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浅谈安防监控系统的智能化发展
       的迅猛发展是有目共睹的,无论是在国内还是在国外,人们近年来似乎突然发现安防监控系统已经几乎无所不在。如此现状,究其原因,既有国际反恐和对各类安全防范系统的需求不断增加的因素,也有安防监控技术本身不断发展并可较好地满足种类安防需求的因素。
  就安防监控系统的发展现状来说,“数字化、网络化、高清化、智能化”的概念已被广泛地接受,并且越来越多地在具体应用项目中得以体现。这“四化”显然也是安防监控系统未来若干年的发展方向,而且在具体实施过程中,还会涉及到多系统“集成化”,而“集成化”既有片上系统集成(SoC)的含义,又有视频监控与区域或周界报警及出入口控制等多个子系统集成的含义,以至于有人将当今的数字视频监控现状归结为“集大成时代”。这里,“集成化”显然不仅仅是多个系统的简单堆叠或整合,而是要考虑各子系统间的接口、相互之间的“智能化”关联和兼容以及统一的监控管理平台问题。
  事实上,仅就上述“四化”来说,仍需在若干技术细节方面下功夫。“数字化”的内容尚且好理解;“网络化”还有若干问题需要探讨,比如,NVR是否真的是DVR的“终结者”?基于中间件的网络视频监控系统对于无线网络特别是移动网络(3G或其他)还有哪些瓶颈需要解决?还有,“高清化”高到什么程度?“智能化”智能到什么程度?而基于“四化”的安防监控系统是否能够真正地满足“探测、反应、延迟”这一传统的警务要求?或者,以定制方式满足某个具体安防应用系统的实际需求?
  本文拟结合安防监控系统的发展现状,谈谈智能安防监控系统需要考虑的若干问题。
  国际标准辅助智能监控的应用
  从国际方面来说,由于2001年美国纽约 “9·11事件”、2004年西班牙马德里“3·11事件”和2005年英国伦敦“7·7事件”等国际恐怖事件的接连发生,世界各国都强力地加大了在反恐以及其他安全防范系统的投入。然而即便如此,在刚刚过去的2010年和刚刚到来的2011年,俄罗斯莫斯科市仍然相继发生了“3·29”地铁爆炸案和“1·24”机场爆炸案,令生活在城市的人们不能不为之担心。无疑,反恐安防的力度需要进一步加强,这就意味着人力、物力、财力的进一步投入,而安全防范技术的智能化程度在其中显然起着重要的作用。虽然很多厂商(包括国际知名大牌厂商)都在安防监控系统的智能化方面做了一定的努力,也推出了相应的产品,甚至有了不少应用案例,但如何能够在复杂环境中有效地探测出可疑物体、如何能够在密集的人群中有效地识别可疑目标并进行跟踪,仍然是智能安防监控系统需要研究的课题。
  在安全防范系统的国际标准化方面,国际电工委员会(IEC)专门成立了报警与电子安全系统技术委员会(IEC/TC79),并且于近年来加快了对于国际安全防范技术标准的制定工作。我国与IEC/TC79的对口业务组织——全国安全防范报警系统标准化技术委员会(SAC/TC100)则以公安部第一研究所为主全面参加了IEC/TC79的相关活动,并成为其中的《报警系统-应用于安防监控的CCTV系统-第3部分:模拟与数字视频接口》(IEC 62676-3)技术标准的组长单位,将与德、美、英、俄、日、芬等多国共同制定该标准,并将在标准中充分考虑数字化、网络化、高清化、智能化的相关技术及其测试要求。
