【關(guān)鍵詞】故宮博物院；安全技術(shù)防范；視頻智能分析；應(yīng)用探討

故宮博物院建立于1925年，是在明、清朝兩代皇宮及其收藏的基礎(chǔ)上建立起來(lái)的大型綜合性博物館，其文物收藏主要來(lái)源于清代宮中舊藏，院內(nèi)共有藏品186 萬(wàn)件（套），其中珍貴文物占比高達(dá)90%。故宮是世界上現(xiàn)存規(guī)模最大、保存最完整的古代宮殿建筑群，是全國(guó)重點(diǎn)文物保護(hù)單位、世界文化遺產(chǎn)地、國(guó)家5A級(jí)旅游景區(qū)，每年承擔(dān)著繁重的觀眾參觀任務(wù)，安全工作壓力巨大。與此同時(shí)，故宮還是我國(guó)對(duì)外交流的重要名片，國(guó)際交流頻繁，經(jīng)常承擔(dān)國(guó)家重大外事任務(wù)。無(wú)論從地理位置，還是特殊身份來(lái)看，保障故宮安全都是重中之重。因此，要始終落實(shí)、落細(xì)常態(tài)化安全防范措施，科學(xué)精準(zhǔn)有效構(gòu)建安全防范屏障，切實(shí)做好故宮博物院的安全防范工作。

2013年故宮博物院開(kāi)展了“平安故宮”工程項(xiàng)目，使故宮在防火、防盜、防恐、防突發(fā)事件等安全防范方面取得較大的進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)了故宮線下人防、物防、技防相結(jié)合的安全防范系統(tǒng)。為持續(xù)提升故宮安防能力，建設(shè)更加科學(xué)、牢靠的安防管理體系，開(kāi)展好故宮安防常態(tài)化工作，結(jié)合故宮博物院“十四五”發(fā)展規(guī)劃，2021 年底故宮博物院正式啟動(dòng)了“故宮安全防范項(xiàng)目”。根據(jù)故宮博物院安防系統(tǒng)現(xiàn)狀以及存在的各種急需解決技術(shù)問(wèn)題，逐步在故宮安防管理工作的制度化、精細(xì)化和數(shù)字化等方面做好堅(jiān)實(shí)的系統(tǒng)建設(shè)，最終形成完善的安防管理體系。其中對(duì)視頻監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)展能力提升工作增強(qiáng)視頻智能分析能力，對(duì)故宮文物保護(hù)、安全隱患排查起到了至關(guān)重要的作用。不僅可以降低人力成本，減少人為干擾因素，還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)安全隱患的提前感知預(yù)判，輔助工作人員提高管理效率，進(jìn)一步提升故宮安防防控管理水平。

一、應(yīng)用視頻智能分析技術(shù)的意義

視頻智能分析技術(shù)在博物館安防行業(yè)的應(yīng)用意義非常重要，在傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用中，視頻監(jiān)控錄像都是由監(jiān)控室值機(jī)人員進(jìn)行24小時(shí)值守查看和人工分析判斷，進(jìn)而起到安全防護(hù)的作用，但是現(xiàn)在傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)已逐漸不適應(yīng)新形勢(shì)下安全防護(hù)要求。由于視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要依賴(lài)人工24小時(shí)值守查看，對(duì)于故宮而言有3000多路監(jiān)控畫(huà)面、65塊顯示屏，值機(jī)人員對(duì)所有的監(jiān)控場(chǎng)景情況并不能及時(shí)掌控并加以判斷，往往視頻監(jiān)控只能發(fā)揮事后追溯還原事件的作用，無(wú)法實(shí)現(xiàn)事前預(yù)警，浪費(fèi)了海量的視頻資源。另外，即便是事后追溯，對(duì)于調(diào)取監(jiān)控的效率也是極低的。如應(yīng)用視頻智能分析技術(shù)，這些問(wèn)題就可以得到解決。

