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    安防與智慧城市

       日期:2017-02-09     來源:中國安防行業網    瀏覽:81    評論:0    

      自1979年石家莊召開“刑事技術預防專業工作會議”標志我國安防行業的誕生,至今已經過了30余年的發展,經歷了起步階段、發展階段和壯大階段。安防,從最早地應用于文博、銀行等重點要害部門,發展為面向各行各業,更多地融入全社會乃至普通百姓的生活,特別是在2005年政府推動“平安城市”建設以來,安防更多地在大型城市聯網報警系統建設中發揮著越來越重要的作用。

      隨著“平安城市”建設接近尾場,物聯網、“智慧城市”的新概念和應用應運而生,對于安防行業來講,將面臨新的商機和挑戰。

      一、智慧城市的概念和需求

      智慧城市是新一代信息技術支撐、知識社會下一代創新(創新2.0)環境下的城市形態。智慧城市基于物聯網、云計算等新一代信息技術以及維基、社交網絡、FabLab、LivingLab、綜合集成法等工具和方法的應用,營造有利于創新涌現的生態。利用信息和通信技術(ICT)令城市生活更加智能,高效利用資源,導致成本和能源的節約,改進服務交付和生活質量,減少對環境的影響,支持創新和低碳經濟。實現智慧技術高度集成、智慧產業高端發展、智慧服務高效便民、以人為本持續創新,完成從數字城市向智慧城市的躍升。

      (一)智慧城市應運而生體現出社會(公共)管理轉變的多方面需求

      提高社會(公共)管理水平的需求:在信息社會的環境下,綜合信息系統成為基礎平臺,信息服務深化是必然。

      社會結構扁平化的要求:信息化促進社會管理從樹狀結構向網狀結構轉變。

      城市化進程的需求:城市化的定位,現代城市功能、管理的新概念。

      新工業革命的標志:現代(高端)制造業和現代服務業。

      智能建筑必然走向智慧城市的需求:建筑的智能化必須在城市的環境下規劃,資源的配置不能孤立的考慮。

      二、安防應用的轉變與發展

      在智慧城市建設的號召下,安防正在更多地融入智慧城市,并且服務于智慧城市。安防技術正在從經典向現代轉變,其中共性的技術——特別是視頻技術,正在進入公共安全領域,服務智慧城市。信息技術發展的趨勢,促使安防技術為智能城市提供技術支撐,借助技術融合的核心、服務性、開放性成為社會管理的平臺的一部分,成為智能建筑、智慧城市的重要(功能)組成;智慧城市將成為助推安防行業發展的新旗幟。

      (一)安防技術正在從經典向現代轉變

      體現于系統的數字化、網絡化和智能化的過程中,視頻監控是核心,圖像技術是箭頭。

      實現轉變的標志是:

      信息流:模擬(視頻信號)轉變為數字流;

      系統結構:單功能、單向、集總式轉變為綜合、交互、分布式的架構;

      系統功能:(圖像)信息的機器(自動)解釋;

      系統設備:前端管理為主轉變為(圖像)信息處理為核心。

      (二)經典視頻監控系統向現代視頻監控系統轉變

      經典視頻監控系統是指以攝像機為核心,在整個過程中、對攝像機產生的視頻信號基本上不作任何處理,最后通過人的觀察(目視解釋)來獲取圖像的有用信息。

      現代視頻監控系統是以圖像探測和圖像處理為核心,通過圖像信息的自動解釋,極大地提高系統對圖像信息的利用水平。

      經典視頻監控是人視覺的延伸;現代視頻監控就是人的思維(大腦)的擴展。

      (三)“三化”成為轉變的標志

      視頻監控的數字化、智能化、網絡化:

      數字化、二十一世記的特征、人類對客觀事物的認識和表達的升華,是電子技術發展的必然,視頻監控亦是如此。數字化是智能化和網絡化的前提。

      智能化、與時俱進的概念,在不同的時期和技術條件下有不同的含義。自動化最高境界:自主、優化的調節和準確、協調的互動。圖像系統智能化的標志是圖像信息的自動(機器)解釋。

