部隊“小遠(yuǎn)散”營區(qū)異常聲音監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與研究

賈子源 周煜皓 張冬昌 明鑫

摘? ?要：營區(qū)作為部隊工作的重要場所，其安全穩(wěn)定關(guān)系到部隊的整體發(fā)展，尤其針對“小遠(yuǎn)散”營區(qū)而言，保障安全就是保障戰(zhàn)斗力。而當(dāng)前針對“小遠(yuǎn)散”營區(qū)的一些監(jiān)控手段，不能做到全時全域監(jiān)控，存在著安全盲區(qū)和隱患。近來年隨著聲音識別技術(shù)的不斷發(fā)展完善，針對異常聲音進(jìn)行監(jiān)測預(yù)警已成為一種新的安防監(jiān)控手段。本文以建設(shè)用于“小遠(yuǎn)散”營區(qū)的異常聲音監(jiān)控系統(tǒng)為目的，分析研究了監(jiān)控系統(tǒng)的架構(gòu)方案以及功能實現(xiàn)的技術(shù)路線。

關(guān)鍵詞：小遠(yuǎn)散? 營區(qū)? 監(jiān)控系統(tǒng)? 聲音識別

1? 背景介紹

部隊“小遠(yuǎn)散”營區(qū)因其單獨駐防，遠(yuǎn)離機(jī)關(guān)，周邊敵社情較為復(fù)雜等原因，經(jīng)常成為部隊安全管理中的薄弱環(huán)節(jié)。目前針對“小遠(yuǎn)散”營區(qū)的安全管理工作，普遍采用網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)，可有效對營區(qū)周邊情況進(jìn)行實時監(jiān)控，但仍存在著一些不容忽視的問題，如視頻監(jiān)控存在死角，易受環(huán)境光線影響;占用硬件資源較多，后期升級成本高;無人值守時無法對突發(fā)情況進(jìn)行實時預(yù)警等。因此采用異常聲音監(jiān)控系統(tǒng)，作為視頻監(jiān)控的補充，可對突發(fā)事件第一時間進(jìn)行發(fā)現(xiàn)預(yù)警，增強營區(qū)安全防范能力，對部隊安全發(fā)展具有重大現(xiàn)實意義。

2? 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)需求分析

部隊“小遠(yuǎn)散”營區(qū)與常規(guī)營區(qū)相比，顧名思義，有著其獨特的三個特點：（1）“小”，是指營區(qū)面積小，人員編制少，干部崗位少，建制不完整，結(jié)構(gòu)相對簡單。（2）“遠(yuǎn)”，是指遠(yuǎn)離總部機(jī)關(guān)，駐地多數(shù)較為偏遠(yuǎn)，交通不夠便利，上級指導(dǎo)與檢查不能實現(xiàn)經(jīng)常化。（3）“散”，是指駐地分散，營區(qū)分散，作業(yè)分散，無法實現(xiàn)集中管控，組織力量相對薄弱[1]。

針對“小遠(yuǎn)散”營區(qū)以上特點，結(jié)合當(dāng)前形勢下存在的突出安全風(fēng)險，大致可將營區(qū)面臨的安全保障風(fēng)險分為以下幾類：（1）槍彈風(fēng)險：作為軍事營區(qū)，面臨敵對勢力的槍擊炮擊風(fēng)險尤為突出，因此系統(tǒng)需要能夠監(jiān)控各類槍聲，炮聲，爆炸聲。（2）車輛風(fēng)險：對于大部分臨近道路旁的營區(qū)，一方面需要防范社會車輛失控撞入營區(qū)，另一方面需要防范非法駕車沖撞營區(qū)，因此系統(tǒng)需要能夠監(jiān)控汽車鳴笛聲，剎車聲，以及撞擊聲。（3）敵社情風(fēng)險：暴力恐怖勢力、民族分裂勢力、宗教極端勢力等不法分子，經(jīng)常會利用國家重大節(jié)日等時機(jī)煽動群眾對政府單位、軍事單位進(jìn)行騷擾破壞，因此系統(tǒng)需要能夠監(jiān)控人群的尖叫聲，人群的吶喊聲以及鐵器敲擊聲等異常聲音。

2.2 系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)

針對“小遠(yuǎn)散”營區(qū)特點及當(dāng)前面臨的安全保障風(fēng)險，該文設(shè)計的異常聲音監(jiān)控系統(tǒng)，在實現(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，同時兼容無線和有線網(wǎng)絡(luò)，以適應(yīng)未來無線傳感器的使用拓展。在客戶端計算機(jī)處，實現(xiàn)對聲音信號的處理分析和異常識別。系統(tǒng)平臺能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)測告警、音源定位以及數(shù)據(jù)記錄等功能。

2.3 系統(tǒng)組成

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)，異常聲音監(jiān)控主要組成部分如圖1所示。

由圖1可知，本系統(tǒng)主要有三層架構(gòu)，即用于采集聲音信息的傳感器層，用于傳輸數(shù)據(jù)的通信網(wǎng)絡(luò)層以及用于處理信息和監(jiān)控預(yù)警的應(yīng)用層。

