视频结构化分析技术推动智慧城市大数据发展

□ 文/李 昊

视频结构化分析技术推动智慧城市大数据发展

□ 文/李 昊

智慧城市建设的挑战

十八大报告指出“坚持走中国特色新型工业化、信息化、城镇化、农业现代化道路，推动信息化和工业化深度融合、工业化和城镇化良性互动、城镇化和农业现代化相互协调，促进工业化、信息化、城镇化、农业现代化同步发展。”

当前，能源短缺、交通拥堵、环境污染、社会治安、城市规划、社会保障等城市病的加速蔓延成为城市发展面临的主要问题。纵观人类历史，从农业社会到工业社会再到信息社会，每次变革的背后都是科技进步在推动。信息社会具备几个主要特征：

1、信息网络泛在化，高速宽带融合无线的信息基础设施将联通所有人或物

2、公共管理高效化，精细管理、高效透明、将成为公共管理的必然趋势

3、经济发展绿色化，高效、安全、便捷、低碳的数字经济将蓬勃兴起

4、日常生活数字化，科学、绿色、便捷的数字化新生活将变成现实

5、公共服务网络化，虚拟化、个性化、均等化的社会服务将无所不在

智慧城市的目标是科学发展、高效管理、和谐社会、美好生活。从技术看，智慧城市是以物联网、互联网等通信网络为基础，通过物联、互联、智能，让城市中各个功能彼此协调运作，以智慧技术高度集成、智慧产业高端发展、智慧服务高效便民为主要特征的城市发展新模式。从本质看，智慧城市是充分利用现代信息通信技术，汇聚人的智慧，使汇集智慧的人和具备智能的物互联互动，互补互促，以实现经济社会活动最优化的城市发展新模式和新形态。

智慧城市的特点是通过数字、互联、感知、智能等先进技术，从而实现一体化协同，进一步实现信息系统的整合，将虚拟世界与物理世界融为一体，进一步将信息化与工业、城市、生态融为一体。使城市规划建设和管理服务等各功能单位之间，城市政府和企业居民等各主体之间更加协调，实现和谐发展。通过人、物、政府、企业之间的互动实现城市治理模式和发展的创新。将城市资源配置最优利用，经济活动成本更低、效益更好、速度更好、精度更高、满意更多。

大数据是智慧城市的核心

智慧城市系统属于数据密集型科学，它不只是追求丰富的物质资源，也不只是移动互联网带来的多样化便捷信息服务，更包含非物质的数据资源的价值发现和价值转换，以及由大数据带来的精神文化领域的崭新现象。数据来源于人类测量记录分析世界的渴望和追求。随着信息技术，尤其是传感器、通信、计算机和互联网技术的迅猛发展和广泛应用，人类获取数据的手段越来越多，速度大大加快，成本急剧降低，层次和尺度更为精细，从而让大数据成为信息社会的重要资产。

大数据的特征是大量性（规模超大、不断攀升）、高速性（高速产生、处理高效）、多样性（种类多样、来源多样）、低密性（有用数据提纯）。每天，各行业的大数据都以10的三次方数量级增长，如何从中发现价值？海量数据给常规技术（获取存储管理、处理传递共享、关联聚类分析）带来了众多挑战。为了解决这些问题，通常从三个方向入手：

核心支撑：借助机器学习、数据挖掘、数据融合等技术。

架构支撑：采取众包、并行数据库、云计算等方式。

辅助支撑：借助信息安全、智能搜索、可视化等技术。

现在是大数据、小模型、小定律交叉，即使是同一类问题，每个城市也都不一样，所以模型和程序要围着数据传。结构化数据通过数据库或者数据仓库解决，半结构化数据使用网页和搜索引擎等技术解决，非结构化数据使用深度学习、网络交互和群体智能解决。此外，大数据驱动云计算架构中心的进化，云计算的应用评估要充分考虑大数据的不确定性和价值的隐蔽性。

云计算为大数据提供支撑

近年来国家高度重视并大力推动云计算及其产业发展，云计算产业快速增长，2014年突破了1000亿元。云计算的发展带动了信息制造业、软件和信息服务业的快速发展，云计算已从技术导入阶段进入到了产业蓬勃发展、应用迅速普及阶段，国务院发文明确提出：到2020年，云计算应用基本普及，云计算服务能力达到国际先进水平。

