華為技術(shù)有限公司 潘 偉

在江南一些城市，市中心常常分布著兼具景觀和旅游價值的湖泊水體，湖畔岸邊很容易有游人或本地居民支桿垂釣，此類情況經(jīng)固定攝像頭或群眾舉報，容易實現(xiàn)快速現(xiàn)場執(zhí)法或者無人機喊話驅(qū)離；但難點在于，深夜凌晨在遠離岸邊難以被巡視人員發(fā)現(xiàn)的位置，容易發(fā)生不法人員駕駛船只的偷捕魚現(xiàn)象。利用小汽艇或者皮劃艇、以及潛水衣裝置，不法人員放在車輛后備箱或車廂，容易攜帶快速移動，夜晚在湖邊可用很短時間穿戴布置，快速下水到達遠離岸邊的位置，然后撒網(wǎng)打撈，給湖里的環(huán)境生態(tài)帶來嚴重破壞。由于水體龐大，下水位置分布廣數(shù)量多，基本防不勝防，出動船只動靜大，時效性無法保障，可疑船只容易嚇跑，無人機手工巡航無法保障效率，能否發(fā)現(xiàn)船只純靠運氣?；谌斯そ?jīng)驗進行簡單治理，已經(jīng)無法滿足城市治理智能化的要求。

基于智慧城市數(shù)字底座，并融入本地生態(tài)，華為不僅可以利用AI為無人機賦能，還能調(diào)用和編排無人機的機隊管理和路線規(guī)劃能力，實現(xiàn)例行和任務(wù)性的夜晚偷捕魚巡查，靈活機動，打通流程，提升現(xiàn)場處置的執(zhí)行效率。

1 AI實現(xiàn)對遠紅外物體和人體的深度學習

首先，無人機在空中拍攝湖邊下方活動的船只和人體，尤其是在夜視環(huán)境下，使用硬件堆疊、星光、黑光技術(shù)可以改善視頻、圖像采集和識別中的遮擋、運動模糊、光線反射、背景噪音等，這固然會降低算法識別的難度，但也并非萬能，會產(chǎn)生拖影、紅外成像關(guān)聯(lián)、安全性等系列問題。

通過AI深度學習技術(shù)的加持，可以實現(xiàn)在夜晚湖面、凸起的地貌、月光、遠方建筑物燈光等混雜背景下，對船只和人體的準確識別。AI算法將紅外圖像灰度化的同時，對視頻中的捕魚背景進行序列建模，區(qū)分出船只在畫面中的前景區(qū)域，通過自適應(yīng)混合高斯模型算法，比較前景和背景模型的方差，從而捕獲出區(qū)別，實現(xiàn)前后景分割。經(jīng)過多次圖像形態(tài)學變化，前景噪音被過濾，留下可能為船只和捕魚人的候選目標，再經(jīng)過卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的處理，幫助將熱成像的船只、人影輪廓非線性回歸與可見光影像的圖像庫相匹配，通過損失函數(shù)進行訓練，最小化誤差，從而構(gòu)建出相對準確的船只和人影圖像。

圖1 夜晚偷捕魚AI識別樣例

針對遠紅外識別這種任務(wù)模式，華為IOC數(shù)據(jù)底座可提供一種全優(yōu)的技術(shù)路徑。IOC的大數(shù)據(jù)和AI中臺能力，通過使用大量紅外熱成像訓練的ResNeXt深度模型，可以構(gòu)建超過100層的深度學習網(wǎng)絡(luò)，從而得到更強的表征能力，大大提升識別效果。這樣，經(jīng)過混合高斯前景分割，經(jīng)過后處理，在進行深度學習二次驗證識別，最終識別出是否為船只或者捕魚人。

2 IOC融合全優(yōu)的技術(shù)路徑

IOC致力于服務(wù)城市治理的全生命周期，優(yōu)化從事件發(fā)生到處置的閉環(huán)過程，中間可以編排、聯(lián)動，最小化人工干涉和運維成本，提升運營能力，關(guān)鍵技術(shù)包括：

視頻數(shù)據(jù)采集：視頻云支持H.264、H.265視頻編碼格式，接收、存儲從互聯(lián)網(wǎng)傳輸過來的無人機拍攝的實時視頻流，并通過API接口向AI中臺開放視頻的抓取和調(diào)閱服務(wù)。

5G網(wǎng)絡(luò)：賦予無人機5G低延遲大帶寬數(shù)據(jù)傳輸能力，可支持4K的超高清影像傳輸和實時消費，實現(xiàn)偷捕魚行為一經(jīng)無人機視野將立即報警。

AI算法調(diào)度：AI中臺調(diào)用無人機傳回的視頻流信息，結(jié)合視頻時間點以及飛行數(shù)據(jù)信息，可以計算發(fā)現(xiàn)偷魚船只的經(jīng)緯度坐標，并進一步計算船只的類型、數(shù)量，分布在一艘或多艘船只上的人員數(shù)量，發(fā)送不同級別的報警信息給工單預處理和分撥系統(tǒng)。

應(yīng)用集成和消息集成：由API網(wǎng)關(guān)扮演業(yè)務(wù)中臺的角色，接收AI中臺推送過來的偷捕魚識別數(shù)據(jù)，并組裝其他業(yè)務(wù)邏輯，如無人機的實時位置、航程、電量信息，通過消息中間件服務(wù)，將數(shù)據(jù)排成消息隊列，發(fā)送到需要進行實時消費的可視化界面或其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)。

大數(shù)據(jù)分析處理：負責偷捕魚識別的深度學習，并根據(jù)不同業(yè)務(wù)用途，通過數(shù)據(jù)治理將偷捕魚數(shù)據(jù)包裝成不同的專題，定義數(shù)據(jù)維度結(jié)構(gòu)，支撐針對不同用戶投放個性化的專題內(nèi)容。

