的關(guān)鍵字的同義或同音詞進(jìn)行模糊檢索，從而得出較多的檢索結(jié)果；③高級(jí)檢索功能：高級(jí)檢索可根據(jù)自定義檢索關(guān)鍵字或多字段組合進(jìn)行數(shù)據(jù)檢索。

2平臺(tái)模型

邊防云架構(gòu)視頻數(shù)據(jù)整合與智能化應(yīng)用平臺(tái)應(yīng)以構(gòu)建邊防立體化防控體系、有效提升邊防部門社會(huì)管理能力為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)邊防內(nèi)部圖像信息資源、邊海防圖像信息資源、社會(huì)面圖像信息資源等數(shù)據(jù)整合、處理分析和深度挖掘，構(gòu)建云框架下的視頻監(jiān)控應(yīng)用體系，開展邊防視頻圖像大數(shù)據(jù)技術(shù)研究與智能化應(yīng)用，為邊防指揮調(diào)度、情報(bào)研判、邊境管控、治安防控、社會(huì)服務(wù)等工作提供強(qiáng)有力支撐。平臺(tái)技術(shù)框架模型如圖1所示。

2.1視頻數(shù)據(jù)采集整合

該層的主要任務(wù)是統(tǒng)一組織管理平臺(tái)涉及的各種物理資源，包括前端攝像頭、網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器、數(shù)字硬盤錄像機(jī)、各種服務(wù)器、集中式/分布式存儲(chǔ)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備、傳感設(shè)備、定位設(shè)備等，將硬件資源封裝成服務(wù)，匯聚整合來(lái)自視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)共享平臺(tái)、社會(huì)面圖像監(jiān)控、邊海防監(jiān)控系統(tǒng)、各類無(wú)線圖傳系統(tǒng)以及移動(dòng)警務(wù)通、移動(dòng)圖像終端、執(zhí)法記錄儀等圖像終端采集錄入的視頻圖像資源，以及通過(guò)智能分析處理獲取的信息資源等非結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)信息，包括視頻、音頻、圖像、文本、日志、記錄等。

該層依次解決如下兩個(gè)問(wèn)題：①建立以廣域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)的、低成本、高效能的數(shù)據(jù)中心，采用高帶寬、高可靠性、兼容大量異構(gòu)設(shè)備和計(jì)算節(jié)點(diǎn)的二層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，連接各種異構(gòu)硬件資源，存放海量數(shù)據(jù)；②應(yīng)用虛擬化技術(shù)，為系統(tǒng)整體管理、配置、檢索所有的設(shè)備提供統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，保證品牌繁多、架構(gòu)各異、視頻碼流格式不同的眾多設(shè)備被抽象成相同的接口，使上層調(diào)用可忽略底層的復(fù)雜物理特性，透明地訪問(wèn)各種類型的設(shè)備，從而為上層提供彈性、可靠的基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)。

2.2視頻數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理

視頻監(jiān)控系統(tǒng)一般具有監(jiān)控點(diǎn)多、視頻數(shù)據(jù)流大、存儲(chǔ)時(shí)間長(zhǎng)、24小時(shí)連續(xù)不間斷作業(yè)等特點(diǎn)，視頻存儲(chǔ)設(shè)備在數(shù)據(jù)讀寫方式上也與其它類型系統(tǒng)不同。

（1）視頻云存儲(chǔ)。面對(duì)海量視頻數(shù)據(jù)，采用具備大容量、高性能、大數(shù)據(jù)融合等特性的云存儲(chǔ)架構(gòu)，與邊防信息資源庫(kù)協(xié)作配合，實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的高速轉(zhuǎn)發(fā)與計(jì)算。視頻云存儲(chǔ)架構(gòu)同時(shí)應(yīng)用于視頻、圖片混合存儲(chǔ)，承擔(dān)整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)視頻和圖片的數(shù)據(jù)寫入、讀取工作。云存儲(chǔ)系統(tǒng)采用基于云架構(gòu)的分布式集群和虛擬化設(shè)計(jì)，在系統(tǒng)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)多設(shè)備協(xié)同工作以及性能與資源的虛擬整合，最大限度地利用硬件資源和存儲(chǔ)空間，將云存儲(chǔ)的存儲(chǔ)及管理功能進(jìn)行打包，通過(guò)開放透明的應(yīng)用接口和簡(jiǎn)單易用的管理界面，與上層應(yīng)用平臺(tái)整合，為監(jiān)控系統(tǒng)提供高效、可靠的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)。

