安防监控与智能建筑

文│ 杭州市智能建筑专业委员会 何永祥

1 智能建筑的发展现状

智能建筑行业正处于快速成长期，已成为社会的基本需求和未来时代建筑的标志。智能建筑产品越来越多的应用在办公建筑、商业建筑、校园、住宅建筑等领域。与国外智能建筑的发展相比，应该说差距不是太大。如今美国新建和改建的办公大楼已有70%以上为智能建筑。日本从1985年始建智能化大厦，并制定了从智能设备、智能家庭到智能建筑、智能城市的发展计划，目前已有65%以上的建筑实现智能化。前几年，我国智能化系统的投入只占到建筑造价的5%左右，现在已经上升到8%～10%，在公共建筑，如校园、办公楼、银行、体育场馆中，智能化的投入更是高达20%～30%。据业内人士统计，2009年全国共完成建筑业总产值75864亿元，如按6%为智能建筑统计，智能建筑产值已达4550亿元。智能化系统在住宅中的应用面也越来越广，新建的居民小区都有智能建筑产品。国内近几年来智能建筑发展势头迅猛，其数量之多、发展速度之快，位居全球之首。一般而言，智能建筑含安防系统、计算机网络系统、楼宇自动化系统、综合布线系统、会议系统、UPS系统等，而安防系统在智能建筑中占显著地位，没有安防的智能建筑称不上智能建筑。由此可见，智能建筑的发展在推动安防的发展，反之，安防的新技术也促进智能建筑的前进。

2 安防监控与智能建筑的关系

尽管安防系统从属于智能建筑行业，其在智能建筑行业中地位显著，同时它又可单独成一行业，国家的行业标准GA系列（公共安全）就是为其所制定。广义而言，“公共安全”包含建筑物、场所以及道路。安防与智能建筑关系相互依存。安防系统包括监控系统、入侵报警系统、门禁系统、家居防盗报警系统、电子巡更系统、楼宇对讲系统、停车专用管理系统、一卡通系统等。据美国TEMPEST公司统计，2006年全球安防市场占870亿美元，监控市场占82亿美元，门禁系统市场占32亿美元，报警系统市场占227亿美元，FRID占18亿美元，消防占208亿美元，其他占310亿美元。而中国的安防市场据《2008年中国安全防范行业协会洞察力研究报告》的数据显示：2007年中国安防市场总产值已达958亿人民币，而安防中的主体视频监控为536亿元，占56%。按每年增长率为20%计算，则2009年安防产值估算为1378亿元，而监控为770亿元人民币。在安防行业中，占控制地位的是视频监控，视频监控是安防行业的基础，视频监控的方向就是安防行业的方向。此外，随着生产自动化程度的大幅提高和现代化的制造生产线的大量使用，智能建筑的厂房在设计时，对监控应用的需求也是日益增长。

3 安防新技术在智能建筑中应用

以2010年世博会为例，上海世博会的建筑应该是智能建筑的荟萃，而国内不少安防技术的精华在世博会中得到应用。据世博会报道，世博中心是上海世博会永久性大型公共建筑，也是我国唯一一座按照中国三星标准和美国LEED金奖双重控制执行的大型“绿色低碳公共建筑”。在节能上大规模利用太阳能的超白玻璃也在上海世博会上大展身手，上海世博会主体建筑及“世博阳光谷”工程均用超白玻璃作为上海世博会新建场馆的建设，以上是智能建筑中的新产品与新技术。同样在世博会的安保上，新技术与新产品应用也层出不穷。总书记胡锦涛在上海考察时，发出了“确保上海世博安保工作万无一失”的指示后，世博安保部门透露，他们将启用大量高科技安保设备，其中包括人脸识别系统、排爆机器人、人造狗鼻子等，世博期间将有60余套安检装备在世博园基础设施与配套设施项目道口安装使用。如“拉曼液态违禁品检查仪”，安检人员将透明或半透明材料包装的液体放置到检查仪上，只需按下分析键，2秒钟内报出被检查物质的名称。此外各个进出口安装的 “E面通”的人脸识别系统，对进出园区的50万持证人员进行比对识别，识别无误方能过关。由此可见安防新技术与智能建筑是息息相关的，可以说，智能建筑中一旦嵌入新技术，必定由最新的安防系统与之相匹配。

4 安防监控新技术的发展

市场推动着新技术的不断涌现，如生物识别、行为识别和高清视频的日渐成熟，使得高清视频网络监控已实现。目前，生物识别技术中的人脸识别有了重大突破，通过三维人脸识别能够保证识别的唯一性，而行为和形体识别技术借助计算机强大的数据处理功能，并结合智能视频技术能对视频画面中的数据进行分析，为监控人员提供关键信息，可以对不同种类的物品进行识别。例如在通道口，如果有嫌疑人通过时，监控设备将其图像与罪犯的图片进行比对，如果一致将报警；在禁止停放物品的地方，如有物品停放系统将会报警提示；当存放的物品被带离系统所能监控的范围时，系统将报警；在监控范围内如有人群聚集、人员来回徘徊或进入不应该进入的区域，都将发出告警信号。这些技术的应用能够让监控从被动安全防范转向主动防范。由于对前端设备功能要求的提高，以上的识别必须通过前端的摄像机采集，而这时的监控系统已经不只是一个普通的监控系统，而是监控、智能计算机与网络集成为多种应用的一体化组合的设备，即将人脸识别、行为识别、周界报警、门禁控制等与视频监控集成在同一个网络平台之上。

