公安系統(tǒng)中數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設計與應用分析

張洪坤

(中國人民公安大學,北京 100038)

保障城市安全,維護城市穩(wěn)定運行是公安系統(tǒng)的基本責任。當前科學技術研究不斷深入,城市在信息技術的影響下逐漸步入數(shù)字化時代。公安系統(tǒng)在信息技術的影響下也出現(xiàn)很多變化。積極地在公安系統(tǒng)中設計數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng),能夠幫助公安系統(tǒng)實現(xiàn)全方位、無死角監(jiān)控。當然該系統(tǒng)的建設,涉及到很多技術與構成元素,因此需要在不斷探索中加以完善,這方面也是公安系統(tǒng)創(chuàng)新的重要課題之一。

1 公安系統(tǒng)中數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)應用必要性

創(chuàng)建公安系統(tǒng)中的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng),可為我國社會穩(wěn)定和諧發(fā)展提供良好的保障。搭建該系統(tǒng)后,社會治安技術防范方法將實現(xiàn)智能化、視頻監(jiān)控將實現(xiàn)網絡化、城鄉(xiāng)監(jiān)控將實現(xiàn)一體化,這就從基礎上為“三保一弘揚”的實現(xiàn)創(chuàng)造良好的條件與基礎[1]。根據科學技術的發(fā)展不斷強化社會治安管理力度與質量,對于突發(fā)性事件可真正實現(xiàn)有效預防、快速處理,現(xiàn)代化社會治安整治體系需要科學合理地應用先進的技術手段。公安系統(tǒng)中應用數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)后,對于大型商場與超市、治安卡口、重要部門、住宅、醫(yī)院、車站、交通路口、賓館、酒店、學校等防范區(qū)域的安全防范突發(fā)性事件提供良好的保障,在提高破案率、降低案發(fā)率的同時,也可更好的強化群眾的公共安全指數(shù),為現(xiàn)代化社會穩(wěn)定和諧發(fā)展奠定堅實基礎。

2 數(shù)字視頻監(jiān)控智能化內涵

以往的視頻監(jiān)控系統(tǒng)只是通過機器對監(jiān)控場景開展記錄與監(jiān)控工作,只有線控現(xiàn)場畫面出現(xiàn)問題時,工作人員才會結合實際情況針對視頻監(jiān)控進行人工分析,從可靠性與時效性方面出發(fā)進行分析可以發(fā)現(xiàn),這種方法不符合現(xiàn)代化視頻監(jiān)控技術的標準與需求[2]。使用數(shù)字視頻監(jiān)控智能技術可在遠離人工分析的基礎上,通過先進的計算機技術針對監(jiān)控視頻幀序列進行連續(xù)的智能化分析,并根據實際需求使用目標追蹤、行為識別、移動探測、目標分析等方法進行科學的監(jiān)控。數(shù)字視頻監(jiān)控智能技術主要以計算機視覺技術為基礎,為人工智能的主要研究內容。

3 公安系統(tǒng)中數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)應用優(yōu)勢

公安系統(tǒng)中數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要講視頻監(jiān)控技術與視頻智能化技術進行了有機整合,通過計算機對警情或突發(fā)性事件進行科學的判斷,降低人工勞動量,減少人工出錯率,可有效提高視頻監(jiān)控系統(tǒng)的運行質量與效率,同時還可拓展非安防與安防的應用范圍。

入侵檢測有著極為廣泛地使用,技術有著較高的成熟性,其功能是對明確的監(jiān)控現(xiàn)場進行劃分,根據實際情況分成一塊或多塊防衛(wèi)區(qū)域,監(jiān)控目標若進入監(jiān)控區(qū)域可對目標進行自動化鎖定與跟蹤,同時也可檢測目標的運行軌跡與各項特征,若符合監(jiān)控人員預測的報警條件,就會第一時間發(fā)送報警信息。這種方法通常應用在特殊性區(qū)域中,當特定人員進入現(xiàn)場后可及時進行防范[3]。如博物館、監(jiān)獄、軍事基地等。與紅外線探測系統(tǒng)或震動感應系統(tǒng)對比可知,數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的入侵檢測不需要臨時加設其他設備,覆蓋范圍也相對較廣,探測率相對較高,錯誤率極小,可逐漸形成較為完善的立體空間防范系統(tǒng)。

丟包檢測也被稱為遺留物檢測,在特殊場地中若設定時間段中擺放或遺留了包裹和物體時,監(jiān)控系統(tǒng)會第一時間發(fā)出報警信號,同時將遺留物體的具體位置信息及時傳送給監(jiān)控人員。

目標移動檢測的作用是物體出現(xiàn)惡意移動、遮擋或替換等現(xiàn)象,在商場、博物館等貴重物物品保護場所有著廣泛的應用,若貴重物品受到遮擋、替換或惡意移動,監(jiān)控系統(tǒng)就會發(fā)送出報警信號,進而防止惡性事件的發(fā)生。

