基于大数据的平安城市监控与智能分析系统

□ 文/廖泽宇 蔡延光 黄戈文 蔡颢 任中明 黄司辉



基于大数据的平安城市监控与智能分析系统

□ 文/廖泽宇 蔡延光 黄戈文 蔡颢 任中明 黄司辉

引言

目前，视频监控已经全面进入智能化、实时化、、高效化、高清化阶段，使数据量大幅增加，即使是对TB级别的视频内容进行数据分析和检索都需要花费较长的计算时间，不足以反应实时性，做出最准确的决断，用户都期望对海量数据进行筛选进行高效高能使用，快速识别有效数据，提高数据利用价值，所以平安城市建设也应当在大数据时代下合理运用大数据处理。当下，IT技术发展迅速，产生的数据及其种类不断增加，我们只有在大数据时代来临之际，在实际中推动大数据的分析需求才能满足人们日益增长的需求，平安城市指挥中心应当实时摄取前端有效音、视频数据，再传输到高清大屏系统进行综合调度，高清摄像机给智能分析提供了比传统画质高出几倍的清晰图像源，再由大屏系统实时监测、信息录像、信息回放、智能分析，远程控制、报警等得到的准确的数据都将为平安城市的建设提供良好保障，使得城市安全保障再次提升，在大数据智能分析的基础下其终极目标也是高清化、网络化、智能化，高效化，实时化，基于大数据的平安城市监控与智能分析方案从此改变传统平安城市视频监控的系统结构模式。

系统结构与功能

基于大数据的平安城市监控与智能分析，主要指城市高清网络视频监控系统涉及到的音视频的采集、传输、存储、管理、共享等环节下获得的所需要的巨量数据资料，然后在基于大数据的新的处理模式对其进行智能分析，再实现统一指挥调度，实时保障城市安全。整个系统可分为前端音、视频数据采集、实时数据接入、城市指挥中心平台、数据存储以及数字高清大屏系统下进行调度等部分。前端音、视频数据采集主要包括：道路卡口、学校正门、闹市、城市街道、其他娱乐公共场所等，在上述区域进行实时监控、抓拍、智能分析。它使平安城市指挥中心及时把握现场的详细情况，通过高清大屏系统中的高质量的画面给监控人员或者是后端智能分析系统，再通过智能分析可以对监控现场实现事前预警提示或应急处理。在相应的区域构建前端高清监控子系统实现对每个区域具体情况的详细记录，监控、抓拍，同时将各区域的实时视频资料，集中在数字高清大屏上无缝隙显示播放，实现城市统一调度，资源共享，对视频内容及时进行数据对比，使相关部门的工作效率大大提高。为城市的平安和谐构筑一道高清视频安全监控网。

（一）系统总体架构

除基础通讯网络外，本系统由7个功能子系统组成：1）视频、音频、控制信号等前端资源采集子系统；2）视频、音频数据信息存储子系统；3）数字高清大屏视频会议联动子系统；4）基于大数据的智能分析与控制子系统5）异常事件管理、报警子系统；6）客户端管理子系统；7）高清卡口抓拍子系统；主要系统总体架构见图1。

（二）硬件总体结构

平安城市监控与智能分析是以维护城市安全和谐为原则，以高清智能摄像机及数据采集系统为基础实现音视频数据自动采集、智能精确分析，并实现城市各监控区域现场全天候监测管理、必要的抓拍管理、异常管理、预警管理、决策支持等，覆盖整个城市公共区域的各个方面，实现24小时连续监控、文明、和谐、透明、高效管理。

