摘要：在當前的社會中，很多行業(yè)都需要應用安防系統(tǒng)。在安防系統(tǒng)中，可以運用邊緣計算作為技術支持，基于該技術的高可用性、實時處理性以及高智能性特征來進行針對性設計，滿足各行業(yè)在系統(tǒng)智能應用和在隱私與安全保護方面的需求。在過去，安防系統(tǒng)的設計需要依賴于物聯(lián)網(wǎng)技術，該系統(tǒng)雖然可以滿足基本需求，但出現(xiàn)了網(wǎng)絡延時度高、寬帶消耗量大、中心數(shù)據(jù)能耗高以及數(shù)據(jù)隱私性差等問題。為了解決這些問題，就要利用邊緣計算來對系統(tǒng)進行優(yōu)化設計，將物聯(lián)網(wǎng)在協(xié)同感知方面的優(yōu)勢充分發(fā)揮出來?；诖?，本文運用文獻分析法、歸納總結法，從邊緣計算的概述出發(fā)，探究了該技術在安防領域的實踐應用，希望為該領域的工作人員提供參考與借鑒。

關鍵詞：邊緣計算；安防領域；實踐應用

在智慧城市建設發(fā)展的過程中，需要構建起完善的安防系統(tǒng)，并運用現(xiàn)代化技術手段來提高系統(tǒng)的智能化水平，為市民的生活提供便利，同時也為城市的和諧發(fā)展提供保障。傳統(tǒng)視頻安防系統(tǒng)主要是通過有線的方式來實現(xiàn)監(jiān)控部署的，整體部署成本處于比較高的狀態(tài)，部署效率則比較低，在組網(wǎng)方式方面較為困難，難以滿足系統(tǒng)時延指標要求[1]。在5G時代帶來之后，邊緣計算在安防領域廣泛應用，出現(xiàn)了“5G+移動邊緣計算”的新型安防方案，在其中參照了傳統(tǒng)視頻安防的通用型解決方案，并添加了邊緣計算節(jié)點，在監(jiān)控應用以及視頻業(yè)務流等方面實現(xiàn)了智能化發(fā)展，同時實現(xiàn)了視頻終端采集裝置的交互與應用，展現(xiàn)出了較好的性能。

一、邊緣計算的概述

（一）邊緣計算的概念

邊緣計算這一概念首次出現(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)領域，屬于近年來興起的新興技術。邊緣計算具有分布式和開放式的特點，是一種特殊的IT架構，支持分散處理，同時可以與移動計算技術和物聯(lián)網(wǎng)技術進行融合。在邊緣計算中，數(shù)據(jù)會在網(wǎng)絡邊緣由采集設備本身或者本地的計算機設備進行處理，而不是經(jīng)過漫長的路由之后傳送至數(shù)據(jù)中心或者云中心處理[2]。從物聯(lián)網(wǎng)的角度來說，邊緣指的是靠近數(shù)據(jù)源的基礎設備，主要包含計算基礎設備和存儲技術設備這兩種類型。

雖然邊緣計算近幾年才開始受到人們的關注，但它并不是一個新的概念，而是一個在技術發(fā)展過程中經(jīng)過歸納與總結之后得到的概念。邊緣計算的特點是數(shù)據(jù)計算會通過計算中心或者通過云端遷移至網(wǎng)絡邊緣。在發(fā)揮作用的過程中，邊緣計算通常會與無線傳感器網(wǎng)絡通信技術、移動數(shù)據(jù)采集技術、深度學習技術以及人工智能技術等多樣化的技術相互融合。當前，邊緣計算已經(jīng)成為一種重要的技術范式，也被稱為網(wǎng)格計算、點對點計算以及自主計算。

在安防領域，信息的搜集主要依賴于視頻監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用的是制式模擬視頻圖像信號，這些信號會經(jīng)過模擬線纜傳輸?shù)胶蠖?，然后實現(xiàn)圖像的數(shù)字化壓縮。但在邊緣計算應用的情況下，可以直接將視頻圖像壓縮至攝像機端進行計算。其中的邊緣設備包括了具有智能計算功能的網(wǎng)絡攝像機、網(wǎng)絡視頻錄像機以及本地智能一體化設備。比如浙江宇視科技有限公司研發(fā)的一款名為“函谷”的智能攝像機就基于邊緣計算實現(xiàn)了深度智能計算，能夠實現(xiàn)40×40 像素的人臉檢測，同時具有人臉優(yōu)選功能[3]。