      網絡化、系統結構的變化,從集總向分布過渡;系統由封閉(專用)向開放(服務)轉化;由固定設置向自主生成轉變。利用公共信息網絡來構成系統成為趨勢。

      “三化”是監控技術正在發生或即將發生的變化,是有目共睹的,又是當今各種技術發展的共同趨勢。符合當今技術融合的大趨勢,促進視頻監控與信息、通信及家電等技術的融合;促進安全服務體系的發展和完善。高清、視頻監控系統(圖像技術)發展的必然趨勢,廣播電視的高清化帶動了視頻監控的高清化。視頻監控始終追求得到更豐富的圖像信息,特別是分辨圖像細節的能力。高清攝像機產品化,但傳、錄、轉、顯還沒形成完整體系(配套)。

      “三化”加高清成為現代視頻監控系統的特征。

      (四)安防融入智慧城市是信息系統發展的必然趨勢

      1.信息系統的發展趨勢

      技術融合,科技發展的大趨勢。信息技術是箭頭,三網合一是典型,(融合不是消融,不是消亡)。

      安防等社會管理系統的本質是信息系統,必將與信息技術、公共安全、信息安全、智能建筑等集成、融合為一體,成為這些技術體系中本源的部分。

      安防技術本身的融合。

      從現實世界走向虛擬世界。

      技術融合的核心是圖像技術,系統集成的核心是視頻監控。

      在應用領域,系統開放性、信息綜合分析、資源共享,多功能系統的集成等也是技術融合的表現。

      2.通用化產品實現專業化服務

      應用技術發展的趨勢,從“專業化的產品”逐步向“通用化產品、專業化服務”轉變。

      智能建筑、特征識別及各種系統的增值服務是典型實例。

      應用系統將從以硬件為核心向以軟件為核心轉變(產品軟化),“中間件”扮演重要的角色。

      中間件(middleware)的基本概念可直觀地理解為:位于平臺(硬件和操作系統)和應用之間的通用服務;是承上啟下的應用支撐平臺,解決系統間的互操作、數據交換以及相關的分布性、可靠性、安全性等問題;實現各類信息資源之間的關聯、整合、協同、互動和按需服務。

      RFID(物聯網)產業化是國家正在大力推動的重大項目,中間件技術起著關鍵的作用。

      視頻監控也正在向這個方向發展。

      目前、市場上的監控管理軟件、監控系統平臺、軟接警平臺及應用服務器都有屬于中間件產品。

      開放性的服務體系(平臺),社會(公共)管理的趨勢,信息服務業的趨勢,如、物聯網與云技術等。

      技術支撐平臺的概念,提供按需服務;

      軟件服務化,開源軟件(私有),群包(外包);

      新工業革命的概念(再工業化),高端制造+技術服務(信息服務業)。

      軟件是我國信息(安防)行業最薄弱,又是技術附加值最高之部分。順應趨勢,促進產業結構調整,改變“重硬輕軟”和“硬強軟弱”的狀況。完善行業產業鏈,產生系統集成商。

      集成商是智慧(平安)城市建設的骨干,核心產品是軟件。

      規模經濟的制造商在硬產品生產的同時,加強軟件的開發、生產。同時、一些電信、IT企業進入智慧(平安)城市領域。

      世紀初,國際安防大整合,大企業通過收購,形成全線的產品、全面的解決方案。

      網絡化是電信、IT企業進入安防領域,更準確地說是進入公共安全或社會管理領域的切入點,是順勢而為。

      平安(智慧)城市等大型系統建設為此提供了機會。

      在上述趨勢帶動下,安防服務的概念和體系將發生變革;產生智慧城市的完整概念,系統結構和技術體系。

      三、智慧城市的基本架構

      智慧城市是以綜合信息系統為基礎平臺,集成各公共管理信息系統,聯網各(建筑)獨立信息系統,實現城市資源的最優配置和調度,城市功能的實時感知、準確辨識、快速響應、有效控制、及時改善”。效率(節能)、舒適(通暢、環保)和安全(所有風險)。