視頻智能分析是一種計(jì)算機(jī)圖像視覺(jué)技術(shù)，利用人工智能、圖像處理、機(jī)器學(xué)習(xí)、人臉識(shí)別等先進(jìn)技術(shù)，對(duì)大規(guī)模的視頻圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、挖掘和推斷的分析算法。它能夠從數(shù)據(jù)中提取出有價(jià)值的信息，幫助使用者做出精準(zhǔn)的判斷、明智的決策。視頻智能分析技術(shù)通過(guò)學(xué)習(xí)和訓(xùn)練算法，使安防系統(tǒng)具備自主決策和響應(yīng)的能力，系統(tǒng)可以根據(jù)預(yù)先設(shè)定的規(guī)則和模型，自動(dòng)識(shí)別異常情況并采取相應(yīng)的措施，例如自動(dòng)預(yù)警、報(bào)警、啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案等，使安全響應(yīng)更加迅速有效。視頻智能分析技術(shù)能夠處理大規(guī)模的視頻數(shù)據(jù)，并通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘和分析，總結(jié)事件規(guī)律及發(fā)展趨勢(shì)。這樣可以通過(guò)對(duì)歷史數(shù)據(jù)和行為模式的分析，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和預(yù)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)“異常情況”預(yù)防潛在的安全事件發(fā)生。由此看來(lái)，視頻智能分析在安防領(lǐng)域中可以發(fā)揮巨大的作用。

二、視頻智能分析的應(yīng)用分類(lèi)

（一）實(shí)時(shí)報(bào)警

傳統(tǒng)的監(jiān)控?cái)z像機(jī)只能記錄當(dāng)前場(chǎng)景信息，如果有事件發(fā)生，除非監(jiān)控室值機(jī)人員能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)，否則很難在第一時(shí)間獲取當(dāng)前場(chǎng)景情況。應(yīng)用視頻智能分析技術(shù)可以對(duì)監(jiān)控場(chǎng)景進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，如果分析目標(biāo)場(chǎng)景的情況滿足預(yù)設(shè)的報(bào)警條件時(shí)，就可以向值機(jī)人員發(fā)出報(bào)警信號(hào)得到及時(shí)地處置。所以加入視頻智能分析技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)報(bào)警，減少人員對(duì)風(fēng)險(xiǎn)判斷的主觀性、提高報(bào)警準(zhǔn)確性和處置效率。

（二）數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

視頻智能分析的應(yīng)用可以進(jìn)行科學(xué)的人流監(jiān)測(cè)，然后運(yùn)用數(shù)據(jù)做成報(bào)表，提高了工作的效率，也可以為人流疏導(dǎo)和防踩踏事件向管理人員提供實(shí)時(shí)、直觀、準(zhǔn)確的觀眾人數(shù)數(shù)據(jù)，還可以向游客提供合理的參觀路線和游覽決策等數(shù)據(jù)。

（三）屬性識(shí)別

視頻智能分析技術(shù)的屬性識(shí)別是對(duì)監(jiān)控畫(huà)面中的目標(biāo)根據(jù)不同的屬性進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，通過(guò)對(duì)實(shí)時(shí)及歷史監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析，獲取如性別、年齡段、衣著顏色、衣著款式、攜帶物、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等多維屬性特征，并建立活動(dòng)目標(biāo)模型，快速解析與定位目標(biāo)人員。也可對(duì)物體狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別，如識(shí)別吸煙、火焰等。

（四）圖像處理

圖像處理類(lèi)智能分析技術(shù)是把監(jiān)控畫(huà)面通過(guò)技術(shù)處理以后，把不清楚模糊的畫(huà)面運(yùn)用科學(xué)的計(jì)算方法來(lái)對(duì)其進(jìn)行處理，調(diào)高畫(huà)面清晰度，實(shí)現(xiàn)清晰的監(jiān)控視頻畫(huà)面。以便對(duì)監(jiān)控場(chǎng)景進(jìn)行更好地分析與判斷[1]。

