黃祖建

【摘 要】隨著綜合醫(yī)院范圍的不斷擴大，人員高密度聚集，醫(yī)院門診、住院、檢查區(qū)域和后期病友服務(wù)社會化程度越來越高，醫(yī)院的安全管理環(huán)境日益復雜，為了對醫(yī)院進行有效的安全防護和提升服務(wù)管理水平，文章設(shè)計了面向大型醫(yī)院管理的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)，研究了系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，該系統(tǒng)具有智能識別、活動監(jiān)視、人數(shù)統(tǒng)計、位置服務(wù)等功能，實現(xiàn)醫(yī)院安全的實時掌控，達到降低人工成本、提高服務(wù)與管理水平的目的。

【關(guān)鍵詞】醫(yī)院；視頻監(jiān)控；系統(tǒng)研究

【中圖分類號】TP393 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2018）07-0052-03

0 引言

視頻監(jiān)控的智能化表現(xiàn)為計算機視覺算法在視頻分析中的應(yīng)用。智能視頻監(jiān)控區(qū)別于傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)之處在于變被動監(jiān)控為主動監(jiān)控（自動檢測、識別潛在入侵者、可疑目標和突發(fā)事件），具有智能性[1]。智能視頻監(jiān)控技術(shù)具有分析處理場景內(nèi)容的能力，在一定程度上用計算機協(xié)助人甚至是代替人完成監(jiān)視和控制的任務(wù)[2]。

隨著智慧醫(yī)院的發(fā)展需要，視頻監(jiān)控在醫(yī)院內(nèi)的應(yīng)用越來越廣泛，視頻的管理也變得愈加復雜，大型醫(yī)院的個性化需求和具體應(yīng)用環(huán)境對智能監(jiān)控技術(shù)提出了更高的要求?，F(xiàn)有的視頻系統(tǒng)不能完全滿足醫(yī)院的需求，針對大型醫(yī)院不同應(yīng)用場景的需求差異，本文對基于網(wǎng)絡(luò)信息、智能視頻分析、GIS、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的大型醫(yī)院智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)進行研究，以實現(xiàn)系統(tǒng)智能化管理，達到對醫(yī)院的有效安全防護和提升醫(yī)院服務(wù)管理水平的目的。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 架構(gòu)設(shè)計

本文研究的系統(tǒng)設(shè)計為4個層次：設(shè)施設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、視頻監(jiān)控管理層和行業(yè)應(yīng)用層。設(shè)施設(shè)備層的主要設(shè)備包括攝像機、傳感器、網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器、報警器等，負責流媒體數(shù)據(jù)的壓縮、存儲及處理，以及告警信號、行業(yè)數(shù)據(jù)的采集等，采集到的信息通過網(wǎng)絡(luò)傳輸層傳輸?shù)奖O(jiān)控管理中心；網(wǎng)絡(luò)傳輸層負責媒體流、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)等傳送，可以通過運營商傳輸網(wǎng)絡(luò)或行業(yè)專網(wǎng)進行傳輸；視頻監(jiān)控管理層負責信息采集設(shè)備接入、分發(fā)、GIS、智能分析、設(shè)備管理及與通信運營商的管理平臺的接口，同時與應(yīng)用層上業(yè)務(wù)邏輯的無縫融合；應(yīng)用層負責行業(yè)應(yīng)用的后端整合，提供全套解決方案。面向用戶服務(wù)的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計如圖1所示。

1.2 工作流程

智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的視頻信號通過攝像機及其連接器傳輸?shù)娇刂平K端控制中心，并通過優(yōu)化、分析及處理視頻圖像，為進一步調(diào)用提供必要的信息資料，其主要流程包括圖像獲取、數(shù)據(jù)處理、圖像分析、智能分析。如圖2所示，系統(tǒng)首先通過攝像頭獲取醫(yī)院出入口、收費處、門診和急診區(qū)、醫(yī)技檢查區(qū)、各診室候診區(qū)、各病區(qū)、停車場等圖像，然后對圖像進行預處理和數(shù)據(jù)處理，預處理是將圖像數(shù)據(jù)中模糊的圖像處理得更加清晰，數(shù)據(jù)處理是將圖像數(shù)據(jù)進行壓縮并存儲；接下來對圖像中的目標進行檢測、分類、跟蹤等一系列分析，最終將目標的特征提取出來；最后利用智能分析技術(shù)對目標進行識別，提取出關(guān)鍵有用的信息，對目標異常行為進行檢測，若出現(xiàn)異常則對異常行為進行分析、判斷及發(fā)出告警等決策處理。

1.3 功能特點

面向大型醫(yī)院的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)具有智能識別、活動監(jiān)視、人數(shù)統(tǒng)計、位置服務(wù)等功能。

（1）智能識別。智能監(jiān)控系統(tǒng)的識別功能能夠?qū)ξ矬w進行識別，區(qū)分移動物體的類型，如車輛類型、人類、動物等。通過這些基礎(chǔ)識別之后，可以對人群移動速度和方向等整體運動特征來實現(xiàn)對人群的控制，例如，醫(yī)院的人數(shù)統(tǒng)計、病友注意力控制、夜間防御等。