（二）邊緣計算的優(yōu)勢

與物聯(lián)網(wǎng)領域的其他技術相比，邊緣計算可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)流的快速處理，達到無延遲的效果。在當前的社會領域中，很多系統(tǒng)都會響應速度有嚴格的要求，可以利用邊緣計算的及時性和即時性來滿足需要。比如在自動駕駛系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)以及公安實戰(zhàn)系統(tǒng)中，邊緣計算都發(fā)揮了不可替代的作用，它可以在數(shù)據(jù)的產(chǎn)生源端或者在這附近對其進行計算和處理，然后將處理之后的結果傳送到數(shù)據(jù)中心，這實現(xiàn)了數(shù)據(jù)通信寬帶的節(jié)省。同時，邊緣計算還可以使網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)量得到減少，進而促進傳輸成本的消減，實現(xiàn)了云計算中心和數(shù)據(jù)中心計算效率的提高。基于這種方式，還可以避免將這些敏感的源數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡、云端或者數(shù)據(jù)中心，降低了病毒入侵和信息泄露等問題發(fā)生的概率，使系統(tǒng)時刻處于安全的運行狀態(tài)。當前，視頻監(jiān)控領域已經(jīng)廣泛應用了邊緣計算，實現(xiàn)了由傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)到視頻圖像信息應用系統(tǒng)的轉變。

二、邊緣計算在安防領域的發(fā)展與應用

（一）早期視頻編碼及視頻加密技術的應用

在安防領域的視頻監(jiān)控由模擬時代到數(shù)字化時代發(fā)展的過程中，面臨的最大問題就是要對龐大的視頻數(shù)據(jù)量進行處理。尤其是對于那些分辨率比較高的視頻來說，在不對其進行壓縮的情況下需要較大的數(shù)據(jù)寬帶，當時的技術手段難以達到這一要求，即使能夠實現(xiàn)視頻的傳輸，效率也是比較低的。為了解決這一問題，就要在視頻數(shù)據(jù)的源頭進行處理，通過壓縮使其更好地被傳輸。而這種視頻壓縮技術在本質上就是邊緣計算技術。

在社會不斷發(fā)展的背景下，安防領域人們對監(jiān)控視頻清晰度的要求越來越高，這推動了視頻壓縮技術這種簡單邊緣計算技術的發(fā)展和進步。在這個過程中，系統(tǒng)算法也由MJPEG轉變?yōu)榱薙VAC，大大提高了視頻的壓縮率。部分行業(yè)要求在對視頻進行壓縮的時候要對其進行加密，避免在傳輸?shù)倪^程中出現(xiàn)信息泄露。因此，很多數(shù)字監(jiān)控設備衍生出了視頻加密的功能，這也是邊緣計算的重要體現(xiàn)。從整體上來看，早期安防領域的邊緣計算的兩個主要特點是緩解流量壓力，同時表現(xiàn)出了更高的安全性能。

（二）中期各行業(yè)專用分析算法

在安防領域不斷發(fā)展的過程中，很多用戶的需求也在不斷發(fā)生改變，他們對系統(tǒng)的需求不再只是簡單的視頻預覽、視頻存儲以及視頻回放，相關安防產(chǎn)品也不再是簡單的通用監(jiān)控產(chǎn)品，而是成了適用于不同領域的專業(yè)化設備[4]。其中最為常見的就是在交通行業(yè)中廣泛應用的電警設備和卡口設備，這些設備可以直接對車牌號進行識別，同時還可以對道路交通中的闖紅燈、不系安全帶等行為進行監(jiān)測。這些設備在對視頻數(shù)據(jù)進行處理的時候對實時性的要求是比較高的。同時，數(shù)據(jù)中心也只是對那些違法的行為或者違規(guī)的車牌號進行記錄，因此在設備完成信息采集之后需要在第一時間對其進行處理，做到實時抓拍的效果，在這之后將抓拍的照片和車輛信息上傳到云端平臺，這是安防領域一種比較典型的邊緣計算應用。

（三）當前基于深度學習的人臉識別等人工智能算法

從20世紀50年代開始，我國開始進入人工智能時代，在這之后出現(xiàn)了人工神經(jīng)網(wǎng)絡，這使人工智能進入了新的發(fā)展階段。近年來，在深度學習技術的支持下出現(xiàn)了人臉識別系統(tǒng)，這使人工神經(jīng)網(wǎng)絡得到了優(yōu)化，同時也使機器輔助成為可能，使人工智能領域的應用范圍得到了進一步的拓寬。但相關算法在系統(tǒng)性能消耗方面是比較高的，如果只是通過CPU進行計算的話，難以將其推廣到邊緣端。因此，在當時，人工智能算法主要被應用于云端。隨著技術的發(fā)展和進步，各個芯片廠商開始加大對芯片的研制，并推出了專門適用于人工智能算法的芯片，這使人工智能技術在邊緣端得到了有效的應用。

三、邊緣計算在小區(qū)安防的實踐應用

（一）系統(tǒng)架構

1.系統(tǒng)架構的構建

在云計算平臺的支持下，小區(qū)安防系統(tǒng)展現(xiàn)出了強大的信息存儲功能和靈活的數(shù)據(jù)處理功能。但系統(tǒng)運行的時候，監(jiān)控前端的設備要先將所有的數(shù)據(jù)進行匯總然后傳輸?shù)皆品掌髦?，?jīng)過服務器的反饋處理之后才能開展后續(xù)的工作。圖1展示了云計算平臺支持下典型的小區(qū)安防系統(tǒng)架構圖。在這樣的情況下，數(shù)據(jù)處理的任務集中在云平臺，導致中心服務器的處理負擔比較重，這些數(shù)據(jù)在回饋到應用終端的時候會存在延遲。同時在對信息進行存儲和管理的時候經(jīng)常會出現(xiàn)大量的冗余數(shù)據(jù)，這會增加存儲節(jié)點的能耗。同時，隨著監(jiān)控前端階段的增加，系統(tǒng)需要處理的數(shù)據(jù)量也大幅度增長，這對云服務器來說是一個較大的挑戰(zhàn)。為了應對這一問題，就要在小區(qū)安防系統(tǒng)云平臺架構的基礎上應用邊緣計算。在這個過程中，要先構建邊緣計算平臺，形成完善的系統(tǒng)架構。