傳感器層的主要功能是進(jìn)行聲音信號的采集，采集到的音頻信號將通過無線網(wǎng)絡(luò)及有線網(wǎng)絡(luò)的方式經(jīng)由通信層傳輸?shù)綉?yīng)用層。在傳感器的設(shè)置上，對于營門口等情況復(fù)雜的重點區(qū)域，采用設(shè)置雙定向拾音器交叉覆蓋，實現(xiàn)對重點方向的聲音監(jiān)測，這樣有利于減少噪聲和其他方向無關(guān)聲音的影響。在營區(qū)四周圍墻及視頻監(jiān)控覆蓋死角，可設(shè)置多個全向拾音器，形成對營區(qū)四周的全范圍無死角覆蓋。

通信層是系統(tǒng)中聲音信號傳輸?shù)暮诵模山粨Q機(jī)和路由器組成，匯集傳感器層上傳的音頻數(shù)據(jù)并穩(wěn)定傳輸?shù)綉?yīng)用層。

應(yīng)用層包含監(jiān)控計算機(jī)與存儲服務(wù)器，監(jiān)控計算機(jī)負(fù)責(zé)對采集到的音頻信號進(jìn)行預(yù)處理，特征提取，分類識別等一系列操作，并實現(xiàn)實時告警的功能。存儲服務(wù)器負(fù)責(zé)對音頻及視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，并上傳至上層客戶端。

3? 系統(tǒng)特點分析

（1）在異常聲音信號采集過程中，可按時間順序分為兩個階段。第一階段為異常聲音模板構(gòu)建階段，在該階段中，通過廣泛收集到的聲音樣本以及通過錄音筆采集到的日常營區(qū)場景聲音樣本，經(jīng)過機(jī)器訓(xùn)練出異常聲音模板，供后期對監(jiān)測到的音頻信號進(jìn)行對比識別分類。第二階段為日常應(yīng)用階段，通過監(jiān)控系統(tǒng)日常使用時持續(xù)采集到的聲音樣本，不斷對模板進(jìn)行訓(xùn)練，以此來實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)整體的完善和更新。

（2）參照現(xiàn)階段聲音識別領(lǐng)域的研究成果，在聲音模板構(gòu)建階段，系統(tǒng)采用MFCC_E作為異常聲音的特征參數(shù)進(jìn)行提取。因為異常聲音往往伴隨著高能量、瞬時性等特點，采用MFCC_E參數(shù)，有著識別率高，復(fù)雜度低，占用系統(tǒng)資源較少等優(yōu)點[2]，能夠顯著提升監(jiān)控系統(tǒng)的可用性和可靠性。

（3）異常聲音監(jiān)控系統(tǒng)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)相結(jié)合。當(dāng)監(jiān)測到有異常聲音時，系統(tǒng)在發(fā)出告警的同時，監(jiān)控系統(tǒng)將會自動定位拾音器位置，并將視頻監(jiān)控畫面切換到距離最近的視頻監(jiān)控點，方便值班人員第一時間發(fā)現(xiàn)并觀察情況，了解告警原因。如出現(xiàn)非法闖入、沖擊營門等情況，值班人員可使用事先安裝好的聲光報警器和喊話裝置，對非法人員進(jìn)行驅(qū)離并向上級反映啟動應(yīng)急處突程序。

（4）系統(tǒng)能夠自動記錄日常運行狀態(tài)。如上下層設(shè)備間連接狀態(tài)信息、告警信息、處理告警記錄等必要信息，方便后期系統(tǒng)在運行維護(hù)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計時有足夠的資料進(jìn)行查閱和參考[3]。

4? 結(jié)語

部隊的安全管理是一項經(jīng)常性、基礎(chǔ)性的工作，尤其是對于“小遠(yuǎn)散”單位而言，安全工作可謂是重中之重，在現(xiàn)如今科技手段日益發(fā)達(dá)的時代，不僅僅要用好制度管理和作風(fēng)養(yǎng)成兩樣傳統(tǒng)法寶，更加靈活科學(xué)地運用技術(shù)手段防范安全風(fēng)險，化解安全隱患，也同樣是十分值得思考和研究的課題。本文以設(shè)計研究部隊“小遠(yuǎn)散”營區(qū)的異常聲音監(jiān)控系統(tǒng)為目標(biāo)，分析研究了系統(tǒng)總體架構(gòu)方案和部分系統(tǒng)功能實現(xiàn)的技術(shù)路線，提供了一套完善的異常聲音監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)思路，對來自部隊營區(qū)外部的安全風(fēng)險可起到良好的防范預(yù)警作用，對增強部隊安全穩(wěn)定工作具有現(xiàn)實的推動作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙志剛，張勇.小遠(yuǎn)散單位的特點及管理“十要”[J].國防，1988（4）：12-13.

[2] 呂霄云，王宏霞.基于MFCC和短時能量混合的異常聲音識別算法[J].計算機(jī)應(yīng)用，2010，30（3）：796-798.

[3] 賀大為，張正華，于衛(wèi).配電網(wǎng)低壓智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與分析[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2017，14（35）：3-4.