  值得一提的是,在本标准的制定过程中,ONVIF和PSIA等两大国际联盟组织都将与IEC/TC79密切合作,这对于本标准系列在数字接口及网络传输方面相关条款的制定无疑起到积极促进的作用。另外值得一提的是,2010年7月在北京举办的《第五届全球数字监控论坛》(GDSF 2010)上,国际知名的智能视频监控(IVS)领域的厂商Object Video还特别提到了其产品技术协议已提供给PSIA联盟组织,并作为PSIA规范中有关IVS内容的主要起草人,拟通过PSIA实现全球运用,而不再独立应用。据悉,该组织目前已与包括国内厂商在内的多家知名安防厂商建立了合作伙伴关系,而智能视频监控技术显然也进入了实质应用阶段。
  国内政策推动监控的智能化发展
  从国内方面来说,从2005年起,在“城市报警与监控系统试点工程”(3111工程)取得初步成果的基础上,全国平安城市工程建设开始全面展开。与此同时,由SAC/TC100负责组织的针对平安城市建设的《城市监控报警联网系统》(系列标准)也从2006年12月开始陆续发布,使得我国平安城市工程建设有章可循。平安城市建设显然更关注安防监控系统的有效性、可靠性、实用性,而建设过程中则是充分考虑了数字化、网络化、高清化、智能化的相关技术要求。
  特别是,在提出构建社会主义和谐社会的目标后,《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》还将“突发公共事件防范与快速处置”等列为了公共安全领域中的优先主题,国家科技部也于2006年10月首次将“社会治安动态预警、综合防控技术体系研究与示范”列入了“十一五”国家科技支撑计划项目,并按照“统一目标、分类实施、交叉促进、突出优势”的原则,将该项目从3个层面分7个子课题进行研究,旨在重点解决我国社会公共安全领域的关键技术、共性技术和公益技术问题,提高我国公安机关刑事执法和行政执法能力。其中,“课题6:社会治安动态防范系统中视频图像的智能分析处理技术研究”和“课题7:社会治安动态防范系统中生物特征识别应用技术研究”均具体体现了安防监控系统中的“智能化”技术。目前,这些课题的研究均已达到了预期目标,并已在技术推广中。[nextpage]
  2008年9月,公安部还根据《全国公安机关2003-2008年科技强警工作规划》确定的重要任务首次评出了11个部级重点实验室,其中建于中国人民公安大学的“安全防范技术与风险评估实验室”在安防监控技术领域积累了大量的理论与实践经验,近年来正通过广泛的技术合作对安防监控系统中以“智能化”为主的若干重点技术进行更深入的研究。
  可以说,在构建和谐社会、维护社会治安的大环境形势与需求下,在国家和各级地方政府的支持下,我国安防监控系统的发展达到了空前的程度,无论是设备厂商还是工程商,都在安防监控系统的“数字化、网络化、高清化、智能化”方面做出了实质的努力:老系统大多进行了技术改造及设备的升级换代;而新系统则尽可能采用了当今安防技术领域的主流技术。值得一提的是,在笔者参加的前述GDSF 2010北京论坛B会场上,全天进行主题演讲的9个国内外知名厂商中,百分之百的演讲主题都紧扣了“数字化、网络化、高清化、智能化”的概念,其中仅在演讲题目中出现“智能”、“智慧”或“智”字样的就有5个,突显了“智能化”在现代安防监控系统中的作用。
  智能化不等于智能视频
  随便浏览安防技术相关的网站或期刊,充满了与“网络”、“高清”、“智能”相关的产品广告或技术文章;在2010年11月的北京安博会上,具有“网络”、“高清”、“智能”的产品更是比比皆是。然而,很多产品技术仍有进一步升级改进的空间,而这其中也不乏挪用概念、夸大其辞的产品。
  首先,安防监控系统的智能化不仅仅是智能视频监控,而应是大至整个集成系统的智能化侦测与报警关联,以实用、高效、稳定、可靠,能够为公安警务人员或相关人员及时有效地处警提供重要帮助为最终目的。