      其中,物聯網是一種有效的服務平臺,云技術是主要的技術平臺。視頻技術是系統集成的核心,是實現真正物聯網的關鍵,智能監控則是目前最關切的技術。

      智能化是與時俱進的概念,是自動化的最高境界,表現為系統自主、優化地調節和準確、協調地互動。分三個層次:系統遙控、編程控制和自主動作。

      視頻監控智能化主要表現于三個方面:

      1.系統功能控制與聯:通過遙控來進行功能調節,如攝像機PTZ等;通過編程來實現自動控制,如云臺自動轉、自動掃描、圖像預置位等;根據對圖像的檢測或分析實現自主、優化的調節。如自動光圈、目標的自動跟蹤等。

      2.圖像信息的自動解釋:充分發揮信息量大的特點,提高信息利用水平。圖像信息自動解釋是必由之踮。個體身份識別,已有許多技術和產品應用,如指紋識別、人臉識別來等;通過對圖像的分析,發現異常狀態來產生報警等、但這些技術和產品受環境因素的限制較大,在通常視頻監控環境中,成熟性和實用還較低,特別是在多目標和復雜背景時。在監控環境下,實現圖像信息的自動解釋是視頻監控系統智能化的關鍵技術,是科研的重點和熱點。

      3.系統自適應、自診斷、友好的界面:系統對環境的自適應、對故障的自論斷,以及友好的人機交互界面也是系統智能化的內容。它涉及系統控制、故障檢測等多個方面,主要是對圖像質量的監測、系統及設備工作狀的監測;友好的界面可提高系統效率,便于系統集成。幾個方面以圖像信息的自動解釋最為重要和最為引入關注,它關系圖像系統最核心的問題——圖像信息的利用水平。可以說:圖像信息自動解釋是監控系統智能化的標志,是現代視頻監控的基本特征。

      視頻監控智能化的途徑:

      即圖像信息自動解釋的兩個基本途徑,一是圖像識別,主要利用圖像信息的空間分辨能力,實現個體的身份認證。通過對一幀圖像中指定目標的特征識別,實現個體身份認證,典型的實例是人臉識別。研究證明,人的行為也是一種生物特征,如步態,眼部動作等。對行為的分析可以用于個體的識別。它是分析一段圖像序列來進行個體身份的認證。無論什么方式,圖像識別都要求兩個基本條件,一是定義特征、一是建立一定數量的樣本數據庫。定義特征,選擇具有唯一性和相對穩定的特征來表示個體,如用人臉上的標志點來形成特征矢量。樣本數據庫,按特征的定義采集一定數量(根據應用)的樣本特征,建立樣本庫。圖像識別的基本工作方法是:將現場采集的目標特征數據與樣本庫中的數據進行比對。要求現場采集的特征數據和樣本庫數據具有相(可比)性。因此、必須建立一個適當限定的應用環境。個體身份認證是安全系統最迫切的要求,已有了初步應用,主要有以下兩種方式:驗證,即識別監控目標,確認目標的身份及正在發生行為的合法性。是安防系統的基本功能和典型應用。識別,即將現場采集的特征與樣本庫進行比對,確定目標的身份,以發現事件的相關線索。系統要建立海量的樣本數據庫。偵察工作的典型應用方式。通常的視頻監控系統達不到上述應用的環境條件。圖像識別系統包括:圖像輸入、圖像預處理、特征提取和特征比對(識別)等技術環節和設備。在適當控制的環境下,針對移動目標實時地運行,處理靜止攝像機可能產生的目標大小、角度及光照效果不同的圖像;并在非最佳條件下進行識別,處理由年齡、表情、配飾(眼鏡、帽子)及偽裝(化妝)造成圖像的差異。系統必須采用適當的圖像輸入方法和預處理技術,以保證特征有效地提取,樣本的生成和數據庫的建立。圖像識別的方法基本上分為統計方法和結構分析兩類,前者是以數學決策理論為基礎,建立統計學的識別模型,指紋、掌形的識別多采用這種方法。特點是穩定、但很少利用圖像本身的結構關系。