（2）視頻圖像信息數(shù)據(jù)庫(kù)。從視頻圖像信息中篩選出有價(jià)值的視頻線索或證據(jù)，并對(duì)有價(jià)值的信息進(jìn)行集中存儲(chǔ)和管理，分原始庫(kù)和處理庫(kù)兩級(jí)存儲(chǔ)。原始庫(kù)主要用于存儲(chǔ)有價(jià)值的視頻圖像原始文件，處理庫(kù)主要用于存儲(chǔ)經(jīng)過(guò)視頻摘要處理、圖像處理工具處理、標(biāo)注描述、智能化應(yīng)用的與主題相關(guān)的視頻片段、圖片及其它信息等。視頻圖像信息數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)采取云計(jì)算技術(shù)，利用分布式文件系統(tǒng)或分布式數(shù)據(jù)庫(kù)，以支持存儲(chǔ)容量和存儲(chǔ)管理的平滑擴(kuò)容、升級(jí)。

2.3視頻數(shù)據(jù)服務(wù)

通過(guò)采用分布式文件系統(tǒng)、分布式數(shù)據(jù)庫(kù)、分布式資源管理、分布式計(jì)算、全文搜索引擎等新技術(shù)，為海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、檢索、分析、統(tǒng)計(jì)、挖掘等服務(wù)提供強(qiáng)大的技術(shù)支撐。根據(jù)當(dāng)前邊防實(shí)戰(zhàn)業(yè)務(wù)需要，采用圖像智能化分析處理技術(shù)與人工相結(jié)合，與邊防其它信息系統(tǒng)對(duì)接，開展圖像信息深度應(yīng)用。2.4數(shù)據(jù)服務(wù)接口

依托邊防一體化平臺(tái)服務(wù)總線，提供統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用服務(wù)接口，實(shí)現(xiàn)與其它業(yè)務(wù)系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)對(duì)接，為指揮調(diào)度、治安防控、情報(bào)研判、邊境防控、圖像偵查等其它系統(tǒng)提供應(yīng)用支撐。2.5系統(tǒng)運(yùn)行管理

建設(shè)視頻信息資源運(yùn)行管理和監(jiān)管系統(tǒng)，配置網(wǎng)管服務(wù)器、網(wǎng)管終端、維護(hù)工具等設(shè)備，承擔(dān)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)與傳輸設(shè)備、前端監(jiān)控設(shè)備、編解碼與硬盤錄像設(shè)備、計(jì)算機(jī)與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備等各類設(shè)備的日常運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障處理響應(yīng)、資源分配、調(diào)度控制以及入網(wǎng)管理和考核管理等功能，承擔(dān)對(duì)各類圖像監(jiān)控資源圖像質(zhì)量的分類巡檢和考核管理功能。2.6系統(tǒng)安全管理

包括設(shè)備物理安全、入網(wǎng)設(shè)備安全、主機(jī)服務(wù)器安全、數(shù)據(jù)安全、應(yīng)用安全、邊界安全等內(nèi)容。3平臺(tái)應(yīng)用

云架構(gòu)視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)整合與智能化應(yīng)用平臺(tái)的各項(xiàng)功能，可讓視頻監(jiān)控從人工抽檢、查看，發(fā)展到高效事前預(yù)警、事后分析，實(shí)現(xiàn)智能化的信息分析、預(yù)測(cè)，可為邊防業(yè)務(wù)工作帶來(lái)深刻變革。

