□ 文/廖澤宇 蔡延光 黃戈文 蔡顥 任中明 黃司輝

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基于大數(shù)據(jù)的平安城市監(jiān)控與智能分析系統(tǒng)

□ 文/廖澤宇 蔡延光 黃戈文 蔡顥 任中明 黃司輝

引言

目前，視頻監(jiān)控已經(jīng)全面進(jìn)入智能化、實(shí)時(shí)化、、高效化、高清化階段，使數(shù)據(jù)量大幅增加，即使是對TB級別的視頻內(nèi)容進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和檢索都需要花費(fèi)較長的計(jì)算時(shí)間，不足以反應(yīng)實(shí)時(shí)性，做出最準(zhǔn)確的決斷，用戶都期望對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選進(jìn)行高效高能使用，快速識(shí)別有效數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)利用價(jià)值，所以平安城市建設(shè)也應(yīng)當(dāng)在大數(shù)據(jù)時(shí)代下合理運(yùn)用大數(shù)據(jù)處理。當(dāng)下，IT技術(shù)發(fā)展迅速，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)及其種類不斷增加，我們只有在大數(shù)據(jù)時(shí)代來臨之際，在實(shí)際中推動(dòng)大數(shù)據(jù)的分析需求才能滿足人們?nèi)找嬖鲩L的需求，平安城市指揮中心應(yīng)當(dāng)實(shí)時(shí)攝取前端有效音、視頻數(shù)據(jù)，再傳輸?shù)礁咔宕笃料到y(tǒng)進(jìn)行綜合調(diào)度，高清攝像機(jī)給智能分析提供了比傳統(tǒng)畫質(zhì)高出幾倍的清晰圖像源，再由大屏系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測、信息錄像、信息回放、智能分析，遠(yuǎn)程控制、報(bào)警等得到的準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)都將為平安城市的建設(shè)提供良好保障，使得城市安全保障再次提升，在大數(shù)據(jù)智能分析的基礎(chǔ)下其終極目標(biāo)也是高清化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化，高效化，實(shí)時(shí)化，基于大數(shù)據(jù)的平安城市監(jiān)控與智能分析方案從此改變傳統(tǒng)平安城市視頻監(jiān)控的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能

基于大數(shù)據(jù)的平安城市監(jiān)控與智能分析，主要指城市高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)涉及到的音視頻的采集、傳輸、存儲(chǔ)、管理、共享等環(huán)節(jié)下獲得的所需要的巨量數(shù)據(jù)資料，然后在基于大數(shù)據(jù)的新的處理模式對其進(jìn)行智能分析，再實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一指揮調(diào)度，實(shí)時(shí)保障城市安全。整個(gè)系統(tǒng)可分為前端音、視頻數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接入、城市指揮中心平臺(tái)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及數(shù)字高清大屏系統(tǒng)下進(jìn)行調(diào)度等部分。前端音、視頻數(shù)據(jù)采集主要包括：道路卡口、學(xué)校正門、鬧市、城市街道、其他娛樂公共場所等，在上述區(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、抓拍、智能分析。它使平安城市指揮中心及時(shí)把握現(xiàn)場的詳細(xì)情況，通過高清大屏系統(tǒng)中的高質(zhì)量的畫面給監(jiān)控人員或者是后端智能分析系統(tǒng)，再通過智能分析可以對監(jiān)控現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)事前預(yù)警提示或應(yīng)急處理。在相應(yīng)的區(qū)域構(gòu)建前端高清監(jiān)控子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對每個(gè)區(qū)域具體情況的詳細(xì)記錄，監(jiān)控、抓拍，同時(shí)將各區(qū)域的實(shí)時(shí)視頻資料，集中在數(shù)字高清大屏上無縫隙顯示播放，實(shí)現(xiàn)城市統(tǒng)一調(diào)度，資源共享，對視頻內(nèi)容及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)對比，使相關(guān)部門的工作效率大大提高。為城市的平安和諧構(gòu)筑一道高清視頻安全監(jiān)控網(wǎng)。