      二是圖像內容分析、主要是利用圖像信息的時間分辨能力,理解圖像,進行目標行為的分析。監控系統智能化的途徑。圖像內容分析是切入點。圖像內容分析,自主地定義(簡單)特征、不與原始輸入相對比;通過目標狀態和行為的分析,理解圖像內容(判斷正常/不正常、預測趨勢);通過圖像關聯,實現目標的識別。圖像內容分析分為兩個層次:

      視頻探測,模擬電視技術中就已得到了應用。在一幅圖像上開一個窗口,檢測其亮度電平的變化,就可以實現探測。通過對一系列窗口的監測,就可以實現運動探測。但它不是真正的視頻探測,因為不能確定目標。在數字視頻基礎上,首先確認圖像中的探測目標,然后再進行其行為的分析,判斷圖像中是否出現“不正常”情況,及時提示、警告,記錄、傳送警情(圖像)。提高實時監控的效率,避免重要信息的遺漏。真正的視頻探測,準確地判斷事件,是真實探測。視頻探測非常適于空間多維探測和多參數探測,同時處理來自不同方位攝像機的圖像信號,可到對做目標多方位的監控;實現對特定空間和目標的完全封閉。

      視頻語義解釋,閱讀一段圖像,理解圖像的內容,并表述出來,它描述的不是圖像本身,而是圖像的結構及表現的內容、情節,既視頻語義。根據語義可以對圖像信息進行標引,在記錄圖像的同時,生成鏡像的標引文件,然后通過標引文件對存貯信息進行快速和準確的檢索;或實現按事件記錄圖像信息和以事件為特征檢索。進而實現圖像信息間的關聯,圖像與聲音、圖形、文本之間的關聯。是圖像信息深化應用、多媒體關聯的前提。圖像內容分析研究分四個階段,產品和應用也分四個層面;一、將(運動)目標從視頻圖像中分離出這來。并能在簡單環境下(單目標、背景單純)對目標分類;在簡單環境下對目標進行行為分析,判定其運動的方向、方式、目標的復合或離散,發現和告警異常的行為;產生目標的運動軌跡,并能進行目標的自動跟蹤;目標的統計、關聯、過濾、趨勢預測等。在復雜環境(既通常視頻監控環境)下實現上述功能,并實現(單源、多源)圖像的關聯。實現視頻語義的解析,通過對一個圖像序列的理解,做出視頻語義解釋。目前已有了一些成果,但尚不具實用性。

      第三個階段是實用性的關鍵,目前大多數產品還達不到。

      視頻語義解釋是內容分析的最高境界,表明機器具有與人一樣理解圖像的能力,并具有人不能達到的效率。圖像結構和內容的描述還需目視解釋幫助。

      前三階段可稱為視頻的半語義解釋。主要是判斷圖像中是否出現了不正常的情況,還不能準確、充分地理解圖像內容。綜上所述,智能監控的主要課題有視頻探測、圖像識別和視頻語義解釋,也是物聯網亟待突破的技術。視頻監控智能化是逐步發展的過程,不會一蹴而就,也沒有終極結果,要經過不斷的技術積累,特別是關鍵技術的突破。視頻監控智能化已經實現的觀點是不正確的,希望它能解決目前監控系統的所有問題和不足也不現實。但許多技術和產品已初露端倪,在一定環境下,可以得到較好的效果,應積極選擇合適的環境,開展智能技術的應用。

      只有應用才能剌激市場的需求,才能發現需要解決的問題,有力地推動技術的提高和完善。

      四、應用于智慧城市的主流安防產品與技術

      在智慧城市建設過程中,越來越多的安防產品和技術發揮著重要作用,從主流產品和技術應用看,主要包括以下幾類:

      (一)IPC(網絡攝像機)

      IPC是網絡監控系統中的主要設備,有些知名廠家給它的新定義,為智能監控帶來了有益的啟示。攝像機,產生圖像信息的設備;IPC,產生數字流圖像信息的設備。IPC的新定義:產生圖像信息和增值信息的設備。