車輛與人數(shù)檢測統(tǒng)計的作用是針對特殊性區(qū)域、道路等開展視頻數(shù)據信息的收集與分析,統(tǒng)計出車輛與人員的實際數(shù)目并制作成科學的報表。其運行原理主要為利用攝像機收集大量視頻數(shù)據信息,智能分析算法對視頻圖像中符合相應特征的人員和車輛等進行識別,并科學分析目標的運行軌跡,同時還會對出現(xiàn)目標的數(shù)量進行統(tǒng)計處理。

較為重要的區(qū)域使用數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)后檢測人員是否存在擁堵現(xiàn)象時有著較強的智能性特征,若智能分析后發(fā)現(xiàn)區(qū)域中的人數(shù)高于預設數(shù)值就會第一時間發(fā)出報警信息,為工作人員及時制定合理的應對方案提供良好的保障,防止發(fā)生突發(fā)性事故。

4 公安系統(tǒng)中數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設計與應用

4.1 公安系統(tǒng)中數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)結構

視頻監(jiān)控畫面分析、處理、模式識別。人工智能等均屬于數(shù)字視頻監(jiān)控應用的主要技術。根據事件識別目標可將數(shù)字視頻監(jiān)控智能技術分為目標分類、移動監(jiān)測、追蹤目標、行為識別等項目。

數(shù)字視頻監(jiān)控進行智能化處理過程中,對于監(jiān)控現(xiàn)場的運動目標會運用移動探測技術進行跟蹤監(jiān)測,在監(jiān)測到運動目標后,會分析目標的移動速度、形狀、位置、大小等進行為分類識別提供條件。接著運用計算明確目標的運行軌跡對目標進行科學的追蹤,同時還可運用行為識別計算出目標的行為。

4.1.1 移動探測技術

在科學技術不斷發(fā)展作用下,對可進行移動探測的技術數(shù)量較為豐富,其中背景分離方法有著極為廣泛地運用。背景分離方法的主要原理就是運用背景模型與圖像之間存在的差異,分析出物體是否處于移動狀態(tài)。背景分離方法可真正捕捉完整的物體運行特征數(shù)據,有著極高的靈敏度與精準性,應用性能也相對較高。使用背景分離方法時,對于監(jiān)控場景的動態(tài)變化有著較高的敏感度。

創(chuàng)建背景模型在背景分離方法中有著極為重要的地位與作用,通常情況下,公安監(jiān)控系統(tǒng)需通過一段時間的才能掌握完整的背景畫面,掌握過程的實現(xiàn)主要是以圖像的時間平均為基礎,在一定時間內將默認背景塊進行平均化處理后,就可作為默認背景圖模型進行使用。系統(tǒng)掌握過程結束后,數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)還會根據實際情況進行同步更新與維護,這也充分表明了默認背景圖模式會根據實際情況發(fā)生相應的變化。創(chuàng)建模型背景對環(huán)境變化的敏感度將有明顯的降低,可有效解決動態(tài)復雜場景的各種干擾性問題。

時間分差方法的運行原理就是通過視頻序列連續(xù)得多幀差異值分析監(jiān)控目標是否處于運動狀態(tài)。在監(jiān)控場景有著劇烈變化時這種方法能發(fā)揮出極大的作用,這充分標準時間分差方法可更好地適應動態(tài)監(jiān)控環(huán)境。光流算法的運行原理就是檢測物體隨時間變化的光流數(shù)據分析物體運動狀態(tài)。

4.1.2 目標分類方法

目標分類在目標行為識別中有著極為重要的作用,提取目標特征在目標分離方法中有著重要的地位。所謂目標分類技術就是以連續(xù)幀為基礎,通過多種特征參數(shù)進行科學合理的應對匹配。時間特征與空間特征是目標特征參數(shù)的主要內容,空間特征可利用單獨圖像幀進行收集,如物體的位置、大小、規(guī)格等于空間具有密切聯(lián)系的特征;提取時間特征需要以連續(xù)多幀為基礎,例如:特征時間內物體的位置、大小、速度等發(fā)生改變,提取目標特征后,想要確保系統(tǒng)掌握目標行為或正在發(fā)生事件具有較強的精準性,就需要進行目標分類處理,劃分為定義好的類別。當前主要使用的目標分類方法通常為人工神經網絡分類方法、貝葉斯分類方法、向量機分類方法。

4.1.3 目標追蹤法

當前有多種技術都可實現(xiàn)追蹤目標,而這也需要結合實際需求使用合理的目標追蹤技術。以目標特征參數(shù)為基礎的目標追蹤法的原理是利用現(xiàn)場畫面每一幀中目標的周長、面積、質量中心等數(shù)據實現(xiàn)目標的追蹤。有種技術主要通過目標顏色實現(xiàn)追蹤,這種技術有著較強操作簡捷性,但在追蹤3D目標時則有著巨大的難度。

