智能視頻分析技術在城市管理中的應用研究

張曉艷，張建成，2，馮延旺，項澤文，萬翠鳳

（1.山東正中信息技術股份有限公司，山東 濟南 250014；2.山東省計算中心，山東 濟南 250014）

1 研究背景

隨著城市管理信息化的建設，城市化的規(guī)模不斷擴大，在一定程度上提升了人們的幸福指數，但也加劇了城市管理工作開展的難度[1]。視頻監(jiān)控建設聯(lián)網應用在維護城市管理和公共安全方便具有重要意義，傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控存在智能化不足、靈活度低、耗時費力、響應不及時等問題，難以滿足當今社會治理的需求。近年來，智慧城管系統(tǒng)的部署和推出得到了廣大用戶的認可[2]，城市管理逐步走向智能化、科技化、精細化的建設，智能視頻分析技術為科技賦能城市管理提供技術支撐，突破了傳統(tǒng)監(jiān)控只“監(jiān)”不“控”的難題。

與傳統(tǒng)的城市管理執(zhí)法手段相比，采用智能視頻分析技術的城管執(zhí)法具有以下優(yōu)勢。

第一，案件發(fā)現(xiàn)及時。通過監(jiān)控攝像頭對案件信息智能采集并回傳至后臺，通過分析系統(tǒng)準確分析出該案件類別，及時反饋給相應的執(zhí)法人員，降低執(zhí)法人員主動發(fā)現(xiàn)案件的時間。

第二，降低人力成本。實際操作過程中，使用智能視頻分析技術可以減少監(jiān)控人員時刻盯監(jiān)控視頻的時間，解放坐席人員，提高案件處理的效率。

第三，挖掘有價值的視頻資源。隨著城市規(guī)模的擴大，監(jiān)控攝像頭得到廣泛的普及，視頻監(jiān)控資源存在數量大、種類雜、視頻質量參差不齊等問題，搭載智能視頻分析技術的系統(tǒng)通過分析海量監(jiān)控數據挖掘出有價值的視頻，提高視頻監(jiān)控資源的利用率。

第四，安全性較高。通過設置不同級別敏感度的運動分析和事件檢測，若超過閾值則觸發(fā)告警機制，配置監(jiān)管人員遠程監(jiān)控現(xiàn)場異常動態(tài)，提高偏僻路段的安全性，降低執(zhí)法人員的作業(yè)風險。

2 智能視頻分析技術

智能視頻分析技術作為一種基于目標行為的智能監(jiān)控技術，將抓取圖片中的背景與目標分離，除去背景干擾，檢測出真正的目標，分析并追蹤在攝像機場景內出現(xiàn)的目標行為[2]。

2.1 智能分析類別

智能分析類型主要分為診斷類、識別類、行為類等3 種。診斷類智能分析重點關注視頻畫面中出現(xiàn)的圖像模糊、圖像偏色、云臺失控等易見的監(jiān)控攝像頭的異常故障，并針對該異常故障進行分析、判斷和預警；識別類智能分析主要偏向靜態(tài)類場景分析處理，通過對采集的圖像識別、比對及模式匹配等關鍵技術，對重點關注的人、物及公共設備進行特征提取和分析，如車牌識別、人臉識別、安全帽識別等；行為類智能分析著重于動態(tài)視頻圖像分析檢測，如車輛逆行檢測、占道經營檢測、人群密度檢測、道路遺撒檢測等。

當前市場中常見的智能類分析產品主要分為前端智能和后端智能等2 類[3]。前端類智能產品將識別算法移植到前端監(jiān)控攝像頭中，由前端監(jiān)控設備對實時視頻進行識別、分析和檢查，穩(wěn)定性較強。前端智能產品主要分析單路視頻，復雜的智能分析需要的計算量較大，若移植到前端監(jiān)控攝像頭中需要的成本較高。后端類智能產品將前端采集的視頻碼流傳至后臺服務器進行分析，該類產品采用服務器集中處理模式，具有較強的兼容性，能同時分析多路視頻信息，計算性能較前端智能類產品有明顯的提高。