三、視頻智能分析在故宮安全技術(shù)防范中應(yīng)用的探討

（一）視頻智能分析在故宮消防中的應(yīng)用探討

故宮博物院作為世界上現(xiàn)存規(guī)模最大、保存最完整的古代木質(zhì)宮殿建筑群，一旦發(fā)生火災(zāi)將會(huì)造成無(wú)法彌補(bǔ)的損失。室內(nèi)低矮建筑防火通常可以利用感煙火災(zāi)探測(cè)器、空氣采樣火災(zāi)探測(cè)器等多種方式進(jìn)行探測(cè)，但故宮總占地面積為72萬(wàn)平方米，存在諸多室內(nèi)高大空間及室外空曠空間，如在這些地方發(fā)生火情，不能第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)處置，也會(huì)對(duì)木質(zhì)古建筑造成巨大威脅。

2013年起故宮正式實(shí)行全面“禁煙”，火源的消除，降低了火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，但極個(gè)別游客的不文明吸煙行為，仍對(duì)古建筑安全產(chǎn)生隱患。通過(guò)應(yīng)用視頻智能分析技術(shù)，利用現(xiàn)有的監(jiān)控?cái)z像機(jī)對(duì)故宮室外空曠空間、高大古建筑內(nèi)部進(jìn)行監(jiān)控，能夠在沒(méi)有火災(zāi)探測(cè)器的室外空曠空間或是高大古建筑內(nèi)部火災(zāi)探測(cè)器周?chē)鷾囟群蜔熿F濃度都還沒(méi)有到達(dá)報(bào)警閾值時(shí)，通過(guò)檢測(cè)監(jiān)控畫(huà)面中煙霧和火焰的亮度、顏色信息、紋理、邊界粗糙度、圓形度、面積以及火焰的運(yùn)動(dòng)特性等特征參數(shù)[2]，結(jié)合預(yù)先學(xué)習(xí)的大量火災(zāi)初期煙霧、火焰的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行比較辨識(shí)，一旦特征數(shù)據(jù)吻合，就能夠觸發(fā)報(bào)警信號(hào)并顯示現(xiàn)場(chǎng)最直觀的視頻圖像，在極早期發(fā)現(xiàn)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。這一技術(shù)對(duì)于常見(jiàn)可燃物的煙霧、火焰的識(shí)別準(zhǔn)確率和報(bào)警靈敏度均可達(dá)到較高水平。也可以通過(guò)加裝熱成像攝像機(jī)或紅外攝像機(jī)，將視頻圖像轉(zhuǎn)化為溫度信息。結(jié)合視頻智能分析算法，檢測(cè)出溫度異常的區(qū)域，發(fā)現(xiàn)潛在的隱患。

