水上識(shí)別技術(shù)在景區(qū)安防中的應(yīng)用探析

高 峻

（南通五建智能工程有限公司，江蘇 南通 226400）

當(dāng)今社會(huì)中國(guó)人民的生活條件大大提高，人民群眾越來(lái)越追求更高的生活質(zhì)量，每年花在假期旅游的金錢逐年增加，在繁忙的工作之余更加學(xué)會(huì)了享受生活、放松心情。旅游景點(diǎn)可以分為八種類別：（1）用于紀(jì)念歷史的風(fēng)景區(qū)；（2）用于傳播宗教信仰的旅游景區(qū)；（3）用于各企業(yè)公司員工療休養(yǎng)的旅游勝地；（4）沿海地區(qū)海岸線旅游景點(diǎn)；（5）山區(qū)自然景觀旅游度假區(qū)；（6）森林自然風(fēng)景區(qū)；（7）山岳風(fēng)景區(qū)；（8）湖泊風(fēng)景區(qū)，人們最喜歡沿海地區(qū)的海岸線風(fēng)景區(qū)，海邊有海邊浴場(chǎng)，有游泳、沖浪、戲沙、日光浴等活動(dòng)。游客在海邊浴場(chǎng)區(qū)域內(nèi)活動(dòng)時(shí)，由于天氣或其他因素的影響，常會(huì)出現(xiàn)一些安全隱患，以往的人工觀望方式過(guò)于落后，耗時(shí)耗力，另一方面檢測(cè)效率也不高，容易受主觀影響。已有的一些基于圖像處理的電子檢測(cè)報(bào)警技術(shù)也存在一定的缺陷，在霧霾嚴(yán)重的天氣下，由于檢測(cè)圖像模糊不清而導(dǎo)致檢測(cè)報(bào)警失誤幾率偏大，甚至無(wú)法正常工作。因此需要一種更完善的水上游客識(shí)別監(jiān)控技術(shù)，采用電子監(jiān)控的方式替代人工監(jiān)控，能夠無(wú)差別高效率無(wú)遺漏地監(jiān)控到每一個(gè)出現(xiàn)異常狀態(tài)的游客，同時(shí)能夠克服各種惡劣天氣的影響，進(jìn)一步提高安防平臺(tái)的保障性能。

1 研究水上游客識(shí)別技術(shù)的重要性

目前，海濱浴場(chǎng)越來(lái)越受游客的青睞，與室內(nèi)游泳池不同，海濱浴場(chǎng)是理想的度假場(chǎng)所，游客在室外環(huán)境中能夠與大自然更加親近，心情會(huì)變得更加舒暢和放松，能夠與大自然的景觀結(jié)合在一起，游客的休息方式也可以變得更多。海濱浴場(chǎng)與室內(nèi)浴場(chǎng)不同的是海濱浴場(chǎng)近鄰大海，大海里面的生物對(duì)人們的生命安全存在著一定的安全隱患，大型海洋動(dòng)物，比如鯊魚、鯨魚等會(huì)對(duì)人類進(jìn)行攻擊，因此我們要做好防范措施保證游客的安全；海濱浴場(chǎng)的室外溫度跟室內(nèi)相比也是不確定的，室內(nèi)是恒溫，室外溫度變化較大，會(huì)給游客帶來(lái)不適應(yīng)的感受。目前大多數(shù)海濱浴場(chǎng)安全防護(hù)主要依靠站在看臺(tái)上的安保人員，雖然這些人員都是經(jīng)過(guò)專業(yè)的培訓(xùn)，有著較高的專業(yè)能力，但是海濱浴場(chǎng)完全依靠幾個(gè)人去管理安全是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，我們需要通過(guò)創(chuàng)新，加強(qiáng)自動(dòng)化管控，實(shí)現(xiàn)機(jī)器代人的管理理念，這樣才能高效、快捷的預(yù)防及處治海濱浴場(chǎng)存在的安全風(fēng)險(xiǎn)[1]。因此，研究水上游客識(shí)別技術(shù)對(duì)保障景區(qū)的游客安全具有重要意義。