  不可否认,智能视频监控(IVS)是安防监控系统智能化中最重要的一个环节。然而,对于动辄数以百计甚至数以十万计的监控视频图像,人眼的监视作用微乎其微,显然需要基于智能视频分析(IVA)技术的IVS的帮助了。那么可想而知,IVS对于各种非法事件侦测的漏、误报率成为了影响该技术能否付之实用的关键因素。
  事实上,在实验室环境模拟的IVS对于各种事件的侦测确实都可能取得一定的效果。对于有些简单运动目标侦测项目,甚至仅仅从网上下载个简单的开源代码稍做修改并编译,就可能实现对简单背景下单一运动目标的侦测与跟踪,而这从普通本科生对于相关课题的毕业设计的成果就可以得到验证。然而多数IVS系统在实际应用中却会受到环境变数的影响,漏报、误报率比在模拟环境下明显增加,以至难以实用。
  举个简单的例子:若干年前某国家级重点涉外活动场所的周界监控系统曾明确要求摒弃误报率较高的红外对射方案,并初步拟采用某知名国际大牌公司的智能视频监控产品。虽然该产品在国外也有过应用案例,并且在模拟环境下也取得了一定的效果,但将该产品在实际应用环境下进行安装测试时,却发现无论如何设置,其低误报率的代价换来了高的漏报率,或者说,系统变得不那么灵敏了。调试结果显示,该系统要么是为减少误报而带来高的漏报率,要么是为减少漏报而带来高的误报率,并且,在近一个月的多次实测中,经厂商的多次现场调试也无法解决上述矛盾。最终用户放弃了该方案。
  就目前的智能视频监控技术来说,几乎百分之百的高清摄像机或其他的IVS设备或后台管理软件都支持视频运动侦测(VMD)功能,中高档产品则更是直接在SoC芯片级即实现了诸如目标检测与统计、目标物体识别、目标跟踪、区域入侵检测、行为分析、人脸识别……等IVS功能。因此,目前市场上的IVS产品的功能大同小异,而在IVA算法上则不尽相同,它们的差异主要体现在其IVS适应自然应用环境的性能上。比如:在拥挤复杂的人流环境中实现多对多的人脸识别、人数统计,在频繁遮挡的环境中实现对运动目标的连续跟踪、对遗留物品的有效侦测,系统自适应风、雨、光、影等自然气象条件以及自动判别飞鸟、落叶、宠物等的能力。值得一提的是,在2010年11月的北京安博会上,只有个别厂商能肯定地以适应复杂环境和复杂气象条件来宣传自己的IVS产品。
  对于非IVS为主的安防监控系统来说,比如以振动传感器、振动电缆/光缆、张力围栏等探测技术为主的周界防范系统,也需要智能分析技术,但不同厂商的技术也不尽相同。简单的智能分析技术只是探测风雨对于振动传感器电缆的影响程度,并据此自适应地降低沿着全周界系统的灵敏度,但这种技术虽然可有效地减少因风雨扰动围栏而引起的误报警,但却因系统灵敏度的降低而导致了对于此时发生的非法入侵事件的漏报。高档的智能分析系统则采用独立的气象分析单元,它能够独立地检测出真实的气象情况,并与周界围栏传感器电缆传来的报警参数进行分析比较,可以在不增加误报率的前提下给出真实的入侵报警信息,并有效地防止风雨气象条件下的漏报警。[nextpage]
  还有一类基于视频监控但非传统IVS意义上的智能监控系统,即基于虚拟现实技术的智能监控系统。它结合了地理信息系统(GIS)以及3D虚拟显示技术,不仅仅实现基于GIS的设防布控及目标跟踪,还可以将监视目标的视频实时嵌入到虚拟的3D场景中,从而增加处警人员对于目标现场的全方位临场感。
  结语
  安防监控系统的智能化是一个很大的课题,其实现甚至依托于监控系统的数字化、网络化、高清化,而结果是通过近乎人类的分析判断能力对整个安防监控系统的任何非正常事件做出智能化的分析判断,并提供系统间的智能化关联,为人们的最终决策提供有效帮助。

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