平安城市监控与智能分析最主要还是实现监控人员能够在中心指挥工作室通过实时采集的全城市各区域的音视频信息实时调度、及时通知有关执法部门做好预警处理等工作。而中心指挥工作室也会按城市各个区域采用SDLP（Super Digital Light Procession）无缝隙智能数字高清大屏系统，全天候监测全城市各区域实时发生的状况，并将所提取的音视频数据有效存储，实时将负责城市安全工作的有关部门领导人所需要的、经智能分析后的数据及时提交，供其进行决策。这样也能大大提高有关部门处理突发事件的效率，为城市安全建设提供准确的使用材料。，同时SDLP无缝隙智能数字高清大屏系统能满足平安城市监控的音视频显示无缝隙分离、实时分区域管理、及时捕获图片帧、能耗低，便于第三方系统接入等要求，准确的显示城市各区域现场视频、各区域车流量、人流量状况、道路安全状况、道路拥堵状况、及时定位信息、实时监控信息、统计信息、抓拍信息、设备与视频报警信息等，支持城市区域安全、人员、有关执法部门等信息的关联显示。硬件总体结构如图2所示。

图1　主要系统总体架构

图2　硬件总体结构

1、大屏显示系统

SDLP无缝隙智能数字高清大屏系统的使用，很好的将城市安防升级到了一个全新的高度，相对于其他大屏幕显示系统其具有如下特点：

（1）无缝大屏显示：可完整地显示高清超大图像且无物理缝隙。

（2）容易接入：可实现各类信号源完整显示，实现高清显示。

（3）色域统一：智能控制光机像素点，实现色彩统一，画面色彩失真极低，显示效果细腻柔和。

（4）能耗低：其耗能约为同尺寸大屏显器的40％，既环保又节能。

大屏显示系统可根据城市区域地理位置将音视频资料进行自主合理划分，完成音视频、数据综合显示。实时显示城市各公共区域现场视频、道路状况、车流量、人流量状况、突发状况信息、实时监控信息、实时统计信息、机台报警信息、有关部门实时响应信息等。

2、视频前端编码设备

城市高清网络视频监控系统前端监控资源采集的视屏前端编码设备主要是用了如下设备：

（1）高清网络枪型摄像机：分辨率为1600×1200，2MCCD，压缩方式为H.264，压缩输出码率：32 K～2M，也可以自定义（上限16M，单位：bps）；音频：G.711，G.722可选，采用HDMI视频输出接口输出，显示尺寸可达1600×1200，25fps。非常适用于平安城市建设的需求。

（2）标清网络高速球机：采用130万1/3英寸超大图像传感器，F1.4超大光圈，夜间监控出色，采用TI高性能DSP，支持1280*720/30fps实时输出，最高支持1280*960/15fps的视频输出。图像分辨率：主码流（1280*960、1280*720）辅码流（D1）。

（3）高清卡口抓拍设备：对全城市监控区域的人员流动、车辆流动、交通道路状况等进行全天候实时监控并记录相关图像数据。前端处理系统对其进行分析，从中自动获取突发情况产生的时间、地点、相关案发人员体貌特征等数据。同时将捕获到的数据传输到平安城市道路卡口系统控制中心，将该数据与数据库进行数据存储、查询、比对等处理，当发现违法、违规或自然条件破坏、交通堵塞等情况时，系统会自动向拦截系统及相关部门人员发出预警通知。

（三）软件架构

图3　智能制造系统需求响应软件架构

采集传输层包括音视频数据采集模块、位置信息采集模块、图片信息采集模块、文字信息采集模块、天气状况信息采集模块。通过平安城市监控摄像头将各公共区域的实时音视频数据进行采集，进行定位，获取有效的图片信息和文字信息，并获取该区域此时的天气状况，综合进行智能分析，为安全城市建设提供高效、准确、实用、直观的元数据信息。

网络传输层包括公安专网、GPS、社区光纤专网、互联网、现场总线，用于有效传输前端采集的音视频信息、位置信息和提前预警反馈信息等。

数据层管理包括空间数据引擎、数字交换引擎、数据管理系统、收发信息管理系统。

平台层包括实时监控平台、服务接口管理平台、视频管理平台、运维系统平台、大数据智能分析平台、WEBGIS管理平台、信息收发平台、预警处理平台。实现多平台合理有序调控，实时监测城市各区域所发生的事件，进行智能处理，做到及时预警通知。