2 水上游客識(shí)別技術(shù)在景區(qū)安防中的運(yùn)用

2.1 水上游客識(shí)別平臺(tái)架構(gòu)圖（如圖1）

圖1 水上游客識(shí)別監(jiān)控平臺(tái)

如圖1 所示是運(yùn)用水上游客識(shí)別技術(shù)繪制出的識(shí)別監(jiān)控平臺(tái)結(jié)構(gòu)方框圖。主要包括高清全景攝像頭1、霧霾去除設(shè)備2、游客識(shí)別設(shè)備3、聲吶定位設(shè)備4 和數(shù)字信號(hào)處理器5，數(shù)字信號(hào)處理器5 與高清全景攝像頭1、霧霾去除設(shè)備2、游客識(shí)別設(shè)備3 和聲吶定位設(shè)備4 分別連接，霧霾去除設(shè)備2 與高清全景攝像頭1 和游客識(shí)別設(shè)備3 分別連接。

2.2 水上游客識(shí)別技術(shù)的工作原理

為了保證海邊浴場(chǎng)的游客安全，在景區(qū)安防系統(tǒng)中運(yùn)用了水上游客識(shí)別技術(shù)，引入圖像采集和分析技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)能夠觀察到在浴場(chǎng)的每一個(gè)旅游者的實(shí)時(shí)狀態(tài)，時(shí)刻分析處理判斷游客在水中的狀態(tài)，當(dāng)檢測(cè)到游客確定是溺水或者其他突發(fā)狀況的時(shí)候，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，對(duì)游客進(jìn)行精準(zhǔn)搜尋查找，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)中的游客，從而使得游客在第一時(shí)間獲得營(yíng)救[2]。這種水上識(shí)別技術(shù)能夠大大節(jié)約營(yíng)救的時(shí)間，最關(guān)鍵的是在天氣處于大霧狀態(tài)中依然有效，霧霾圖像處理系統(tǒng)能夠穿過(guò)厚厚的霧霾層檢測(cè)到各個(gè)游客的水中狀態(tài)，提高了監(jiān)控平臺(tái)的可靠性。

水上游客識(shí)別技術(shù)是應(yīng)用在海邊浴場(chǎng)的一種安防監(jiān)控技術(shù)。利用水上監(jiān)控技術(shù)的安防監(jiān)控平臺(tái)主要包括高清全景攝像頭、霧霾去除設(shè)備、游客識(shí)別設(shè)備、聲吶定位設(shè)備和數(shù)字信號(hào)處理器。其中高清攝像頭用于對(duì)海邊浴場(chǎng)的預(yù)設(shè)海域內(nèi)進(jìn)行拍攝，以獲得海域圖像。霧霾去除設(shè)備用于去除海域內(nèi)圖像中的霧霾成分，以獲得清晰化海域圖像。游客識(shí)別設(shè)備可以對(duì)上述清晰化海域圖像進(jìn)行進(jìn)一步的圖像處理，以獲得所述海域內(nèi)各個(gè)游客的沉浮狀態(tài)。聲吶定位設(shè)備用于檢測(cè)海域內(nèi)的水下目標(biāo)。數(shù)字信號(hào)處理器與游客識(shí)別設(shè)備和聲吶定位設(shè)備分別連接，從而根據(jù)游客識(shí)別設(shè)備的圖像處理結(jié)果來(lái)確定是否需要啟動(dòng)聲吶定位設(shè)備。水上游客識(shí)別技術(shù)平臺(tái)需要供電設(shè)備支持，但是這個(gè)平臺(tái)對(duì)電源的要求不是特別高，可以有多種供電方式，比如太陽(yáng)能電池板、蓄電池、直供電源等等，而且可以實(shí)現(xiàn)多種供電方式之間的隨機(jī)切換，切換的過(guò)程中電壓也相應(yīng)的隨機(jī)切換，對(duì)電壓的適應(yīng)性較強(qiáng)，可以達(dá)到在白天有充分的太陽(yáng)能，從而節(jié)約用電[3]。