云计算是信息化重要形态和大数据的重要支撑。近年来云计算系统的发展可分为四个阶段：

1、提供技术，以IOE为代表，为用户提供相关的技术，硬件和数据由使用者自己负责，这也是互联网出现之前的主要思路。

2、基础设施租赁，即IaaS时代，为用户提供所有的基础设施，用户可以按需选择是否使用服务提供商的技术服务。

3、提供SaaS，将软件作为一种服务提供。

4、数据即服务，提供商交付的是一种见解，不再是单纯的技术和硬件。通过挖掘行为信息，分析特征来提升用户体验、提炼商业价值、解决决策问题。

平台城市系统建设趋势

在海量数据中,视频因形式直观内容丰富，已成为一种极为重要的数据形式。如今,视频摄像头在生活中已经随处可见,无论是室内还是室外,小区还是商场,各种社会公安安全场所都有监控系统在发挥作用，尤其是在维护稳定、反恐处突、治安防范、侦查破案、服务群众等工作实践中，视频监控技术在构筑全天候全方位治安防控体系中具有强大的优势。视频监控技术通过实时显示监控区域现场图像和回放历史场景的功能，具有发现犯罪、预防犯罪、威慑犯罪和锁定目标、提供线索、固定证据等重要作用，已经成为继刑侦、技侦、网侦技术之后的“第四大技术支柱”。

从2004年开始,我国就开始了平安城市的建设,通过以点带面的监控系统建设,实现摄像机之间的联网和视频数据的共享,为城市安防等提供信息支撑和保障,这要求监控系统实现网络化和智能化。为增强打防管控的系统性、整体性和协同性，切实发挥治安防控的整体效能，中办国办先后印发了《关于加强社会治安防控体系建设的意见》,国家发改委、中央综治办、公安部等9部委联合印发了《关于加强公共安全视频监控建设联网应用工作的若干意见》,要求进一步加大视频监控网建设力度，扩大视频监控覆盖范围，加强视频图像领域的关键技术攻关,针对提升视频图像信息应用效能等方面提出了明确要求。

智慧型平安城市的大数据应用，集中体现在公安实战应用平台和交通指挥管控平台的建设，要求在目前公安视频联网共享平台的基础上，引入智能视频应用相关技术，将自动提取视频特征与人工标识相结合，关联现有信息综合资源库，与刑侦、技侦、网安、情报等部门信息结合起来，建设高效实用的图侦业务系统，提升视频监控图像在增加识别、智能化感知、主动预警等方面的应用水平，整合跨警种、跨平台、跨部门之间的数据，实现跨区域跨部门的信息分析，为科学决策提供依据。

公安大数据面临的主要问题

视频作为基础资源，提供了大量的图像信息，但存在如下问题：1）民警主要关注的是图像中的人、车、物、事件等基础情报信息，而实际上监控图像资源中包含大量冗余的数据信息。目前缺少自动提取与挖掘关键信息的手段。面对日益庞大的视频数据,想要快速准确地找到用户感兴趣的内容十分困难。2）视频图像占存储空间大，监控视频数据通常只存储一个月，关键信息无法得到长时间保存。

从形式上看，数据可以分为结构化数据和非结构化数据。大数据时代，绝大部分数据是非结构化的图像和视频数据，大数据在一定程度上就是意味着视频大数据。因此，在智能化的视频监控系统当中,除了基本的人工监视和数据记录以外,一定要对监控视频进行结构化即智能化处理,需要对视频当中的人、车和其他重要事物进行识别、检索和行为分析,并根据结果提供适当的提示。在对视频的智能处理当中,视频检索技术显得尤为基础和重要,

视频检索主要有文本检索和内容检索两种方式：

基于文本的检索——通过对视频进行人工标注，将图像信息转换成文本标注（相当于增加标签），通过文本检索的相关技术如关键字技术进行检索，这种方式对视频信息内容进行了压缩，简化了查询的流程，提高了检索速度，减少了检索的数据量和时间成本，一般对视频信息内容会有语义上的概括，比较适合利用主题查询的场景。但是人工标注耗时较长，受标注者主观影响较大，用户有时并不能准确描述其所想搜索内容的主题，关键字提取困难，而且由于标签难以完全概括视频内容,导致查询的准确度并不高,检索结果差强人意，这也导致了传统的基于文本的视频检索方式越来越不能满足用户需要。