（2）活動監(jiān)視。實現(xiàn)對人員活動的實時監(jiān)視。系統(tǒng)設(shè)定醫(yī)院或停車場的區(qū)域范圍，檢測進入預定區(qū)域的人或車輛，對進入畫面中的人和物體進行識別分類，同時檢測可疑人或物的存在時間。智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)通過對視頻的智能分析，及時報告可疑事件的發(fā)生，并且記錄相關(guān)信息，提供事后查詢。在醫(yī)院，當有可疑人物對醫(yī)務(wù)人員、收費員等發(fā)出威脅時，智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)能迅速分析識別異常并發(fā)出警報，從而協(xié)助安保人員處理危機，以保障醫(yī)務(wù)人員與醫(yī)院財產(chǎn)的安全；或者發(fā)現(xiàn)人員異常行為影響到醫(yī)院安全秩序時，系統(tǒng)能發(fā)出警報，協(xié)助管理人員迅速處理。

（3）人數(shù)統(tǒng)計。統(tǒng)計指定區(qū)域的人數(shù)。智能監(jiān)控系統(tǒng)在通道入口準確統(tǒng)計進出的人數(shù)，例如醫(yī)院或各門急診區(qū)入口，以及醫(yī)技檢查區(qū)或醫(yī)院內(nèi)各病區(qū)入口的人數(shù)，統(tǒng)計在時間段內(nèi)指定區(qū)域的人群數(shù)量，還可以統(tǒng)計人群流動量。通過該功能能夠提供準確的人群流動和人流流向數(shù)據(jù)，為決策管理提供依據(jù)。例如，檢測某候診區(qū)前病友聚集的情況，以幫助醫(yī)院或門診辦決策人員分析門診各科診室情況及時段，以合理分配醫(yī)務(wù)人員進行管理。

（4）位置服務(wù)?；贕IS提供位置服務(wù)，具有地圖縮小及放大功能、屬性查找功能及圖像識別查屬性功能等。系統(tǒng)將電子地圖和視頻監(jiān)控的功能結(jié)合起來，提供視頻監(jiān)控點的準確位置，通過電子地圖可以查看監(jiān)控點的監(jiān)控圖像，例如醫(yī)院某處、各出入口、地下停車場等，同時可以標識地圖上的監(jiān)控點，具有監(jiān)控點詳細信息的查看功能。

2 系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 智能視頻分析

智能視頻監(jiān)控在無需人為干預的情況之下，利用了計算機視覺及視頻分析的方法對攝像機所拍錄的圖像序列進行自動分析，實現(xiàn)了動態(tài)場景中目標的識別、檢測及跟蹤，并且在這基礎(chǔ)上進行行為的分析[3]。在醫(yī)院應(yīng)用中，利用視頻監(jiān)控技術(shù)對各診區(qū)出入口或醫(yī)技檢查入口進行人數(shù)統(tǒng)計，對既定區(qū)域內(nèi)的人或者物體的數(shù)量進行統(tǒng)計，還可以控制注意力，評估各病種科室或各醫(yī)技檢查的檢查治療量，并計算為病友提供服務(wù)所需的時間。

本文系統(tǒng)應(yīng)用的智能視頻分析技術(shù)，采用人工智能中的模式識別進行智能運算和視頻圖像分析，通過將智能算法與數(shù)字信號處理相結(jié)合，對人、車輛及其他物體的行為進行分析和形成核心算法。人工智能識別技術(shù)能夠提高視頻采集數(shù)據(jù)的質(zhì)量。人工智能技術(shù)可以克服人的生理限制，提高監(jiān)控錄像面部識別的準確率。首先對醫(yī)院場景中的背景和目標進行分離，識別真實目標并去除背景干擾，檢測目標的運動特征屬性，然后分析并追蹤在攝像機場景內(nèi)出現(xiàn)的目標行為，并做出相應(yīng)的反應(yīng)。

2.2 大數(shù)據(jù)

由于視頻監(jiān)控的數(shù)據(jù)量很龐大，但是醫(yī)院真正需求的信息只是其中的小部分，針對醫(yī)院的需求服務(wù)，需要通過大數(shù)據(jù)分析與處理，深度挖掘這些數(shù)據(jù)中的有用信息，獲取更有價值的信息。大數(shù)據(jù)處理與分析如圖3所示。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要是通過攝像機采集各種數(shù)據(jù)源形成移動物體數(shù)據(jù)庫、統(tǒng)計數(shù)量數(shù)據(jù)庫、信息庫等，此時的數(shù)據(jù)量巨大而且數(shù)據(jù)類型繁多，價值密度低，需要對相關(guān)的數(shù)據(jù)進行大處理、挖掘與分析，從而提取具有參考價值的信息形成數(shù)據(jù)倉庫以呈現(xiàn)和應(yīng)用。醫(yī)院若發(fā)生了違法犯罪事件，可以利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對可疑人物及其車輛進行追查。此外，通過分析處理，視頻監(jiān)控可以更加智能化，提高醫(yī)院的管理和服務(wù)能力。