（一）系統(tǒng)總體架構(gòu)

除基礎(chǔ)通訊網(wǎng)絡(luò)外，本系統(tǒng)由7個(gè)功能子系統(tǒng)組成：1）視頻、音頻、控制信號等前端資源采集子系統(tǒng)；2）視頻、音頻數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)子系統(tǒng)；3）數(shù)字高清大屏視頻會(huì)議聯(lián)動(dòng)子系統(tǒng)；4）基于大數(shù)據(jù)的智能分析與控制子系統(tǒng)5）異常事件管理、報(bào)警子系統(tǒng)；6）客戶端管理子系統(tǒng)；7）高清卡口抓拍子系統(tǒng)；主要系統(tǒng)總體架構(gòu)見圖1。

（二）硬件總體結(jié)構(gòu)

平安城市監(jiān)控與智能分析是以維護(hù)城市安全和諧為原則，以高清智能攝像機(jī)及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)音視頻數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、智能精確分析，并實(shí)現(xiàn)城市各監(jiān)控區(qū)域現(xiàn)場全天候監(jiān)測管理、必要的抓拍管理、異常管理、預(yù)警管理、決策支持等，覆蓋整個(gè)城市公共區(qū)域的各個(gè)方面，實(shí)現(xiàn)24小時(shí)連續(xù)監(jiān)控、文明、和諧、透明、高效管理。

平安城市監(jiān)控與智能分析最主要還是實(shí)現(xiàn)監(jiān)控人員能夠在中心指揮工作室通過實(shí)時(shí)采集的全城市各區(qū)域的音視頻信息實(shí)時(shí)調(diào)度、及時(shí)通知有關(guān)執(zhí)法部門做好預(yù)警處理等工作。而中心指揮工作室也會(huì)按城市各個(gè)區(qū)域采用SDLP（Super Digital Light Procession）無縫隙智能數(shù)字高清大屏系統(tǒng)，全天候監(jiān)測全城市各區(qū)域?qū)崟r(shí)發(fā)生的狀況，并將所提取的音視頻數(shù)據(jù)有效存儲(chǔ)，實(shí)時(shí)將負(fù)責(zé)城市安全工作的有關(guān)部門領(lǐng)導(dǎo)人所需要的、經(jīng)智能分析后的數(shù)據(jù)及時(shí)提交，供其進(jìn)行決策。這樣也能大大提高有關(guān)部門處理突發(fā)事件的效率，為城市安全建設(shè)提供準(zhǔn)確的使用材料。，同時(shí)SDLP無縫隙智能數(shù)字高清大屏系統(tǒng)能滿足平安城市監(jiān)控的音視頻顯示無縫隙分離、實(shí)時(shí)分區(qū)域管理、及時(shí)捕獲圖片幀、能耗低，便于第三方系統(tǒng)接入等要求，準(zhǔn)確的顯示城市各區(qū)域現(xiàn)場視頻、各區(qū)域車流量、人流量狀況、道路安全狀況、道路擁堵狀況、及時(shí)定位信息、實(shí)時(shí)監(jiān)控信息、統(tǒng)計(jì)信息、抓拍信息、設(shè)備與視頻報(bào)警信息等，支持城市區(qū)域安全、人員、有關(guān)執(zhí)法部門等信息的關(guān)聯(lián)顯示。硬件總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1　主要系統(tǒng)總體架構(gòu)

圖2　硬件總體結(jié)構(gòu)

1、大屏顯示系統(tǒng)

SDLP無縫隙智能數(shù)字高清大屏系統(tǒng)的使用，很好的將城市安防升級到了一個(gè)全新的高度，相對于其他大屏幕顯示系統(tǒng)其具有如下特點(diǎn)：

（1）無縫大屏顯示：可完整地顯示高清超大圖像且無物理縫隙。

（2）容易接入：可實(shí)現(xiàn)各類信號源完整顯示，實(shí)現(xiàn)高清顯示。

（3）色域統(tǒng)一：智能控制光機(jī)像素點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)色彩統(tǒng)一，畫面色彩失真極低，顯示效果細(xì)膩柔和。