調(diào)度無人機機隊管理能力：華為合作伙伴的機庫和管理軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)無人機全自動調(diào)度、自動駕駛，機庫可自動放飛、回收和充電，支持飛行報文實時回傳給IOC，并實現(xiàn)調(diào)度能力開放。

這樣，在城市的偷捕魚治理新模式將轉(zhuǎn)變?yōu)椋篒OC控制無人機庫按重點區(qū)域、時間、任務(wù)等因素制定無人機隊的飛行路線和任務(wù)規(guī)劃，無人機自動放飛實現(xiàn)例行巡航，當發(fā)現(xiàn)偷捕魚現(xiàn)象后，AI算法自動識別船只的位置數(shù)量、人員數(shù)量以及行為，甚至可以先于工單利用機載的聲光裝置驅(qū)離違法人員，生成工單的周期被縮短到幾分鐘，在附近的執(zhí)法船只到達現(xiàn)場之前，違法人員的行為已經(jīng)得到制止。地方執(zhí)法局領(lǐng)導可使用移動APP，查看實時和歷史偷捕魚識別視頻、工單處置、作業(yè)歷史統(tǒng)計情況；無人機的飛行任務(wù)、飛行軌跡、以及產(chǎn)生工單的明細記錄，執(zhí)法隊員不再深夜時分對著無人機控制臺手動操作，而是有的放矢，精準出動執(zhí)法。新模式體現(xiàn)了技術(shù)的人文關(guān)懷，使執(zhí)法人員不再千日防賊，后知后覺。

3 能力集成支撐專管和群管結(jié)合的執(zhí)法體系

當前，國家三令五申強調(diào)保護長江流域漁業(yè)和生態(tài)資源，近日一些省份的農(nóng)業(yè)、人社和財政部門聯(lián)合發(fā)文，明確支持建立協(xié)助巡護隊伍。協(xié)助巡護隊伍不具備執(zhí)法資格，但在執(zhí)法人員帶領(lǐng)下，可以協(xié)助對非法捕撈案件現(xiàn)場進行證據(jù)收集和臨時處置；要求各地要制定科學合理的裝備配備計劃規(guī)劃，根據(jù)執(zhí)法需求提供必要的船艇、車輛以及取證、通訊和安全防護等設(shè)施裝備。

華為IOC能夠在算法演進、應(yīng)用協(xié)同、場景聯(lián)動、運營能力提升等方面，支撐建立城市或區(qū)域的新非法捕撈監(jiān)管體系：

算法演進：群訪群管，勢必會擴大偷捕魚監(jiān)管的地域范圍和識別模式，對于河道人工拉網(wǎng)捕魚、下水捕魚、岸線垂釣等動作場景，IOC可支持算法進一步細分、演化，可調(diào)動無人機、分布在水體岸線的固定攝像頭、無人船出勤，持續(xù)積累素材，訓練算法準確性。

應(yīng)用協(xié)同：加強IOC與應(yīng)用系統(tǒng)的橫向協(xié)同，如協(xié)管員用手機抓拍違法捕撈現(xiàn)象，可使用網(wǎng)格通或者12345服務(wù)熱線上傳截圖或視頻并生成工單，工單系統(tǒng)調(diào)用AI算法識別確認事件的真實性，用來取代效率較低的人工判別。另外，IOC可驅(qū)動無人機機載裝置實現(xiàn)服務(wù)化，做到能力外放，如發(fā)現(xiàn)偷捕魚現(xiàn)象后，通過可編程的方式控制無人機自動懸停、調(diào)近焦距，對準船只方向，進行更精細的行為識別。

場景聯(lián)動：視頻云管理著分布在河湖岸線的高空攝像頭、道路卡口攝像頭，可對高空攝像頭綁定偷捕魚識別算法，調(diào)度云臺轉(zhuǎn)動和調(diào)焦，發(fā)現(xiàn)可疑船只出沒后呼喚無人機自動在事發(fā)地點上空逡巡核實；可研選多發(fā)區(qū)域的偷捕魚路線，加強業(yè)務(wù)編排能力，在事前預防階段，實現(xiàn)車輛類型識別、車牌識別和人臉識別和偷捕魚算法的聯(lián)動，當高發(fā)區(qū)域周邊路段發(fā)現(xiàn)在凌晨時分，有前科的車輛或者人員出沒，可提前觸發(fā)預警。

運營能力提升：大數(shù)據(jù)平臺形成常態(tài)化的數(shù)據(jù)分析服務(wù)，對無人機任務(wù)、工單、執(zhí)法組織、協(xié)管組織、道路交通、攝像頭、偷捕魚事件等主題數(shù)據(jù)做深度分析，為工單和現(xiàn)場執(zhí)法系統(tǒng)提供深加工的數(shù)據(jù)服務(wù)，優(yōu)化任務(wù)出勤路線、周邊資源、處置方案和跨部門協(xié)同，提升工單轉(zhuǎn)化和現(xiàn)場處置效率，并形成可適合在不同屏幕上投放的偷捕魚治理月度、季度統(tǒng)計報告，執(zhí)法協(xié)管隊伍的KPI分析報告等，實現(xiàn)集約化運營。

這樣，圍繞核心的AI識別能力，IOC采用技術(shù)手段，能夠配合政府管理手段的流程再造，對內(nèi)能夠疏通、重建政府原有的工作流程，把線下的工作轉(zhuǎn)移到線上，外部能夠?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用融合，適應(yīng)各種環(huán)境的變化而無需人工介入，真正實現(xiàn)智能化、自動化的城市治理新模式。