在邊境重點(diǎn)部位、重要出入通道、港口碼頭和領(lǐng)海（3海里）漁船（民）聚集等地點(diǎn)，充分利用視頻監(jiān)控開展區(qū)域內(nèi)人員、車輛、船舶等的搜索、捕獲、識(shí)別和報(bào)警等應(yīng)用，提高邊（海）防智能管控能力。利用平臺(tái)的云存儲(chǔ)技術(shù)特性，可以實(shí)時(shí)存儲(chǔ)、調(diào)用大容量的視頻、圖片、聲音、傳感器信息等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，也能夠快速響應(yīng)支持各信息處理節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)調(diào)用需求。利用平臺(tái)的云計(jì)算技術(shù)，可以調(diào)動(dòng)、均衡和充分利用系統(tǒng)資源，及時(shí)完成各類數(shù)據(jù)的智能分析和數(shù)據(jù)挖掘等功能。

（1）智能區(qū)域檢測(cè)。綜合利用視頻監(jiān)控、雷達(dá)等多種方式，對(duì)指定邊防管理區(qū)域?qū)嵤┲悄軝z測(cè)，按照預(yù)定策略實(shí)時(shí)檢測(cè)指定區(qū)域的進(jìn)入、離開、越過(guò)、滯留等行為進(jìn)行智能判定，并針對(duì)違規(guī)行為產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。

（2）身份識(shí)別。對(duì)通過(guò)智能卡口或口岸的人員實(shí)施智能身份識(shí)別，按照智能策略實(shí)施警示；采用牌照識(shí)別技術(shù)手段，自動(dòng)識(shí)別車輛相關(guān)信息，按照智能策略實(shí)施警示；結(jié)合AIS、GPS、北斗等傳感器信息，對(duì)海面、港口船只進(jìn)行身份識(shí)別和篩選。

（3）運(yùn)動(dòng)目標(biāo)智能分析。對(duì)運(yùn)動(dòng)車輛、船舶的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行智能預(yù)判，及時(shí)發(fā)現(xiàn)特定區(qū)域出現(xiàn)的徘徊、滯留等行為，并加以預(yù)警。

（4）群目標(biāo)/單目標(biāo)智能檢測(cè)。對(duì)于邊境區(qū)域的人群聚集活動(dòng)，采用群目標(biāo)/單目標(biāo)檢測(cè)技術(shù)，給出人員數(shù)量，完成目標(biāo)區(qū)分。

（5）早期預(yù)警。通過(guò)多傳感器的探測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效融合和智能分析，甄別威脅目標(biāo)情報(bào)，對(duì)陸海邊界以外的威脅目標(biāo)進(jìn)行不同級(jí)別的預(yù)警；在陸地邊界、港口、海岸線上采取物理手段延緩目標(biāo)進(jìn)入，并通過(guò)光電手段給出警示；當(dāng)目標(biāo)已經(jīng)進(jìn)入指定威脅區(qū)域內(nèi)則給出告警，并生成目標(biāo)威脅度評(píng)估值，再根據(jù)上級(jí)指揮所的命令、指示、計(jì)劃或自主制定的作戰(zhàn)方案，通過(guò)話音、圖像等態(tài)勢(shì)共享手段，指揮協(xié)調(diào)附近的部隊(duì)前往進(jìn)行攔截。4結(jié)語(yǔ)

云計(jì)算技術(shù)的出現(xiàn)和逐步成熟，為信息化建設(shè)提供了新的思路和方法。公安邊防視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)中遇到的視頻數(shù)據(jù)整合、視頻智能分析與搜索以及資源共享等問(wèn)題都可以通過(guò)云計(jì)算的方法得到很好的解決。但目前云計(jì)算在邊防部門的應(yīng)用才剛剛起步，實(shí)際應(yīng)用案例還比較少，為了真正將云計(jì)算的思路和方法更好地應(yīng)用到視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)中，還需要持續(xù)開展大量的研究和嘗試。

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