（二）視頻智能分析在故宮安防中的應(yīng)用探討

1.故宮正在打造“四層防護(hù)圈”的安防理念，“四層防護(hù)圈”分別指城墻、紅墻、院墻+卡口、殿宇墻，通過(guò)對(duì)邊界及卡口的嚴(yán)密防護(hù)，做到“進(jìn)出有感知，異常即報(bào)警”，形成完整有效的防護(hù)圈。視頻智能分析技術(shù)在這“四層防護(hù)圈”的建設(shè)中，均可以發(fā)揮其重要的作用。例如：在故宮的四個(gè)城門(mén)洞設(shè)置具備人臉識(shí)別功能的監(jiān)控?cái)z像機(jī)，通過(guò)視頻智能分析算法和人臉識(shí)別技術(shù)，對(duì)視頻監(jiān)控圖像或攝像機(jī)捕獲的靜態(tài)圖像進(jìn)行分析，并將人臉與已知數(shù)據(jù)庫(kù)中的人臉進(jìn)行比對(duì)?？梢詫?shí)現(xiàn)觀眾從步入故宮參觀到參觀結(jié)束的閉合管理。系統(tǒng)自動(dòng)比對(duì)入院和出院信息，輔助每天故宮的封門(mén)檢查工作，減少觀眾滯留帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)隱患；通過(guò)在城墻上設(shè)置的監(jiān)控?cái)z像機(jī)，利用視頻智能分析技術(shù)，在所監(jiān)控的畫(huà)面上設(shè)置虛擬絆線（與城墻的物理邊界一致），并制定人員穿越虛擬絆線的規(guī)則。當(dāng)有人員企圖翻越城墻時(shí)，系統(tǒng)即向值機(jī)人員發(fā)出報(bào)警信息，可以結(jié)合城墻上現(xiàn)有的微波纜式報(bào)警器復(fù)合使用，提高監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確度；通過(guò)在重要的通道卡口設(shè)置清晰度高、夜視效果好的監(jiān)控?cái)z像機(jī)，利用視頻智能分析技術(shù)，對(duì)人臉、人體、人員路徑進(jìn)行智能分析與判斷，進(jìn)行實(shí)時(shí)抓拍，在抓拍庫(kù)中選擇多張人臉圖像確定其采集的時(shí)間和地點(diǎn)作為軌跡的暫存圖片，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)暫存架中的多張人臉圖像，自動(dòng)在系統(tǒng)地圖上按時(shí)間順序形成目標(biāo)人員軌跡，提高工作人員尋找目標(biāo)人員的效率。還可以通過(guò)智能分析，掌握目標(biāo)人員在博物館中的動(dòng)態(tài)，從而了解目標(biāo)人群在博物館中關(guān)注點(diǎn)等相關(guān)信息，也可為展覽策劃提供輔助決策。通過(guò)視頻智能分析技術(shù)可以對(duì)文物展廳、文創(chuàng)商店等室內(nèi)人員密集場(chǎng)所進(jìn)行出入口的流量智能統(tǒng)計(jì)，計(jì)算當(dāng)前展廳、商店的觀眾入場(chǎng)數(shù)量，在大屏幕或公眾號(hào)上實(shí)時(shí)通過(guò)客流量熱力圖直觀地反映出來(lái)，并顯示擁擠程度百分比，如果數(shù)值超過(guò)預(yù)設(shè)值，就發(fā)出預(yù)警。如此，能夠?yàn)榘踩芾聿块T(mén)提供實(shí)時(shí)、直觀、準(zhǔn)確的觀眾人數(shù)數(shù)據(jù)，方便及時(shí)展開(kāi)人流疏導(dǎo)、預(yù)防踩踏；也可為觀眾提供合理的參觀路線，為世界文化遺產(chǎn)保護(hù)提供數(shù)據(jù)支撐。

2.故宮博物院共有藏品1863404件/套，包含可移動(dòng)文物和不可移動(dòng)文物。故宮院內(nèi)就存在如鐵缸銅缸、盆景、奇石等這些都是不可移動(dòng)的文物，它們的安全也同等重要。除了利用護(hù)欄、警戒線等傳統(tǒng)物理方式隔離出相對(duì)安全的空間保障文物安全，在應(yīng)用視頻智能分析技術(shù)后，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要分別設(shè)置區(qū)域入侵偵測(cè)，當(dāng)警戒區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)情況，值機(jī)人員可第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)并協(xié)同現(xiàn)場(chǎng)工作人員進(jìn)行處置。也可以對(duì)指定區(qū)域或物品進(jìn)行狀態(tài)檢測(cè)，針對(duì)系統(tǒng)所劃定的區(qū)域內(nèi)的物品狀態(tài)變化（與初始狀態(tài)相比突然消失或突然出現(xiàn)）進(jìn)行檢測(cè)、對(duì)比和分析，可以判斷例如院落內(nèi)不可移動(dòng)文物是否遺失、廣場(chǎng)上是否存在可疑物等，自動(dòng)向值機(jī)人員發(fā)出報(bào)警信息并采取處理措施，有效地控制潛在危險(xiǎn)。

3.故宮博物院地處首都政治核心區(qū)域，安全等級(jí)高，安全工作壓力巨大。所謂故宮無(wú)小事，事事連政治。如何進(jìn)一步提升防恐、防爆、防突發(fā)事件的應(yīng)急響應(yīng)，已成為故宮博物院新的重要挑戰(zhàn)。利用視頻智能分析技術(shù)可以在監(jiān)控圖像實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)區(qū)域內(nèi)人員拉橫幅、張貼橫幅或者面板的行為進(jìn)行預(yù)警，對(duì)故宮院內(nèi)開(kāi)放區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè)，判斷是否有未經(jīng)批準(zhǔn)擅自拉起橫幅的情況。如果檢測(cè)到有亂拉橫幅現(xiàn)象，則標(biāo)記位置，發(fā)送亂拉橫幅預(yù)警，并在電子地圖上顯示報(bào)警位置，通知工作人員及時(shí)處理。