2.2 智能視頻分析系統(tǒng)邏輯架構

基于城市管理的業(yè)務特點，智能視頻分析系統(tǒng)主要以人、物及公共設施為重點關注對象，通過接入自有監(jiān)控、共享監(jiān)控、新建監(jiān)控等視頻監(jiān)控資源，對重要路段、卡口和區(qū)域內的店外經營、無照游商、占道經營、亂堆物堆料、非機動車亂停、違規(guī)戶外廣告、暴露垃圾、私搭亂建、垃圾箱滿溢、沿街晾曬、道路遺撒等違章行為進行分析，通過智能視頻分析手段輔助管理，實現(xiàn)案件和告警信號的遠程采集立案、轉派、處置等多元化城市管理的智能化應用，實現(xiàn)及時發(fā)現(xiàn)、及時反饋問題、及時處置，提升城市治理效率和治理能力。

依托固定、移動等多種類型的前端采集設備將采集的多種違章行為回傳至智能視頻分析系統(tǒng)，以該系統(tǒng)識別分析的結果結合人工甄別結果作為審核立案的數據來源，提高案件處置的準確性和及時性，若符合立案條件則進行流程轉派處理。該案件處理完成后，坐席人員通過視頻核對是否符合結案條件，若符合則完成案件閉環(huán)工作。將所處理案件通過多維度統(tǒng)計視頻數量、案件所屬類型、案件頻發(fā)地、易積雪積水地段等，對頻繁發(fā)生案件實時告警，為科學決策提供依據，從而解決執(zhí)法人員不足、執(zhí)法工作難度大、案件處理不及時、案件重復出現(xiàn)等問題。

智能視頻分析系統(tǒng)邏輯架構如圖1 所示。

圖1 智能視頻分析系統(tǒng)邏輯架構

2.3 前端采集設備

利用固定、移動等多元化的硬件設備采集視頻監(jiān)控信號，固定的視頻監(jiān)控設備根據城市管理業(yè)務特點分布在不同的場景，即市容環(huán)衛(wèi)、園林綠化、工地渣土、城市照明、戶外廣告、城市交通、市政設施等場景。移動視頻監(jiān)控信號采集設備主要為手機、車載、無人機、單兵、執(zhí)法儀、對講機等設備。

2.4 網絡傳輸

城市管理根據城市需求及特色的不同采取的網絡傳輸設計不同，基于城市管理的現(xiàn)狀，前端監(jiān)控攝像頭采集的視頻信號依托于視頻專網回傳至后臺分析系統(tǒng)中，后臺服務器根據設置的算法規(guī)則集中處理案件信息，對違規(guī)行為進行識別分析。

針對無視頻專網的城市，需要建設政務專網[4]，依托于該政務視頻專網對接入的視頻信息進行資源整合，實現(xiàn)互聯(lián)互通、共建共享的目的。政務視頻專網基于其安全屬性實現(xiàn)與其他專網的內部互聯(lián)，與互聯(lián)網的安全信息交換。

2.5 深度學習

城市管理趨于智慧化、人工智能發(fā)展成熟化，深度學習在城市管理領域占據重要地位。深度學習是一種機器學習方法，學習訓練數據的潛在邏輯規(guī)律和表示層次，它作為人工神經網絡可以模擬人腦解析數據，根據樣本數據的特性獨立訓練出基本規(guī)則，最終達到識別文字、圖像和聲音等數據的效果[5]。

隨著雪亮工程的建設，視頻監(jiān)控系統(tǒng)為推進社會治安防控體系建設奠定了堅實的基礎，監(jiān)控攝像頭的普及促進視頻數量迅速增長，但是視頻內容缺乏標簽，精度差，人力排查耗時費力。為了提高檢測識別的效率和精度，降低人力物力成本，自動且迅速識別視頻中的目標類型，依托于系統(tǒng)長期運行積累的大量案件信息，采用深度學習的算法訓練模型[6-7]，從而提高案件識別的速度和精確度。