以模板為基礎的目標追蹤法。這種追蹤法的實現(xiàn)原理是將預設目標模板與監(jiān)控圖像幀進行對比分析,并利用像素吻合程度實現(xiàn)對目標的追蹤。對于體積較小目標進行追蹤時可使用這種追蹤技術,但有著較高的使用難度。

以動態(tài)輪廓為基礎的目標追蹤法。該方法需讀取上一幀目標的實際輪廓數(shù)據,接著對下一幀目標輪廓數(shù)據進行調整。與以模板為基礎的目標追蹤法對比可以發(fā)現(xiàn),這種方法有著更強的應用便捷性。

4.1.4 行為識別技術

公安系統(tǒng)的數(shù)字視頻監(jiān)控智能化系統(tǒng)在正常運行過程中,最終的結論性環(huán)節(jié)為行為識別。系統(tǒng)利用探測、分類、追蹤等方法獲取的運動目標數(shù)據,獲取目標視覺信息,通過算法實現(xiàn)行為識別。當前的行為識別算法主要分為以下兩種,即狀態(tài)矢量空間法與模板對比法。

狀態(tài)矢量空間法將運行目標的所有行為動作轉變?yōu)橄鄬臓顟B(tài)矢量,同時根據相應的概率對狀態(tài)矢量進行科學的整合,進而實現(xiàn)目標行為識別。使用這種方法時有著較強的復雜性。

模板對比法的應用原理就是視頻監(jiān)控系統(tǒng)將目標的視覺信息轉變?yōu)閯討B(tài)模型,與數(shù)據庫中存在的各種行為識別模型進行對比處理,為實現(xiàn)行為識別提供條件,模板對比法有著較強的簡單性,但容易受到各種因素的影響。

4.2 公安系統(tǒng)中數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設計應用

4.2.1 構成要素

(1)采集工作站:通常情況下采集工作站與視頻編碼器之間有著較強的相似性,其可針對音頻、視頻等信息進行收集與整理,采集工作站系統(tǒng)有著較強的系統(tǒng)集成能力與數(shù)據處理功能,這使得采集工作站僅僅利用一個平臺就可針對數(shù)字圖像進行收集、壓縮、傳輸、存儲等處理,這可有效降低建設系統(tǒng)的資金投入量,并提高系統(tǒng)維護工作的質量和效率。

(2)總控工作站:總控工作站主要針對自身所管理的區(qū)域中所有的視頻監(jiān)控進行科學的管理與控制,其主要作用是及時向監(jiān)控人員報告區(qū)域中的設備管理、設備狀態(tài)、警告管理等實際情況。服務器的作用是對各種監(jiān)控數(shù)據盡心收集、整理、存儲,并根據實際情況傳輸至控制器上,同時控制器需要顯示與處理數(shù)據信息。

(3)監(jiān)控服務器:監(jiān)控服務器是創(chuàng)建數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的主要結構,在多媒體網絡視頻數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)中也有著極為重要的作用與地位。監(jiān)控服務器有著單播視頻流、用戶管理、轉發(fā)組播、存儲數(shù)據信息以及轉發(fā)等功能[3]。

4.2.2 數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應用

公安系統(tǒng)應用數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)后,不僅可以實現(xiàn)傳統(tǒng)安防系統(tǒng)中的各種功能,還可出現(xiàn)大量先進的功能,如抓拍圖像、實時監(jiān)控、切換屏幕、錄像回放等。與此同時,想要更好地滿足新時期用戶的各種需求。保證交警、公安等執(zhí)法部門開展良好的城市治理與監(jiān)控等工作,應用數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)后還可拓展出有效功能。

首先,聯(lián)網。數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)具有管理各個階層的能力、與其他職能部門之間具有視頻監(jiān)控共享能力。應用數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)后,通過網絡可確保公安視頻監(jiān)測網絡與信息網絡之間逐漸形成良好的互通,同時也可為社會監(jiān)控資源的整合與接入提供良好的條件。

其次,GPS可視化操作。應用數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)后也可使用GPS系統(tǒng)的各種功能,在電子地圖中也可較為清晰地標注出攝像頭的實際位置、警力的分布情況等內容,警情信息也逐漸具有共享特征,這可保證交通部門、公安部門在最短時間內快速掌握具體的案發(fā)地址,同時結合電子地圖中攝像頭的分布數(shù)據,第一時間查找出案發(fā)視頻,這可為公安部門快速掌握案發(fā)情況并進行分析與判斷提供良好的條件,進而為合理快速地解決案件奠定堅實的基礎。

5 結語

綜上所述,科學技術的發(fā)展以及社會的不斷進步,當前已經逐漸進入到數(shù)字化發(fā)展時代。數(shù)字化覆蓋整個城市,公安系統(tǒng)作為維護城市安全的重要保障,積極滲透數(shù)字化技術,打造實時數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng),以信息技術為載體,對城市安全進行實時監(jiān)督,及時排除城市安全威脅。當然數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)設計中,一定要結合公安系統(tǒng)實際情況,對構成要素詳細了解,合理設計數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)結構,這樣才能在實際應用中,將其功能性發(fā)揮到最大。