四、進(jìn)行視頻智能分析的監(jiān)控?cái)z像機(jī)安裝要求

合理選擇攝像機(jī)及其安裝位置與角度，可以在條件允許的情況下盡量降低監(jiān)控場(chǎng)景的復(fù)雜度，凸顯有效的信息。對(duì)于不同的應(yīng)用場(chǎng)景，攝像機(jī)的選用和安裝是不同的：人臉識(shí)別攝像機(jī)宜采用高精度快速識(shí)別設(shè)備，能夠靈活應(yīng)對(duì)不同環(huán)境下的變化，能夠適應(yīng)光線暗弱的環(huán)境、傾斜角度變化等條件下的人臉特征識(shí)別。具有抗干擾能力，在人群擁擠的環(huán)境下，能夠正確識(shí)別目標(biāo)人臉，不被周?chē)蓴_因素所影響。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接，將識(shí)別結(jié)果實(shí)時(shí)傳輸至服務(wù)器上進(jìn)行分析記錄；監(jiān)控?cái)z像機(jī)安裝前需對(duì)在保護(hù)對(duì)象本體上安裝的位置及安裝條件進(jìn)行勘察、規(guī)劃和評(píng)估，保證設(shè)備安裝對(duì)保護(hù)對(duì)象本體的最小干預(yù)和可恢復(fù)性，設(shè)置在不易受外界損傷的場(chǎng)所，注意隱蔽性，外涂顏色與環(huán)境協(xié)調(diào)，充分利用原有支架，不在古建上重新打孔、開(kāi)槽；室內(nèi)攝像機(jī)安裝高度2.5m～5.0m為宜，室外安裝高度3.5m～10m為宜，室外攝像機(jī)加裝能適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的多功能防護(hù)罩，一般安裝在大殿屋檐下角部位置，位置高、視野好、覆蓋面廣。如需逆光安裝時(shí)，需選用具有逆光補(bǔ)償功能的攝像機(jī)；開(kāi)展視頻智能分析的攝像機(jī)，最低光照強(qiáng)度需達(dá)到1Lux（彩色）、0.1Lux（黑白）。

結(jié)語(yǔ)

視頻智能分析技術(shù)在博物館消防、安防領(lǐng)域有著巨大的發(fā)展前景。隨著大數(shù)據(jù)和計(jì)算能力的不斷發(fā)展，視頻智能分析技術(shù)的應(yīng)用將能夠?qū)崿F(xiàn)更精確和實(shí)時(shí)地預(yù)測(cè)。這將為博物館的管理者提供更準(zhǔn)確的警報(bào)和預(yù)警信息，以便更好地應(yīng)對(duì)安全風(fēng)險(xiǎn)。視頻智能分析技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)自主決策和協(xié)同決策，通過(guò)分析和理解大量數(shù)據(jù)，可以根據(jù)預(yù)定的策略和規(guī)則，自動(dòng)采取措施應(yīng)對(duì)安全事件，提高響應(yīng)的速度和精確性。深度學(xué)習(xí)和遷移學(xué)習(xí)等新興技術(shù)具有更強(qiáng)大的分析能力和泛化能力。這將使得視頻智能分析技術(shù)更加適應(yīng)不同場(chǎng)景和數(shù)據(jù)類(lèi)型的需求，從而提高系統(tǒng)的效率和準(zhǔn)確性?？偟膩?lái)說(shuō)，視頻智能分析技術(shù)在博物館領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊，能夠提供更智能、高效和準(zhǔn)確的安全解決方案。

應(yīng)用視頻智能分析技術(shù)能夠切實(shí)提升故宮博物院安全技術(shù)防范系統(tǒng)科學(xué)化、智能化能力，在保障院落格局、保護(hù)故宮古建筑本體的前提下，筑牢文物安全底線，進(jìn)一步提升故宮安防整體防控管理水平，實(shí)現(xiàn)“設(shè)施最完善、技術(shù)最先進(jìn)、管理最嚴(yán)格”的故宮安防體系，確保故宮安全。