小區(qū)安防系統(tǒng)以云計算平臺作為中心，融合了云數(shù)據(jù)庫和應用終端。在應用的過程中會形成多個邊緣區(qū)域，而每個區(qū)域則包含了邊緣服務器、邊緣設備以及邊緣網(wǎng)關設備這三部分。在運行的時候，邊緣服務器可以對附近的設備和數(shù)據(jù)進行處理，而不是將其全部上報至云平臺進行集中處理。

2.系統(tǒng)構成及其功能

邊緣設備包括小區(qū)內部各單元樓、各路口等位置的監(jiān)控攝像頭，同時包括智能門禁終端和傳感器等。這些設備會通過各種協(xié)議接入平臺，同時基于無線的形式將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)礁鬟吘壒?jié)點。

邊緣服務器的功能是對邊緣設備進行控制，同時對簡單的數(shù)據(jù)進行處理。而對于那些復雜數(shù)據(jù)來說，需要基于通信接口被上傳到云計算中心來進行處理。通過這種方式，終端可以以與傳統(tǒng)架構相同類型的形式與云平臺進行通信，同時實現(xiàn)與云平臺的計算互補。

邊緣網(wǎng)關設備的主要功能是實現(xiàn)邊緣設備的接入，同時為設備之間的互聯(lián)互通創(chuàng)造了條件?；谶@些網(wǎng)關設備，可以在系統(tǒng)中動態(tài)化地添加邊緣設備。比如小區(qū)的業(yè)主可以在系統(tǒng)中連接家庭監(jiān)控設備。網(wǎng)管設備可以對這些新設備的信息進行添加和記錄，同時可以為其配置報警策略，并對設備運行狀況進行監(jiān)控等。為了實現(xiàn)這一功能，需要提前設置業(yè)務邏輯，這樣才能對那些達到故障狀態(tài)的設備進行預警和報警，在這個基礎上還可以進行智能化故障診斷和智能化服務執(zhí)行，并為其提供預防性維護方案。

云計算中心的功能則主要是對邊緣服務器所上傳的危險行為進行識別和分析，同時還會對其進行上報。相關工作人員可以在系統(tǒng)中對這些上報的信息來進行針對性處理。如果在審核中發(fā)現(xiàn)其中存在類似入侵或者火災等行為的話，需要在云計算中心對相關模型進行分析，并通過定期訓練和定期更新的方式將新模型反推至邊緣服務器。在這之后，遇到相似情況后該服務器就不必再將數(shù)據(jù)上傳至云計算中心而是可以直接與相關部門聯(lián)系，在第一時間將險情進行處理，展現(xiàn)出了智能化的特點。

（二）云端監(jiān)控管理平臺設計

基于邊緣計算，小區(qū)安防系統(tǒng)需要構建起云端監(jiān)控管理平臺，將該平臺作為用戶管理系統(tǒng)的“駕駛艙”，其中應該包含算法服務、消息管理、車輛管理、訪客管理、組織管理、環(huán)境區(qū)域管理以及設備管理等模塊。在平臺可以從多個角度為用戶提供預警大數(shù)據(jù)，同時可以對數(shù)據(jù)進行分析，更好地落實安防措施。在對該管理平臺進行設計的時候，需要將MySQL作為后臺數(shù)據(jù)庫，在前臺則使用WEB設計網(wǎng)頁。用戶在執(zhí)行各項操作的時候只需要在網(wǎng)站接口基于WEB來完成。JavaBean組件可以完成數(shù)據(jù)和邏輯的處理，而MySQL則可以用于數(shù)據(jù)的存儲。

四、結束語

綜上所述，安防領域最大的特點是要進行視頻監(jiān)控，同時要對海量的視頻數(shù)據(jù)進行處理。在這個過程中，選擇合適的數(shù)據(jù)傳輸方式和存儲方式是十分重要的。將邊緣計算應用到小區(qū)安防系統(tǒng)，可以將邊緣計算作為云端數(shù)據(jù)的采集單元并基于此對數(shù)據(jù)進行預處理，同時進行云端應用的大數(shù)據(jù)分析。對于云計算來說，可以將大數(shù)據(jù)所分析和優(yōu)化之后的信息反饋到終端，然后通過邊緣計算進行優(yōu)化處理，這有效解決了小區(qū)安防領域存在的數(shù)據(jù)集中存儲、資源大量占用以及傳輸延遲等問題。

作者單位：黃志昌 南寧學院

參" 考" 文" 獻

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