本文設(shè)計的系統(tǒng)采用Hadoop分布式云存儲系統(tǒng)保存海量的視頻數(shù)據(jù)，實現(xiàn)高效的大數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)挖掘是面向發(fā)現(xiàn)的數(shù)據(jù)分析技術(shù)，通過對大型的數(shù)據(jù)集進行探查，發(fā)現(xiàn)有用的知識，從而為決策支持提供有力的依據(jù)[4]?？梢圆捎没貧w分析法和Web數(shù)據(jù)挖掘法進行數(shù)據(jù)挖掘與分析。設(shè)計一個回歸分析方法的數(shù)學模型，研究多個隨機變量與另一些變量之間的關(guān)系，形成多重回歸分析的回歸方程，對求得的回歸方程進行檢驗、判斷，最后利用所求得的結(jié)果進行預測和控制。該方法可輔助醫(yī)院的運籌帷幄、輿情追蹤、公眾滿意度調(diào)查和品牌傳播等經(jīng)營活動。視頻監(jiān)控的數(shù)據(jù)資源除了通過實地采集外，還可以從因特網(wǎng)上進行收集信息服務(wù)，采用Web數(shù)據(jù)挖掘法提取視頻信息資源，將內(nèi)容挖掘與交互式多媒體Web技術(shù)結(jié)合，進一步滿足醫(yī)院的需求。

2.3 GIS地圖數(shù)據(jù)處理

GIS的引入使得視頻監(jiān)控系統(tǒng)的功能變得更加豐富，可以實現(xiàn)監(jiān)控圖像的切換、定位和監(jiān)控點標示功能。通過GIS電子地圖可以更直觀、方便地展示醫(yī)院管理過程中需要查看的信息，如醫(yī)院某處、各出入口、地下停車場等位置信息。GIS技術(shù)能夠?qū)⒌貓D、地理分析功能及數(shù)據(jù)庫操作集成，將圖像管理與數(shù)據(jù)管理融合通過表格實現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化。GIS在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用，拓展了系統(tǒng)功能，需要對地圖數(shù)據(jù)進行處理，地圖數(shù)據(jù)處理包括矢量數(shù)據(jù)處理和柵格數(shù)據(jù)處理。

（1）矢量數(shù)據(jù)處理的壓縮包括2個方面：{1}在拓撲關(guān)系不變的前提下，進行合理的采樣點的數(shù)據(jù)細化；{2}為了減少數(shù)據(jù)存儲的空間，可以通過重新編碼矢量坐標數(shù)據(jù)，以垂距法將矢量數(shù)據(jù)進行壓縮。該方法從任意一個端點起，按順序采取曲線上的3個點，計算中間點與其他連接兩點間的垂直距離，并與限差比較結(jié)果，用于進行判斷和處理。

（2）在GIS中是以柵格數(shù)據(jù)的存儲方式存儲遙感信息。為了節(jié)約存儲空間，需要將柵格數(shù)據(jù)壓縮處理?？梢圆捎盟牟鏄渚幋a的方法進行柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)壓縮。

對于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下使用數(shù)據(jù)的安全性、高效率及圖形數(shù)據(jù)大量性的要求，可采用ESRI的ArcSDE進行圖形數(shù)據(jù)的管理。對所有地理數(shù)據(jù)庫類型（矢量、柵格、測量、地形、地理模型、數(shù)據(jù)庫架構(gòu)、元數(shù)據(jù)等）進行綜合的地理信息管理。

3 結(jié)語

本文從面向大型醫(yī)院的視頻監(jiān)控系統(tǒng)進行研究，對整個系統(tǒng)架構(gòu)和工作流程進行了設(shè)計，介紹了適合大型醫(yī)院應(yīng)用的功能特點，并對系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)進行了研究，使基于各項技術(shù)的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)能更好地滿足大型醫(yī)院的需求。今后，隨著高清化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、多樣化應(yīng)用的智能視頻監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展，為了使智能監(jiān)控系統(tǒng)更好地滿足各個行業(yè)客戶的需求、適應(yīng)環(huán)境變化、擴大服務(wù)范圍等，需要不斷進行研究與開發(fā)，對系統(tǒng)更新?lián)Q代，以適應(yīng)更多的應(yīng)用環(huán)境。

參 考 文 獻

[1]謝玨琪.智能視頻監(jiān)控的幾種類型[J].中國公共安全，2014（Z2）：150-153.

[2]黃斯茜，李光.智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)運動目標檢測技術(shù)研究綜述[J].信息通信，2012（4）：57-58.

[3]張海青.智能視頻監(jiān)控中的運動目標檢測與跟蹤[D].合肥：中國科學技術(shù)大學，2007（5）：6-7.

[4]劉慧新.Web數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)與應(yīng)用分析[J].科技博覽，2012（4）：297.

[責任編輯：鐘聲賢]