為了方便水上安全監(jiān)控平臺(tái)能夠正常運(yùn)行，該監(jiān)控平臺(tái)還需要有靜態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備、液晶顯示屏、雙聲道揚(yáng)聲器。其中靜態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備用于預(yù)先存儲(chǔ)浴場(chǎng)預(yù)設(shè)海域的位置，同時(shí)用于預(yù)先存儲(chǔ)游客灰度特征和預(yù)定時(shí)間劃值游客灰度特征，將圖像中的游客與背景分離；液晶顯示屏與數(shù)字信號(hào)處理器連接，以顯示與游客出現(xiàn)意外情況時(shí)警報(bào)信號(hào)對(duì)應(yīng)的文字信息；雙聲道揚(yáng)聲器與數(shù)字信號(hào)處理器連接，用于播放與警報(bào)信號(hào)對(duì)應(yīng)的語(yǔ)言警示文件。

2.2.1 霧霾去除設(shè)備工作原理

霧霾去除設(shè)備包括：

海邊浴場(chǎng)安裝了霧霾去除設(shè)備，此霧霾去除設(shè)備在預(yù)定海域中能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到周邊環(huán)境的霧霾濃度，而且能夠識(shí)別出霧霾濃度的等級(jí)，從而確定去除霧霾的強(qiáng)度取值。

整體大氣光值獲取子設(shè)備，與高清全景攝像頭連接，用于獲得所屬海域圖像，計(jì)算所屬海域圖像中每一像素的灰度值，將最大的像素灰度值作為整體大氣光值。

大氣散射光值獲取子設(shè)備，與高清全景攝像頭和霧霾濃度檢測(cè)子設(shè)備分別連接。

清晰化圖像獲取子設(shè)備，與高清全景攝像頭、整體大氣光值獲取子設(shè)備和介質(zhì)傳輸率獲取子設(shè)備分別連接，采用減1 法對(duì)每個(gè)像素介質(zhì)傳輸率進(jìn)行差值計(jì)算，再次乘以大氣光值從而得到一個(gè)乘積值，最終獲得每一個(gè)像素的像素值，形成清晰化的海域圖像。

2.2.2 游客識(shí)別設(shè)備工作原理

游客識(shí)別設(shè)備包括：

第一是能夠自動(dòng)適應(yīng)遞歸濾波電子設(shè)備，第二是將能夠自動(dòng)適應(yīng)遞歸濾波電子設(shè)備與能夠去除霧霾的電子設(shè)備相互連接，實(shí)時(shí)采集匯總各個(gè)既定海域的圖像，最后輸出濾波圖像結(jié)果。

將能夠處理灰塵的電子設(shè)備與遞歸濾波電子設(shè)備連接，從而輸出灰度化圖像。

游客識(shí)別設(shè)備通過(guò)預(yù)先設(shè)置系統(tǒng)，當(dāng)游客消失即采集不到游客信息的時(shí)候判斷為該名游客已經(jīng)沉入水下了，當(dāng)該名游客一直在采集目標(biāo)系統(tǒng)中能夠時(shí)刻監(jiān)測(cè)到該名游客圖像的時(shí)候認(rèn)定為該游客是沒(méi)有沉入水下的，這種功能是將能夠跟蹤游客目標(biāo)的電子設(shè)備和能夠識(shí)別游客信息的電子設(shè)備相連接實(shí)現(xiàn)的功能。

大氣散射光值獲取子設(shè)備，與高清全景攝像頭和霧霾濃度檢測(cè)子設(shè)備分別連接，對(duì)海域圖像的每一個(gè)像素提取其R、G、B 三個(gè)顏色通道像素之中最小值，作為目標(biāo)像素值，使用保持邊緣的高斯平滑濾波器EPGF 對(duì)目標(biāo)像素值進(jìn)行濾波處理，以獲得濾波目標(biāo)像素值，將目標(biāo)像素值減去濾波目標(biāo)像素值，以獲得目標(biāo)像素差值，使用EPGF 對(duì)目標(biāo)像素差值進(jìn)行濾波處理，以獲得濾波目標(biāo)像素差值，將濾波目標(biāo)像素值減去濾波目標(biāo)像素差值，以獲得霧霾去除基準(zhǔn)值，將霧霾去除強(qiáng)度乘以霧霾去除基準(zhǔn)值，以獲得霧霾去除閾值，取霧霾去除閾值和目標(biāo)像素之中的最小值作為比較參考值，取比較參考值和0 中的最大值，作為每一個(gè)像素的大氣散射光值。