综上所述，本文所论述的安防监控新技术，其特点有三个，即高清、智能、集成。

（1）从高清角度来看，以前的模拟摄像机折合为像素只有40万像素（704×576），如人在画面中占十分之一，则人脸水平像素只有70个，图像信息资源少，识别自然困难。而采用高清摄像机，如以150万像素来分析（1920×720p），人脸水平像素已达200个，识别与行为分析自然精度更高、更准确。

（2）在视频监控中心，操作人员不能确保连续8小时内观看操控介面，而智能分析系统一旦检测到异常事件就报警，不仅可靠而且效率较高。

（3）集成是把数字高清摄像机、DVR及通信设备组合在一起，可作为嵌入设备，也可基于PC，采用网络形式组成平台，一点报警，全线可知。

以上所述的高清监控平台适应发展趋势，“环保”、“节能”和“低碳”是当下炙手可热的话题，追求“低碳”与可持续发展的生活离不开各行各业的支持与配合，如采用高清监控平台，通过高清监控系统促使企业完成环保减排目标，环保部门在企业工厂排污口建立高清监控系统，通过对气体、液体浓度和成分等进行分析、监控，监督企业在节能环保方面的执行和达标程度。另外，对于城市的河流和水源的水质等建立网络高清监控也是一个很好的手段。

5 应用实例：校园高清监控平台

校园安全目前已引起政府部门的高度重视，强化校园及周边的治安管理，推动“平安校园”，不断推进技防措施的建立和完善，防止不法分子进入校园制造事端；治理校园周边治安秩序打造平安校园，不仅要人防，更需要技术防范。

校园安防主要是利用视频监控系统、防盗报警、门禁系统、身份识别、巡更系统等各种硬件设施保障校园安全。

（1）系统原理

国际电联在ITU-R BT.1201建议书中提出了超高清晰度图像（HRI）的若干标准，其基本要素是图像的最小分辨率为1920x1080，HRI分四个等级，包括HRI0、HRI1、HRI2及HRI3，分辨率分别为1920x1080、3840x2160、5760x3240、7580x4320。所以根据以上定义，网络摄像机的分辨率至少要达到1280x720的标准，约90万像素，若采用200万像素的网络摄像机，如宽高比为16：9的网络摄像机，对应分辨率为1920x1080，宽高比为4：3的网络摄像机，对应分辨率为1600x1200。

由于目前视频监控以4CIF格式为主，图像分辨率最大为704x576，对于关键目标或区域存在图像不清晰等缺陷。为改善目前这种状况，系统中采用高清摄像机对大区域进行监控，同时对触发校园周界入侵的报警目标做高清抓拍处理，保存的图片达到20140万像素，分辨率为19260x1080，这样可以提高图片清晰度，同时为事件取证提供高质量图像。本系统的主要设备是安装在前端的智能识别器，采用DSP嵌入式结构，独立完成人像采集、图像识别报警、行为识别等功能，与报警中心数据交换，通过网络数据传输协议进行。系统中智能视频分析软件对输入的视频流采用对运动目标的检测、跟踪、分类技术，将视频内的目标经背景建模、目标分割、跟踪及分类等图像识别算法，完成由图像到事件参数的转变，从而实现对各种突发事件的实时检测。

此外，高清摄像机具有智能跟踪的功能，考虑到监控区域的大小和目标的细节，全景与特写是一个矛盾。如果摄像机的监控范围大，则不能看到目标的细节；如果看到目标的细节，则摄像机的监控范围会很小。为有效解决这个问题，由两个摄像机组成，其中一台摄像机作为主摄像机对大范围进行监控；一台摄像机观察目标的细节。当主摄像机检测到有可疑情况时，主摄像机发送指令控制从摄像机进行云台旋转和镜头缩放，锁定触发报警的目标并对其进行自动跟踪，使目标持续放大以显示在画面中央，这样可以看到更清晰的目标特征，有利于实时的判断和事后对照取证。

校园内值班中心或传达室设置服务器，采用人脸智能识别报警系统管理软件包与行为识别软件包。它的主要功能是实现人脸布控与行为识别。报警中心软件具有电子地图功能，报警发生后系统立即做出显示，显示报警的具体位置。由于报警中心使用了电子地图、语音提示、现场报警图像提示等人性化报警手段，降低了操作人员工作强度。同时将门禁系统、巡更系统、对讲系统、一卡通等统一集成在平台软件上。

