基于三维视频分析技术的广域自动视频监控解决方案研究

刘原 曹玉新 高春林 邵康文

摘  要：通过引入三维分析视频探测技术，实现了基于地理位置信息和集中策略管理的自动广域监测系统，为用户提供可行的智能方案，实现视频监测技术朝着高清化、集成化继续发展。

关键词：视频监控;三维视频分析;人工智能

中图分类号：X924.3    文献标识码：A    文章编号：2096-6903（2019）01-0000-00

0引言

对关键基础设施的安全保护是安全防范工程中的重要一环，但是由于这些设施通常占地面积大、资产分散、出入口较多，因此对安全防范系统是一个极大挑战。采用传统的视频监控在此场景下将面临大量的摄像机视频源输入问题，人类大脑由于会自然地交替出现注意力集中和注意力分散的生理显现，因此注意力疲劳是视频监控操作工作人员面临的一个棘手问题。随着科技的发展，一种全新的广域监测技术逐渐引入市场，其特点是依托智能软件处理并综合摄像机、录像机和其他相关的传感器件，通过人工智能筛选与工作人员操作的辅助操作，最大可能实现自动化的监视和对可疑事件的判断。

广域视频监控的自动识别在实践中也面临很多问题，为系统的实现效果带来了极大挑战：

1地域广、干扰多、误报率高

首先是来自气象条件的干扰，如室外高温、高湿、台风、海水腐蚀、雾、雷雨、灰尘等干扰。其次监控区域内不可预测的外来干扰，如小动物、飞行器等。再次是监控范围内的环境条件，如监控区域内的水面反射等。最后是一些情境的正确识别，比如遗留物体、闲逛目标、绊网以及标准水平下的人员或车辆移动等。

2集成和联动效果难以实现

传统视频监控可以实现远程图形呈现，但是缺乏有效的自动联动追踪，降低了打击效果和对周边情况的掌控能力。

3解决方案

在视频监控中应用人工智能技术可以有效解决人员的视觉疲劳和在海量数据中自动提取有效信息等问题。来自西门子的VistaScape是一种面向高度集成化、无人化、信息化的管理目标的广域自动视频监控系统，所谓自动广域监测是指通过中央策略管理及区域实时图形显示器，运用智能软件技术来集中管理视频和各类传感器。其要点是引入三维分析技术和地理信息系统，将传统的平面视频监控转向地理平台图形系统并实现三维视频融合探测，其中智能分析视频探测是方案框架中的重要特点。

通常视频监视主要基于二维技术，在小范围内比较实用，主要原因是二维分析技术十分依赖分析目标形状且要求目标像素高，不适用于长距离应用。VistaScape使用三维分析技术，引入了目标深度位置的属性，因此三维分析法能研究分析探测摄像机的地理坐标，以及摄像机拍摄的实际位置。相對于两维分析法判断影像相关位置、高度及宽度，三维分析法可以额外的获取物体实际的确切位置，可以提供目标物的物理坐标并且经过系统三维建模处理后，显示在全场的电子地图上。

借助三维视频动态分析技术，通过比较像素计数及异样地点确定目标大小、移动速度及具体位置，通过进一步的数据分析能辨别目标特征。通过软件平台的智能跟踪运算，有可能按照模型预测并提示可能发生的安全事件，同时也可以醒目的标示在电子区域地图上。系统提供可缩放的三维电子地图，提供了虚拟围界设置功能，支持陆地、海域、河流也可以跨越水域。虚拟保护屏障可根据安保策略设置，只需轻点鼠标就能根据要求改变设置。

该方案的另一个特点是引入了集中策略管理概念，集中策略管理降低了每台传感器标准改变时所需的时间与资源，并允许用户制定更多的策略。不同于先前针对摄像机或传感器制定策略，本自动广域监测系统是相对于真实地理位置制定策略。用户面对的界面是一张现场图或一个模型，所以用户只需点击鼠标，在区域四周画上多边形记号就能根据特定物理区域制定策略。

比如下述定义可以作为策略编制到软件当中：

（1）车辆不能放慢速度或停靠在油库附近的公路上。

（2）船只不能接近机场跑道500米范围内。

（3）只有佩戴徽章的人员才能接近水治理池塘5米范围内。

整个智能广域视频管理通常由两部分组成，一是前端的图像信息采集及传输系统;二是后端的视频分析管理系统。前端通常设置探测摄像机比如热成像摄像机，同时另装联动快球或枪式摄像机实现联动追踪，如图1所示。

4应用实践

在深圳盐田港项目中，VistaScape解决方案通过整合摄像机和其他探测设备的信号输入，将整个安保区域的情况显示在同一屏幕上，与传统的保安系统相比，其监控效果更佳。本系统能够实时地侦测和跟踪现场的各种事件并进行分类，确保对全场各个角落的情况了如指掌。同时作为今后安防应急指挥中心的核心组成部分，VistaScape可以提供全场的地理模型，确保安保人员可以随时掌握现场情况，便于及时正确处理应急事件，提高反应速度，如图2所示。

在大连大窑湾保税港区同样应用该方案来管理周界防范及视频监控系统，VistaScape能够在一个屏幕上完全显示受控环境的全貌，并能以坐标的形式对安全事件地点进行准确定位，借助声光报警、图像信号、电子地图，安保人员通过一个三维的地图即可监视到整个区域的设施情况。

5总结

该广域自动视频监控解决方案实现了广域可视化和集中策略管理的管理目标，顺应了广域视频监控智能化发展的趋势。目前监控系统仍在朝着高清化、集成化继续发展，人工智能在视频监控解决方案的应用也如火如荼且前景广阔。在诊断类的智能分析、识别类的智能分析、有效信息检索以至于专家系统等方向，人工智能技术将会在视频监控领域发挥更大的作用。

收稿日期：2019-05-18

作者简介：刘原（1964—），男，河北景县人，本科，高级工程师，研究方向：数据中心、生命科学以及绿色建筑的智能化解决方案。

Wide-area Automatic Video Surveillance Solution Based on 3D Video Analysis Technology

LIU Yuan，CAO Yu-xin，GAO Chun-lin，SHAO Kang-wen

（Siemens Building Technology （Tianjin） Co.， Ltd.， Tianjin 300050）

Abstract： By introducing 3D analysis video detection technology， an automatic wide-area monitoring system based on geographic location information and centralized policy management is realized， which provides users with feasible intelligent solutions to realize the detection of the target of video surveillance technology， that is， behavior recognition.

Keywords： video surveillance; 3D video analysis; artificial intelligence