（4）能耗低：其耗能約為同尺寸大屏顯器的40％，既環(huán)保又節(jié)能。

大屏顯示系統(tǒng)可根據(jù)城市區(qū)域地理位置將音視頻資料進(jìn)行自主合理劃分，完成音視頻、數(shù)據(jù)綜合顯示。實(shí)時(shí)顯示城市各公共區(qū)域現(xiàn)場視頻、道路狀況、車流量、人流量狀況、突發(fā)狀況信息、實(shí)時(shí)監(jiān)控信息、實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)信息、機(jī)臺(tái)報(bào)警信息、有關(guān)部門實(shí)時(shí)響應(yīng)信息等。

2、視頻前端編碼設(shè)備

城市高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)前端監(jiān)控資源采集的視屏前端編碼設(shè)備主要是用了如下設(shè)備：

（1）高清網(wǎng)絡(luò)槍型攝像機(jī)：分辨率為1600×1200，2MCCD，壓縮方式為H.264，壓縮輸出碼率：32 K～2M，也可以自定義（上限16M，單位：bps）；音頻：G.711，G.722可選，采用HDMI視頻輸出接口輸出，顯示尺寸可達(dá)1600×1200，25fps。非常適用于平安城市建設(shè)的需求。

（2）標(biāo)清網(wǎng)絡(luò)高速球機(jī)：采用130萬1/3英寸超大圖像傳感器，F(xiàn)1.4超大光圈，夜間監(jiān)控出色，采用TI高性能DSP，支持1280*720/30fps實(shí)時(shí)輸出，最高支持1280*960/15fps的視頻輸出。圖像分辨率：主碼流（1280*960、1280*720）輔碼流（D1）。

（3）高清卡口抓拍設(shè)備：對全城市監(jiān)控區(qū)域的人員流動(dòng)、車輛流動(dòng)、交通道路狀況等進(jìn)行全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)控并記錄相關(guān)圖像數(shù)據(jù)。前端處理系統(tǒng)對其進(jìn)行分析，從中自動(dòng)獲取突發(fā)情況產(chǎn)生的時(shí)間、地點(diǎn)、相關(guān)案發(fā)人員體貌特征等數(shù)據(jù)。同時(shí)將捕獲到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡桨渤鞘械缆房谙到y(tǒng)控制中心，將該數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、查詢、比對等處理，當(dāng)發(fā)現(xiàn)違法、違規(guī)或自然條件破壞、交通堵塞等情況時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)向攔截系統(tǒng)及相關(guān)部門人員發(fā)出預(yù)警通知。

（三）軟件架構(gòu)

圖3　智能制造系統(tǒng)需求響應(yīng)軟件架構(gòu)

采集傳輸層包括音視頻數(shù)據(jù)采集模塊、位置信息采集模塊、圖片信息采集模塊、文字信息采集模塊、天氣狀況信息采集模塊。通過平安城市監(jiān)控?cái)z像頭將各公共區(qū)域的實(shí)時(shí)音視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，進(jìn)行定位，獲取有效的圖片信息和文字信息，并獲取該區(qū)域此時(shí)的天氣狀況，綜合進(jìn)行智能分析，為安全城市建設(shè)提供高效、準(zhǔn)確、實(shí)用、直觀的元數(shù)據(jù)信息。

網(wǎng)絡(luò)傳輸層包括公安專網(wǎng)、GPS、社區(qū)光纖專網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、現(xiàn)場總線，用于有效傳輸前端采集的音視頻信息、位置信息和提前預(yù)警反饋信息等。

數(shù)據(jù)層管理包括空間數(shù)據(jù)引擎、數(shù)字交換引擎、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、收發(fā)信息管理系統(tǒng)。