控制层包括告警信息采集系统、决策分析处理系统、性能信息处理系统、报表信息处理系统。对城市中产生的突发预警及时处理响应，通知有关部门处理，将决策信息进行反馈，及时调度城市安防。并时刻监测系统整体的性能信息，是系统时刻保持在最佳状态下运行，并将城市内所发生的安防及处理方式等数据及时上报并备份存储。

（四）系统功能

平安城市指挥中心要拥有能够覆盖整个城市的集成式、多功能、高效率、综合性智能网络系统。该系统通过前端设备对城市各区域视频监控数据的采集，再由网络传输至监控中心管理平台由智能高清数字大屏系统显示，并将视屏数据存储经大数据智能分析后获取有价值的数据信息，再反馈到城市安防有关部门做出及时处理。系统由7大功能组成：

（1）视屏监测功能：主要是通过前端摄像头所获取的音视频数据信息，通过数字高清大屏显示放映，直观的的监测城市各区域实时的动态。

（2）查询功能：通过视频信息定位，查询警情发生地点的人员、就近警力、周边环境等信息。

（3）智能安防调整功能：高效智能分析突发警情，智能调整城市安防巡逻重点、警力调度、防范布控，及时整理出最佳预案。

（4）智能追踪功能：能有效识别锁定与警情发生有重大联系的人员，将其体貌特征、所用交通工具、案发时刻状态等信息及时录入，并对其测速，跨摄像机，连续追踪。

（5）大数据信息共享分析功能：可以将城市各安防救助部门（政府、医院、抢险、应急、基金会等）提供社会联合，将各部门有关城市安防的数据进行共享，再由大数据智能分析平台对各部门共享的数据进行云台处理，实现宏观调控，有序布置执行各部门当前安防任务，建立起城市综合安防保障中心。

（6）手机视频监控功能：通过智能手机进行远程的视频监控，手机能实现完整的平台客户端，可以对视频远程观看、大数据智能分析、云台控制、分级视频管理。用户可选择手机联动，在突发事件发生时，用户会接受到短信提醒，提示打开远程手机视频，进行监控操作，使视频监控可以不只是依赖电脑，且手机监控没有时间与地点的限制。

（7）视频图像高清晰化和存储网络化功能：视频监控图像画质高清晰度达到D1或Full D1的技术指标，视频存储的时间更长久，并且使存储网络化，实现多线布局。

大数据在平安城市监控与智能分析中的应用

随着城市安全视屏监控的发展，视频监控所产生的数据量也随之海量增加，我们需要对巨量的数据进行智能分析，分析大数据产生小数据，提取可用数据片段，建立摘要信息形成团数据信息库。在对海量历史数据实现精确快速检索，对形若不相关的数据进行关联就很需要引入大数据技术。在城市区域视频监控系统里，有四类关键性技术在发挥重要的作用：

（1）智能分析能力：采用图像识别算法，对音视频数据分析，对图像内容和行为用结构化或半结构化语言描述，为城市视屏监控大数据分析与运用提供基础。

（2）大数据处理能力：采用大数据分布式处理技术，形成面向大数据的分布式存储与数据管理框架，实现数据的清洗/转换/装载，形成可用数据信息的汇聚。

（3）数据挖掘与分析能力：对音视频数据信息实现高效利用，并与非视频数据整合分析，挖掘事件关联及产生模式，提升数据价值。

（4）可视化展现能力：由SDLP对视频内容快速检索、比对、呈现，并与GIS平台、预警处理平台等城市各区域平台视图整合显示，提高视频数据实用性的能力。

在大数据时代里，对海量的城市各区域音、视频监控数据背后的价值信息挖掘，实时高效反馈内涵知识用以辅助决策判断将会是未来视频监控应用的发展方向。

结论

平安城市的建设难度系数大，整体性很强。建设高清平安城市监控与智能分析系统时，我们需要综合思考，立足于基础架构，同时优化各个环节，而不是各产品毫无规律的简单组合。我们应借鉴之前的平安城市建设的好的设想与经验，保证高清网络视频监控本身所带来的变化，认真思考实时传输、实时分析、实时反应、实时存储、高效率、高精度管理平台等环节，保障好城市的安全与和谐。

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