大規(guī)模視頻智能化應用體系建設的實踐與思考

莊唯 胡雷地 李響 奚雪峰

1.江蘇省蘇州市公安局2.蘇州科技大學

引言

隨著新型智慧城市的發(fā)展，公安部門通過信息技術為民生、公共安全、城市服務在內(nèi)的各種需求做出智能響應，為人民群眾創(chuàng)造穩(wěn)定和諧的社會環(huán)境成為城市發(fā)展的重要需求[1]。但是基于普通高清視頻監(jiān)控布局的傳統(tǒng)城市安防體系漸漸落后于時代，無法滿足一線實戰(zhàn)需求，亟待提檔升級[2]。近年來，隨著人工智能應用日趨成熟，特別是邊緣計算、深度學習、計算機視覺等技術的突破，加之運算硬件成本持續(xù)降低，網(wǎng)絡性能大幅提升，大規(guī)模跨地域視頻智能化應用具備了必要的技術基礎，迎來了新的發(fā)展契機。因此，蘇州市公安局推動“城市盾牌”建設，即在蘇州全市域范圍內(nèi)，綜合運用多種前沿科技，通過科學布建多道感知技術防線，搭建一體化智能防控平臺，形成合成化作戰(zhàn)機制，鍛造全國領先的公共安全城市防控體系。

一、現(xiàn)狀與需求

大數(shù)據(jù)背景下的城市安全防控體系建設是一項復雜的大型系統(tǒng)工程，高度集成了物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等眾多新一代信息技術，與傳統(tǒng)城市安防體系相比，數(shù)據(jù)體量更大、形態(tài)更多、速度更快、范圍更廣、應用形式更加多樣[3]。因此，大數(shù)據(jù)背景下的城市安全防控體系也將面臨更多的問題和挑戰(zhàn)。以蘇州公安為例，傳統(tǒng)城市安防體系存在如下工作痛點：（1）建設缺乏統(tǒng)籌。由于缺少頂層設計和標準支撐，城市安防體系涉及到的大量設備、數(shù)據(jù)、應用接入缺乏規(guī)范性指導，給后續(xù)的管理和應用埋下隱患；（2）數(shù)據(jù)多頭管理。由于缺乏數(shù)據(jù)中臺理念，使得數(shù)據(jù)存儲分散，共享應用困難，信息孤島林立；（3）條塊各自為戰(zhàn)。由于大規(guī)模的前端建設缺乏統(tǒng)籌推進，使得各地各自為戰(zhàn)，跨區(qū)域、跨業(yè)務、跨系統(tǒng)協(xié)同困難；（4）運維協(xié)同難度高。由于缺少運維標準，特別是體系化運維思路的缺失，使得運維工作疲于奔命，顧此失彼，難以達到高可靠性的要求。

為了解決上述問題，就必須用體系化、標準化的思維來重構整個體系，這個體系需要著重滿足如下幾個方面的需求：（1）要實現(xiàn)全市各類智能化感知設備的全接入，并對所有設備進行必要的全生命周期管理；（2）要實現(xiàn)感知數(shù)據(jù)的全面接入、匯聚和管理，并形成專業(yè)的數(shù)據(jù)中臺，全方位支撐，全體系應用；（3）要形成一個穩(wěn)定、高效、共享的應用生態(tài)，可以方便快捷的搭建各類應用，支撐保障實戰(zhàn)體系長效運作；（4）要建設有效的運維機制，對整個體系進行高效的運維。

二、體系架構

為了破解以上難題，蘇州公安借鑒操作系統(tǒng)的概念，采用標準化、體系化的方法，將“城市盾牌”體系架構抽象歸納為四大核心系統(tǒng)（一機一檔管理系統(tǒng)、云接入系統(tǒng)、實戰(zhàn)管理系統(tǒng)、運維管理系統(tǒng)）和六大工作體系（前端管理體系、數(shù)據(jù)管理體系、應用建設體系、實戰(zhàn)管理體系、安全管理體系、運維管理體系），具體如圖1所示。

在頂層架構設計上，“城市盾牌”基于操作系統(tǒng)架構，構建了一套包含設備管理接口、數(shù)據(jù)總線協(xié)議、標準組件API、系統(tǒng)安全管理等操作系統(tǒng)結構的新一代安防體系，體系架構如圖2所示。