游客識(shí)別設(shè)備可以統(tǒng)計(jì)每個(gè)游客沉入水中和浮在水上的時(shí)間，這個(gè)設(shè)備是通過(guò)兩個(gè)設(shè)備相互連接才能實(shí)現(xiàn)的功能，這兩個(gè)設(shè)備包括能夠統(tǒng)計(jì)沉浮狀態(tài)的電子設(shè)備和能夠跟蹤游客目標(biāo)的電子設(shè)備，這兩個(gè)設(shè)備實(shí)時(shí)將采集到的游客的目標(biāo)信息進(jìn)行及時(shí)處理分析[4]。

水上游客識(shí)別監(jiān)控平臺(tái)中智適應(yīng)遞歸濾波子設(shè)備灰度處理子設(shè)備，目標(biāo)跟蹤游客電子設(shè)備及子設(shè)備、統(tǒng)計(jì)沉浮水中時(shí)間電子設(shè)備、游客目標(biāo)識(shí)別子設(shè)備等電子設(shè)備，都采用了能夠?qū)崿F(xiàn)此項(xiàng)功能的FPGA 芯片。

2.2.3 數(shù)字信號(hào)處理器工作原理

在監(jiān)控平臺(tái)中，數(shù)字信號(hào)處理器與靜態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備、聲吶定位設(shè)備和游客識(shí)別設(shè)備分別連接，數(shù)字信號(hào)處理器可以跟蹤各個(gè)游客進(jìn)行采集統(tǒng)計(jì)分析，當(dāng)某個(gè)游客沉入水中的時(shí)間超出了我們預(yù)先設(shè)定的安全時(shí)間值的時(shí)候，發(fā)出游客沉沒(méi)警報(bào)信號(hào)，并啟動(dòng)所述聲吶定位設(shè)備[5]。

2.2.4 高清全景攝像頭

高清全景攝像頭由電動(dòng)云臺(tái)，驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)和CMOS 視覺(jué)傳感器組成，CMOS 視覺(jué)傳感器拍攝的海域圖像的分辨率為3840×2160，高清全景攝像頭視覺(jué)傳感器控制需要一種電動(dòng)云平臺(tái)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，可以根據(jù)預(yù)定范圍內(nèi)的位置將靜態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備和電動(dòng)的云平臺(tái)相連接進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，實(shí)施拍攝預(yù)設(shè)海區(qū)的海域圖像[6]。

3 結(jié)束語(yǔ)

在海邊浴場(chǎng)景區(qū)監(jiān)控平臺(tái)中運(yùn)用水上游客識(shí)別技術(shù)，能夠有效解決依賴人工監(jiān)控而存在的監(jiān)控面不全、監(jiān)控效率不高，以及霧霾天氣對(duì)電子監(jiān)控影響大的技術(shù)問(wèn)題，海邊浴場(chǎng)水上游客識(shí)別系統(tǒng)采用的是一種精確圖像跟蹤和采集識(shí)別技術(shù)，這種技術(shù)可以有效識(shí)別在海洋區(qū)域范圍內(nèi)的各個(gè)游客的目標(biāo)狀態(tài)，從而分析游客的水上沉浮狀態(tài)。水上游客識(shí)別系統(tǒng)的運(yùn)用有效提高了監(jiān)控的效率，更關(guān)鍵的是引入了去霧霾處理機(jī)制，使得監(jiān)控平臺(tái)在各種霧霾天氣下也能夠維持正常工作，確保景區(qū)的安保工作順利開(kāi)展。