      增值信息包括:圖像質量信息,圖像散焦、照度不足、圖像(鏡頭)被污等造成的圖像質量劣化;圖像探測信息,圖像內容分析的功能,發現圖像的不正常情況,發出相關(報警)信息;設備狀態信息,IPC狀態及網絡環境的監測,對故障進行自診斷,對環境能自適應,并發出相關信息。

      具備了這些功能,IPC具有了智能,成為智能監控系統的基本(最小)單元。更有新意的是,IPC時的增值信息可以傳遞給相鄰IPC,實現IPC之間、與監控目標之間的互聯和真實的感知與互動,這就是傳感網。如實現多個IPC對監控目標的跟蹤;全方位IPC對固定IPC發現目標的自動跟蹤等。這樣的系統是真正的物聯網。所以說:視頻監控智能化是構建物聯網的關鍵技術;IPC是構成物聯網的重要單元。

      (二)主要攻關技術方向

      傳感網構成,傳感器互聯、MEMS,實現真實感知、互動;

      標簽、RF系統設計,嵌入(本質識別)、定位、通信;

      移動介質,數據格式、加密,自組織通信;

      移動通信應用,NFC、移動設備互相識別,自組織系統;

      圖像技術的應用,IPC互聯、與其它傳感器的互聯、智能

      監控,視頻探測、圖像識別、語義解釋;

      開放性服務平臺構建,技術支撐層、系統自診斷、自適應、

      可視化界面;中間件、安全策略、系統軟件;

      物聯網應用,智慧地球、電子交易等。

      (三)視頻監控系統的主要模式

      在智慧城市(大型監控)系統主要有以下幾種的模式:

      電信,公共信息系統的增值服務。監控中心是大客戶端,可設存貯和系統控制。提供業務、運行、維護和技術升級的全面服務,典型系統是電信的全球眼。

      IT,在網絡環境,設置一系列服務器(物理/邏輯),實現網管、媒體、視頻、存貯、安全等功能。GB/T28181就是這種模式。IT企業提出了技術方案,并開發專用設備(交換、服務)。

      兩種模式實質是相同的,均為網絡視頻,由此可看出,IT進入安防是自然之事,是有技術基礎的。

      (四)數字化系統的構成

      信源:模擬攝像機加服務器(編碼+網關);

      模擬攝像機加DVR,通過DVR網口傳送壓縮編碼信號。

      數字攝像機:輸出壓縮、非壓縮編碼,或多碼流;

      IPC(網絡攝像機),內置編碼+網關(TCP/IP)。

      適于局域網,PC瀏覽器觀看,VGA上墻顯示。

      網絡:互聯網或其它公共網絡,專網、以太網。

      網絡互聯、系統互操作、數據互通(解碼)。

      系統設備:服務器實現交換、解碼、分析、控制;顯示、存貯,大屏、圖像組合,NVR、SAN等。

      數字監控是典型的信息系統與傳統監控有很大的變化。

      (五)高清產品與技術要求

      借用廣播電視概念,應用電視攝像機不斷地提高分辨圖像細節的能力,與廣播電視的清晰度有一定的差別。

      高分辨攝像機,掃描格式不變,水平分辨率達600-700TVL、960H,又稱模擬高線;

      大像素攝像機,攝像器件像素數130萬、500萬,甚至更高,輸出標清視頻,在電子變焦(拍攝局部圖像)時,有很高的分辨率,與標清完全互換。若幀率低,則屬數碼相機的范疇。

      高清電視攝像機,圖像水平、垂直分辨率加倍;亮、色分離(標清頻譜交錯復合);寬幅型比16:9,大屏幕。

      掃描制式、基帶信號與標清不同,兩者不兼容、不互換。

      綜上所述,安防是智慧城市的組成部分,在信息時代大發展的趨勢下,安防的產品和技術與智慧城市有共通之處,這些產品和技術的應用與發展,加速了安防與智慧城市的大融合;同時,智慧城市建設步伐的加快,對安防行業的發展也帶來了機遇與挑戰,一方面需要更多的安防產品和技術的應用;同時,也對這些產品和技術提出了更高的要求,成為助推安防行業發展的雙刃劍!

     
    標簽: 智慧城市
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