（一）設備管理接口：一機一檔管理系統(tǒng)

“一機一檔”是全量感知前端設備信息建檔的管理工具，為全系統(tǒng)提供統(tǒng)一的前端設備增、刪、改、用管理服務。“一機一檔”提供感知前端全息信息檔案，使用唯一的國標ID作為前端索引，基于智能泛在感知網(wǎng)實IP地址為前端接入及聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)變化提供注冊服務，為后臺應用系統(tǒng)提供規(guī)范統(tǒng)一的前端識別信息、狀態(tài)信息以及位置檢索服務，并為運維系統(tǒng)提供前端設備管理接口。

（二）數(shù)據(jù)總線協(xié)議：接入云平臺

接入云平臺是在“城市盾牌”整體架構的基礎上，提供全網(wǎng)感知資源的統(tǒng)一接入、匯聚、分發(fā)的軟件系統(tǒng)，是為全網(wǎng)提供一個前端對接各類感知設備，后端對接各種智能應用的全數(shù)據(jù)接入云服務。該系統(tǒng)提供各類前端感知設備接入和后端數(shù)據(jù)應用的接口規(guī)范，同時提供各類感知數(shù)據(jù)匯聚、質(zhì)量管理以及形成感知資源庫，提供數(shù)據(jù)的標準化處理以及應用數(shù)據(jù)分發(fā)服務。通過接入云平臺，簡化了感知設備聯(lián)網(wǎng)過程，保證設備可以點對點對接的方式，快速部署、快速對接、快速應用，確保數(shù)據(jù)實時在感知設備、實戰(zhàn)應用之間的靈活集成，降低跨網(wǎng)、跨層級的數(shù)據(jù)調(diào)用難度，支撐全網(wǎng)多維數(shù)據(jù)的融合應用。

（三）標準組件API：實戰(zhàn)應用生態(tài)

依托“城市盾牌”數(shù)據(jù)總線協(xié)議，圍繞數(shù)據(jù)接入、數(shù)據(jù)治理、數(shù)據(jù)建模和數(shù)據(jù)實戰(zhàn)構建覆蓋“城市盾牌”全流程的標準組件API，目標是建立一種開放式、高兼容性應用建設環(huán)境，來快速支撐各類實戰(zhàn)應用開發(fā)工作。標準組件API降低了第三方廠商進入“城市盾牌”應用生態(tài)的門檻，縮短了新應用開發(fā)周期，降低了開發(fā)成本，使實戰(zhàn)需求得以快速得到多方響應，同時更有利于“城市盾牌”全流程運維管理。

（四）系統(tǒng)安全管理：運維與安全管理平臺

立足“城市盾牌”前端智能感知設備，以“全設備覆蓋、全問題檢測、全流程控制、全生命周期”為著眼點，采用人工智能領域中的計算機視覺識別技術，構建起市、縣（區(qū)）兩級運維與安全工作機制。通過可視化的運維與安全機制，直觀、快速展示出各類智能前端的運行狀態(tài)，縮短設備運維故障周期，量化相關運維與安全工作內(nèi)容，保證各個業(yè)務系統(tǒng)高效運行以及使用。

三、實施路徑

“城市盾牌”是一項龐大的體系工程，涉及前端建設、數(shù)據(jù)匯聚、數(shù)據(jù)建模、實戰(zhàn)應用、運維及安全管理等一系列子工程，為了協(xié)同推進，蘇州公安將“城市盾牌”劃分為前端管理體系、數(shù)據(jù)管理體系、應用建設體系、實戰(zhàn)管理體系、安全及運維管理六大體系，具體如下：

（一）構建標準化前端管理體系

在數(shù)據(jù)協(xié)議標準化方面，制定“城市盾牌”前端設備的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，并將公安實戰(zhàn)關注的重點區(qū)域劃分為“N道防線”，分場景制定相關的技術標準、建設標準和數(shù)據(jù)接入規(guī)范。通過這些標準化建設，為后續(xù)的全市范圍數(shù)據(jù)接入奠定基礎。