2.6 業(yè)務處置

通過前端攝像頭采集的監(jiān)控視頻信息經過后臺系統(tǒng)進行信息處理，并輸出識別分析結果，將該結果推送至案件處理中心并可配置外放提示音提醒坐席員處理案件，坐席員根據智能視頻系統(tǒng)分析的結果來核查案件的真實性和所屬范圍，如果符合要求，將案件轉派至有關部門進行處置，事后根據案件現(xiàn)場的實時視頻及案件的處理反饋結果核查案件處理情況，完成案件的閉環(huán)工作。

2.7 管理決策

智能視頻分析系統(tǒng)首頁根據業(yè)務需求采用日、月、年等維度統(tǒng)計各類案件信息并落圖展示，從多方面統(tǒng)計已處理案件總數、報警所屬類型、視頻數量、案件頻發(fā)地、易積雪積水地段等信息，為管理層掌握實時信息及科學決策提供重要依據。

3 智能視頻分析技術在城市管理領域中的應用場景

3.1 占道經營識別

由于城管執(zhí)法人員開展全覆蓋模式執(zhí)法的難度較大，禁止經營的場所仍存在商販占道經營的現(xiàn)象，影響城市市容市貌的同時，對交通要道也易造成堵塞。為攻克整頓占道經營亂象，城管執(zhí)法人員傳統(tǒng)做法是加強執(zhí)法力量，加大執(zhí)法人員的巡查力度，及時發(fā)現(xiàn)及時處置，采用這種方法不僅增加了執(zhí)法人員的工作量，同時處置占道經營問題的過程較為漫長。因此，采用智能視頻分析技術自動識別街道上與占道經營有關的物品特征。攤販在指定區(qū)域超過預設的時間范圍是占道經營，如果超過預定的時間，視頻智能分析系統(tǒng)將自動檢測出該行為，并反饋至系統(tǒng)，實現(xiàn)案件的立案登記功能進而綜合判斷該區(qū)域內是否存在占道經營的案件。

3.2 違規(guī)戶外廣告識別

個體商戶隨意設置的戶外廣告具有年久失修、布線不規(guī)范、數量大、范圍廣、缺乏統(tǒng)一管理和規(guī)劃等特點，存在安全隱患大、影響道路通行、造成視覺污染等問題。傳統(tǒng)執(zhí)法過程中，采用加強日常巡查監(jiān)管的力度，工作強度大，效率低，難以全面拆除違規(guī)戶外廣告。通過現(xiàn)場監(jiān)控攝像頭采集視頻信息，基于智能視頻分析技術可實現(xiàn)違規(guī)戶外廣告的檢測識別，并與系統(tǒng)對接，實現(xiàn)案件的立案登記功能。提高執(zhí)法人員的工作效率，進而為城管執(zhí)法信息化提供一定的技術支撐。

3.3 沿街晾曬識別

晾曬衣物雖是日常生活中的小事、私事，但晾曬的位置不當便是城市中的大事，折射出的是一座城市的文明程度。沿街晾曬不僅是一種不文明現(xiàn)象，也是一種違規(guī)違法行為。執(zhí)法人員一般采用巡查辦案的工作模式，耗費人力物力較大。采用智能視頻分析技術對重要路段及公共場所的樹木、指示牌、線桿、線纜、交通護欄等設施上懸掛、晾曬物品的行為進行檢測識別，與后臺系統(tǒng)對接，實現(xiàn)案件的立案登記功能，根據識別分析的結果，系統(tǒng)自動立案，同時反饋至執(zhí)法人員處理此類案件，提高執(zhí)法人員的執(zhí)法效率。

4 結束語

智能視頻分析技術通過監(jiān)控攝像頭搭載圖像識別處理算法，及時發(fā)現(xiàn)城市管理過程中的案件信息，實時分析并反饋至后臺管理中心，綜合執(zhí)法模式由傳統(tǒng)的被動執(zhí)法轉變?yōu)橹鲃訄?zhí)法，有效解決了執(zhí)法人員不足、信息化手段未全面普及、執(zhí)法工作難度大、案件處理不及時等問題，推動城市管理趨于智慧化、精細化、自動化的方向發(fā)展。