平臺(tái)層包括實(shí)時(shí)監(jiān)控平臺(tái)、服務(wù)接口管理平臺(tái)、視頻管理平臺(tái)、運(yùn)維系統(tǒng)平臺(tái)、大數(shù)據(jù)智能分析平臺(tái)、WEBGIS管理平臺(tái)、信息收發(fā)平臺(tái)、預(yù)警處理平臺(tái)。實(shí)現(xiàn)多平臺(tái)合理有序調(diào)控，實(shí)時(shí)監(jiān)測城市各區(qū)域所發(fā)生的事件，進(jìn)行智能處理，做到及時(shí)預(yù)警通知。

控制層包括告警信息采集系統(tǒng)、決策分析處理系統(tǒng)、性能信息處理系統(tǒng)、報(bào)表信息處理系統(tǒng)。對城市中產(chǎn)生的突發(fā)預(yù)警及時(shí)處理響應(yīng)，通知有關(guān)部門處理，將決策信息進(jìn)行反饋，及時(shí)調(diào)度城市安防。并時(shí)刻監(jiān)測系統(tǒng)整體的性能信息，是系統(tǒng)時(shí)刻保持在最佳狀態(tài)下運(yùn)行，并將城市內(nèi)所發(fā)生的安防及處理方式等數(shù)據(jù)及時(shí)上報(bào)并備份存儲(chǔ)。

（四）系統(tǒng)功能

平安城市指揮中心要擁有能夠覆蓋整個(gè)城市的集成式、多功能、高效率、綜合性智能網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過前端設(shè)備對城市各區(qū)域視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的采集，再由網(wǎng)絡(luò)傳輸至監(jiān)控中心管理平臺(tái)由智能高清數(shù)字大屏系統(tǒng)顯示，并將視屏數(shù)據(jù)存儲(chǔ)經(jīng)大數(shù)據(jù)智能分析后獲取有價(jià)值的數(shù)據(jù)信息，再反饋到城市安防有關(guān)部門做出及時(shí)處理。系統(tǒng)由7大功能組成：

（1）視屏監(jiān)測功能：主要是通過前端攝像頭所獲取的音視頻數(shù)據(jù)信息，通過數(shù)字高清大屏顯示放映，直觀的的監(jiān)測城市各區(qū)域?qū)崟r(shí)的動(dòng)態(tài)。

（2）查詢功能：通過視頻信息定位，查詢警情發(fā)生地點(diǎn)的人員、就近警力、周邊環(huán)境等信息。

（3）智能安防調(diào)整功能：高效智能分析突發(fā)警情，智能調(diào)整城市安防巡邏重點(diǎn)、警力調(diào)度、防范布控，及時(shí)整理出最佳預(yù)案。

（4）智能追蹤功能：能有效識(shí)別鎖定與警情發(fā)生有重大聯(lián)系的人員，將其體貌特征、所用交通工具、案發(fā)時(shí)刻狀態(tài)等信息及時(shí)錄入，并對其測速，跨攝像機(jī)，連續(xù)追蹤。

（5）大數(shù)據(jù)信息共享分析功能：可以將城市各安防救助部門（政府、醫(yī)院、搶險(xiǎn)、應(yīng)急、基金會(huì)等）提供社會(huì)聯(lián)合，將各部門有關(guān)城市安防的數(shù)據(jù)進(jìn)行共享，再由大數(shù)據(jù)智能分析平臺(tái)對各部門共享的數(shù)據(jù)進(jìn)行云臺(tái)處理，實(shí)現(xiàn)宏觀調(diào)控，有序布置執(zhí)行各部門當(dāng)前安防任務(wù)，建立起城市綜合安防保障中心。