（2）产品及实施过程

前端摄像机采用某高清IP摄像机，采用高清传感器，支持最高1920x960分辨率高清编码功能，分辨率可达到目前高清的最高标准1080p，而且能够支持电子云台功能，可以实现140°全景画面监控。与传统的模拟云台解码器相比，具有支持区域放大、无机械磨损、无噪音等优势。

针对硬盘录像机，采用可支持高清IP摄像机，可显示分辨率最高达1280x720。该硬盘录像机有较大的内存空间，为以后大容量硬盘的出现提供了更高的平台。同时可以实现实时在线的网络扩展存储功能。NVR提供本地显示、控制功能，可以显示IP摄像机实时图像，控制IP摄像机云台镜头，接收报警信息，对IP摄像机进行参数配置；还可以实现对IP摄像机的远程预览、录像、参数配置、云台镜头控制等功能。

服务器或计算机中安装智能视频监控系统管理软件，其作用是在传统视频监控系统的基础上融入智能分析技术，支持灵活多变的接入方式，提供高可靠性的数据存储，支持丰富的业务数据统计功能，具备应急指挥能力，并提供开放式软件接口用于集成。

该高清监控系统平台还与防盗报警、门禁系统、电子围栏与身份识别各子系统相联。

①防盗报警系统

防盗报警安装在校园的关键位置，如围墙、财务室等地安装紧急开关，不仅防盗而且在地震、火灾时对学生起动员作用。也可在发生意外时使学校可与外界联系，寻求帮助。

②门禁系统

门禁系统主要应用于学校重要部门的入口，可以有效地解决校园的安全隐患，为校园出入提供更安全的管理。用户采用非接触RFID感应卡出入大门，通过电脑编程可任意对卡片的使用时间、使用地点进行设定。系统还可以通过硬件触电联接或通过网关与闭路监控，防盗及消防报警实现系统间协调联动。另外，系统还遗留扩展LED大屏幕、短信通知模块、人体体温检测仪接口。同时管理工作人员的考勤，可以在相应的入口安装刷卡终端，构成门禁考勤系统。

③电子围栏系统

电子围栏系统主要应用在幼儿园，电子围栏是一种高压微电流的电子设备，由高压电子脉冲主机和前端探测围栏组成。当有不法分子入侵时，可延迟入侵时间，并把入侵信号发送到安全部门监控设备上，以保证管理人员能及时了解报警区域的情况，快速做出处理，保障校园安全。

④身份识别

身份识别系统应用在幼儿园与小学。家长通过RFID卡或指纹在学校门口或教室进行刷卡或指纹验证，系统自动识别家长身份，并立刻显示出孩子与家长的照片并记录时间，以便今后作为档案备查。

（3）系统的功能

智能监控管理平台软件与前端高清摄像机及智能识别器的结合，能达到以下功能：

①管理配置功能

◆支持监测智能分析设备的运转情况，对异常情况进行中心报警；

◆智能规则的配置功能，用户根据需求在视频中配置各项报警规则；

◆报警联动配置功能，用户可以根据需求配置智能报警联动方案 ；

◆跟踪系统标定功能，用户可以对跟踪系统进行标定，实现球机的自动跟踪功能。

②监控功能

◆支持在预览画面显示智能分析结果，包括显示警戒规则、目标框和报警信息；系统还具有视频预览、快球控制、电子地图等视频监控系统功能；

◆支持在报警列表栏显示报警列表，报警列表记录了报警的时间、事件类型、发生地点等信息，用户可以在报警列表中点击查看报警抓拍图片及回放报警录像。

③报警查询及日志管理功能

◆支持按时间段、监控点检索、回放录像资料；

◆支持按智能报警类型搜索及回放录像资料 ；

◆支持智能报警日志的搜索及管理功能；

◆支持下载、备份录像资料。

④智能事件后检索

支持对历史视频录像的事件分析与检索功能，检索包括嫌疑人的周界入侵、徘徊、物品拿取、停车等多种异常事件，支持对不同时间段的录像文件进行智能后检索，用户可以对时间段进行配置。

⑤异常事件检测

◆对非法闯入人员进行自动检测、报警。为防止有人未经许可闯入校园，需要对学校周界区域视频进行智能分析，对周界入侵行为进行检测；当检测到有目标入侵学校周界立即报警，并驱动球机进行自动跟踪，对入侵目标进行取证；

◆异常事件的自动检测。对学校周围重要区域的视频进行智能分析，对多种异常事件进行检测，包括物品拿取、物品放置、涂鸦、违章停车等异常事件的检测；

◆设备正常运行的自检测。为了保障高清监控系统的正常运作，系统需要支持摄像机异常状态检测功能，对摄像机的多种异常状态进行检测，包括视频线断开、摄像机被破坏及移动等。

⑥人脸识别与行为识别

对罪犯的人脸布控，将采集到的人脸自动与布控对象比对，如识别出与布控对象相似将立即报警。按人脸的联网搜索查询，同时实时现场人脸照片与布控库对象照片对照显示。能对嫌疑人的徘徊、聚集与对嫌疑人的智能跟踪，接收处理辖区内所有识别器的状态报警、警情报警。