基于内容的检索——用户希望的是有形式更为丰富的输入,如不仅限于关键字等,可以利用图例、草图、语音描述等等来作为搜索输入条件。而检索的内容也不限于视频的主题,而可能是视频中某一个场景的故事,某个镜头是否发生了某种事件等等。因此，综合利用数字图像处理、模式识别、图像理解和机器学习等多种技术,通过对视频内容进行语义上的理解，结合视频的前后时段信息，组合用户的各种检索条件实现快速检索，已经成为目前视频检索领域研究和发展的重点。

现有视频监控网络存在着缺乏深度应用的模式。其应用的瓶颈是视频信息如何高效提取，如何同其他信息系统进行标准数据交换、互联互通及语义互操作。解决这一问题的核心技术即是视频结构化描述，通过视频结构化分析技术和大数据、云计算等技术，实现以机器自动处理为主的视频信息处理和分析，快速提取实时监控视频或监控录像中的视频信息，使得安防平台能够对监控区域的录像文件进行特征分析（如人、车、物、颜色、大小、方向、时间、地点等），使原来需要数小时查看的文件，以十几倍的速度快速浏览查看。

实现视频结构化的技术路线

目前公安实战应用平台的建设重心主要包括：前置智能分析和结构化数据上传、构建图像信息数据库、强化视频侦查/态势分析/指挥调度等业务。其中，前置智能分析技术尤为关键，它可以提供基于人车目标的特征提取，实现基于事件的信息挖掘，将结构化数据写入H.264或H.265视频流中回传到中心平台，将图像信息转换成有价值数据，形成视频线索，协助民警快速办案。下面，以天地伟业推出的星卡口产品为例，介绍前置智能分析的具体应用。

针对城市道路监控系统前端摄像机的星卡口技术，是面向城市治安防控和交通管理的融合型应用。在满足常规道路监控系统对道路断面全覆盖的视频监控需求以及全天候的高清录像需求的同时，实现了全画面视频检测、视频跟踪、车牌识别等多种技术应用，让道路监控摄像机，不仅采集视频，还可以检测抓拍车辆通行轨迹、自动识别提取车辆特征属性（车牌号码、车牌颜色、车身颜色等）。以天地伟业推出的星卡口系列智能道路监控摄像机为例，具备如下特点：

●具备视频监控、卡口功能，一机多用，支持H.265、H.264HP/MP/BP、M-JPEG编码，适用场景广泛

●采用星光级CMOS传感器，超低照度，无需专用的补光灯可得到清晰的抓拍效果，降低了系统建设成本

●相比标准卡口视野更广，无需正对车道即可有较高的抓拍率和识别率，安装方式同监控相机立杆，布点方便，施工成本低

●支持结构化语义，支持智能识别功能：内置车牌识别功能、车牌颜色识别功能、车身颜色识别功能、车型识别功能、车流量统计；支持机非人抓拍

●抓拍率：白天三车道（从近到远）分别为90%/90%/80%，夜间三车道（从近到远）分别为90%/80%/80%

●识别率：白天为90%，夜间为80%

星卡口技术解决了传统的视频监控系统中，针对海量视频录像，投入大量人力进行人工查证的问题，实现了事后查证到事前防控的转变。它适用于城市道路、主干道、次干道、支路等城市道路环境，主要用于次干道及支路的道路路面监控。

星卡口系列智能监控抓拍摄像机在满足日常视频监控需求的基础上，通过实时智能识别、轨迹跟踪，准确记录过往车辆经过的信息，清晰辨别车身、车牌号、车型等特征，包括机动车经过的地点、行驶方向、经过时间、号牌号码、号牌颜色、车辆类型等内容。同时自动对车辆牌照进行识别，包括车牌号码、车牌颜色和车型等，通过对运动车辆的运行轨迹分析、视频跟踪，达到准确抓拍。星卡口产品通过智能车牌角度检测、倾斜矫正和图像旋转等高科技手段，支持大角度识别，在斜视角度下能提高识别准确率，并具备视频测速功能，达到准确识别出车牌信息的效果。此外，该产品还具备非机动车和行人检测功能，记录信息更全面，这些实时记录的信息，直接传到公安实战应用平台，实现视频结构化数据存储，减少了人工查询海量视频录像的压力，能够快速检索特征信息，定位到指定时间段的视频，提高了公安、交警查办案件的效率。

结束语

在管理层逐步融入数据化思惟，应用大数据是不仅是验证或者证明我们已经知道的，而且还要发现我们所不知道的。智慧城市正在成为城市发展的一种理念、模式、创新和目标，也是传统城市的改造和新生，将促进城市的转型升级。

作者为天津社会公共安全产品与技术检验中心主任