（二）構建標準化數(shù)據(jù)管理體系

依托接入云平臺構建“城市盾牌”數(shù)據(jù)中臺，實現(xiàn)“城市盾牌”各類數(shù)據(jù)整合和管理、數(shù)據(jù)提煉和加工、數(shù)據(jù)資產(chǎn)化服務和業(yè)務價值變現(xiàn)，打造一套面向公安業(yè)務應用的數(shù)據(jù)公共服務平臺。通過打造“城市盾牌”數(shù)據(jù)中臺，實現(xiàn)對全應用生態(tài)快速支撐，使“城市盾牌”具備對實戰(zhàn)業(yè)務變化及創(chuàng)新的快速響應能力。

（三）標準化應用建設體系

基于標準化數(shù)據(jù)管理體系，將“城市盾牌”各類數(shù)據(jù)加工并按照實戰(zhàn)業(yè)務封裝成公共的數(shù)據(jù)產(chǎn)品和服務，所有的系統(tǒng)和應用都基于同一套數(shù)據(jù)開展應用，使得這些應用數(shù)據(jù)共享，功能互補，應用間互聯(lián)互動成為現(xiàn)實。由于整個軟件體系在頂層設計中，采用松耦合級聯(lián)的思路，任何一家廠商只要符合相關的接口規(guī)范就可以快速參與到“城市盾牌”的建設中。

（四）標準化實戰(zhàn)管理體系

實現(xiàn)全市一體的比對預警的前提是要實現(xiàn)比對預警的業(yè)務標準化和管理標準化。“城市盾牌”基于大量的實戰(zhàn)應用，逐步完善形成了分色預警和分發(fā)的業(yè)務標準，不同實戰(zhàn)處置要求對應不同的預警等級，分紅、橙、黃、綠四色，并配置不同的處置策略和管理機制，抽象化的四色預警使新增的預警處置需求可以得到快速響應支持。

（五）標準化安全及運維管理體系

“城市盾牌”能夠高效平穩(wěn)有序的運行，離不開標準化的安全及運維管理體系建設。“城市盾牌”將所有運維及安全處理的業(yè)務流程抽象為四個步驟即問題發(fā)現(xiàn)、問題確認、業(yè)務處置分發(fā)和復核上線。任何安全管理和運維處理流程都遵循這四個標準步驟進行處置，不同的問題類型處置流程是相同的，這使得所有的運維管理和安全管理得以在一個平臺上開展流程化處置。基于這一標準化處置流程，“城市盾牌”逐步形成了一系列問題發(fā)現(xiàn)的自動化檢測機制，并由此發(fā)展出了針對前端設備的“四全運維”和針對應用體系的系統(tǒng)健康度分析，以確保“城市盾牌”效能持續(xù)穩(wěn)定輸出。

四、效能評估

（一）規(guī)模體量

截至2019年12月，在前端接入方面，蘇州“城市盾牌”已接入各類智能感知設備近5萬路，其中包括人像卡口1.7萬路、車輛卡口2.2萬路及其他物聯(lián)網(wǎng)感知設備1.1萬套，是全國規(guī)模最大的城市智能防控平臺之一；在數(shù)據(jù)匯聚方面，“城市盾牌”每日新增人像照片2300萬張、過車照片5500萬張及其他物聯(lián)信息3100萬條，數(shù)據(jù)總量超過400億條。

（二）效能評估

2019年全年，蘇州公安依托“城市盾牌”各類指令累計抓獲各類犯罪嫌疑人6662名，其中在逃人員1580名(占全市抓獲18%)，法院失信人員2948名(占全市抓獲90%)。“城市盾牌”累計發(fā)現(xiàn)和推送各類有價值信息超過30萬條，已經(jīng)成為蘇州公安價值信息獲取最重要的來源之一。

五、結語

基于體系化、標準化建設思路，蘇州公安聚焦實戰(zhàn)，用一年的時間快速建設發(fā)展出一套由具體業(yè)務驅(qū)動，行之有效的大規(guī)模視頻智能化應用體系“城市盾牌”，實現(xiàn)了全市范圍警務實時聯(lián)動協(xié)同，發(fā)揮出了顯著的實戰(zhàn)成效，充分驗證了“城市盾牌”體系化建設思路的科學性，為目前全國各地正在開展的大規(guī)模視頻智能化建設提供了一種可復制和參考的建設模式。