（6）手機(jī)視頻監(jiān)控功能：通過智能手機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程的視頻監(jiān)控，手機(jī)能實(shí)現(xiàn)完整的平臺(tái)客戶端，可以對視頻遠(yuǎn)程觀看、大數(shù)據(jù)智能分析、云臺(tái)控制、分級視頻管理。用戶可選擇手機(jī)聯(lián)動(dòng)，在突發(fā)事件發(fā)生時(shí)，用戶會(huì)接受到短信提醒，提示打開遠(yuǎn)程手機(jī)視頻，進(jìn)行監(jiān)控操作，使視頻監(jiān)控可以不只是依賴電腦，且手機(jī)監(jiān)控沒有時(shí)間與地點(diǎn)的限制。

（7）視頻圖像高清晰化和存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)化功能：視頻監(jiān)控圖像畫質(zhì)高清晰度達(dá)到D1或Full D1的技術(shù)指標(biāo)，視頻存儲(chǔ)的時(shí)間更長久，并且使存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)化，實(shí)現(xiàn)多線布局。

大數(shù)據(jù)在平安城市監(jiān)控與智能分析中的應(yīng)用

隨著城市安全視屏監(jiān)控的發(fā)展，視頻監(jiān)控所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量也隨之海量增加，我們需要對巨量的數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析，分析大數(shù)據(jù)產(chǎn)生小數(shù)據(jù)，提取可用數(shù)據(jù)片段，建立摘要信息形成團(tuán)數(shù)據(jù)信息庫。在對海量歷史數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)精確快速檢索，對形若不相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)就很需要引入大數(shù)據(jù)技術(shù)。在城市區(qū)域視頻監(jiān)控系統(tǒng)里，有四類關(guān)鍵性技術(shù)在發(fā)揮重要的作用：

（1）智能分析能力：采用圖像識(shí)別算法，對音視頻數(shù)據(jù)分析，對圖像內(nèi)容和行為用結(jié)構(gòu)化或半結(jié)構(gòu)化語言描述，為城市視屏監(jiān)控大數(shù)據(jù)分析與運(yùn)用提供基礎(chǔ)。

（2）大數(shù)據(jù)處理能力：采用大數(shù)據(jù)分布式處理技術(shù)，形成面向大數(shù)據(jù)的分布式存儲(chǔ)與數(shù)據(jù)管理框架，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的清洗/轉(zhuǎn)換/裝載，形成可用數(shù)據(jù)信息的匯聚。

（3）數(shù)據(jù)挖掘與分析能力：對音視頻數(shù)據(jù)信息實(shí)現(xiàn)高效利用，并與非視頻數(shù)據(jù)整合分析，挖掘事件關(guān)聯(lián)及產(chǎn)生模式，提升數(shù)據(jù)價(jià)值。

（4）可視化展現(xiàn)能力：由SDLP對視頻內(nèi)容快速檢索、比對、呈現(xiàn)，并與GIS平臺(tái)、預(yù)警處理平臺(tái)等城市各區(qū)域平臺(tái)視圖整合顯示，提高視頻數(shù)據(jù)實(shí)用性的能力。

在大數(shù)據(jù)時(shí)代里，對海量的城市各區(qū)域音、視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)背后的價(jià)值信息挖掘，實(shí)時(shí)高效反饋內(nèi)涵知識(shí)用以輔助決策判斷將會(huì)是未來視頻監(jiān)控應(yīng)用的發(fā)展方向。

結(jié)論

平安城市的建設(shè)難度系數(shù)大，整體性很強(qiáng)。建設(shè)高清平安城市監(jiān)控與智能分析系統(tǒng)時(shí)，我們需要綜合思考，立足于基礎(chǔ)架構(gòu)，同時(shí)優(yōu)化各個(gè)環(huán)節(jié)，而不是各產(chǎn)品毫無規(guī)律的簡單組合。我們應(yīng)借鑒之前的平安城市建設(shè)的好的設(shè)想與經(jīng)驗(yàn)，保證高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控本身所帶來的變化，認(rèn)真思考實(shí)時(shí)傳輸、實(shí)時(shí)分析、實(shí)時(shí)反應(yīng)、實(shí)時(shí)存儲(chǔ)、高效率、高精度管理平臺(tái)等環(huán)節(jié)，保障好城市的安全與和諧。

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