基于警用微小型无人机的视频图像侦查系统初探

摘 要：视频监控是城市公共安全管理的重要手段之一。视频图像侦查是一种有效的侦查方法，在公安机关侦查实战中得到应用和验证。本文梳理了视频监控体系和警用无人机的发展脉络，分析了微小型无人机及其视频载荷的功能性能，提出了一种智能的视频图像侦查应用系统的总体结构，指出了系统的关键技术问题，估计了未来相关技术和系统的发展趋势。警用微小型无人机将以其灵活部署等特点成为固定网络视频监控体系的有力补充。

关键词：视频监控系统；视频图像侦查；警用微小型无人机

中图分类号：P231.5；V279.3 文献标识码：A文章编号：2096-4706（2018）07-0013-04

Abstract：Video-monitoring is an important means of urban public security management. Video image investigation is an effective detection method，which has been applied and verified in the investigation actions of police department. This paper discussed the development of video-monitoring systems and police UAVs，analyzed the function and performance of micro-UAVs and their video load，gave the framework of an intelligent video image investigation application system，listed the key technical problems of the system，estimated the future trend of the related technologies and systems. Police Micro-UAVs will be a powerful complement to the video monitoring system of the fixed network with its features as flexible deployment.

Keywords：video-monitoring system；video image investigation；police micro-UAVs

0 引 言

视频图像侦查主要通过视频监控数据的调取、关联、分析、比对，获得侦查线索和犯罪证据，是一门综合了视频监控与识别技术、电子信息显示技术、计算机技术及其他信息捕捉技术、数据库技术和公安侦查技术的综合侦查方法。[1]

近年来，中央统一部署实施了“金盾计划”“天网工程”等重大专项建设，各地积极推进“平安城市”的构建，大量的视频监控设备得到广泛布设。[2]视频监控也逐渐从最初私人和商业领域的安全防范，逐渐转为公共安全预防和行政监管的重要途径，最终大量地应用于公安机关的侦查工作。

随着视频监控数据的日益丰富，利用视频监控图像为侦查服务已经成为一种重要的侦查手段。特别是在城镇化快速推进、警力资源分布相对紧张的时代背景下，视频监控系统及视频图像侦查技术在预防犯罪、侦破案件中作用凸显，在公安机关安全保卫和案件侦查实践中扮演着越来越重要的角色，业已成为刑事技术、行动技术、网侦技术之后的第四大侦破支撑技术。[3]

当前，视频监控网络主要采用分批布设、固定点安装的方式开展建设，因此也无可避免地存在组网布局不尽合理、盲区死角无法覆盖等问题。对于城市监控覆盖稀疏区或郊野无覆盖区域发生的突发犯罪活动，视侦技术容易陷入“无用武之地”的困境。[4，5]因此，运用便于抵近部署的微小型无人机及其视频载荷，实施动态视频监控，结合视频图像侦查技术，可以有效填补固定监控网络的短板，大大提高主动性、实时性和灵活性。

1 视频监控体系的发展和应用历程

视听资料具有独立的法定证据地位和饱满的证明效力，使得视频监控资料在司法领域发挥着重要作用。[6]视频监控系统是部署用以采集视频监控数据的综合信息系统。一个典型的视频监控系统应包括视频信息采集设备、监控中心、视频信息存储设备、监控信息输出端等部分，结构关系如图1所示。

视频监控系统自诞生起经历了三个发展阶段：20世纪90年代以前的闭路电视模拟视频监控系统（AVS，Analog Video Surveillance）阶段、20世纪90年代中期以后的基于视频流的数字视频监控系统（DVS，Digital Video Surveillance）阶段、21世纪以来以网络传输为基础的远程智能视频监控系统（RIVS，Remote Intelligent Video Surveillance）阶段[7]。当前，我国建设和使用的视频监控体系以第三代RIVS系统为主。

2005年“7·21”公共汽车爆炸案发生之后，我国加快了视频监控体系的新建和集成，开始实施“金盾计划”。随后，公安部和科技部联合推进科技强警战略，开展了“3111工程”等项目试点，重点建设城市监控、报警系统。[8]2009年，为进一步满足城市治安防控和城市管理需要，对固定区域进行实时监控和信息记录的视频监控系统“天网工程”逐步部署推开，大都采用“综治牵头组织、电信建设维护、公安管理使用、政府分级投入”的运作模式，将监控系统建设与综合防控紧密结合。[9]

视频监控体系的应用过程，也是视频图像侦查技术的应用推广过程。在业务工作中，各级公安机关高度重视视频监控系统的建设、运用和完善，专门成立视频侦查支队，加强运用视频资料侦破案件，在业务工作中进行基于视频监控数据的信息研判、视频侦查，归纳出基于视频监控系统的“预先干预侦查法”“捕捉现行侦查法”等多类视频图像侦查方法，涌现了一大批理论和实践成果，有力地打击和震慑了犯罪。[10]

目前视频监控体系的建立主要基于定点布网，造成了监控区域的相对固定，一定程度上放大了视频采集设备布设、覆盖面的局限性。

以湖南省长沙市为例，截至2017年，该市的“天网工程”一期、二期就新建34222个视频信息采集设备，另外接入银行、医院、学校、交通等社会资源的视频采集设备36342个，另有21597个设备在三期投入建设。[11]对党政机关、金融单位等重点部门和城区主次干道、商业繁华街段基本实现全覆盖，车站、星级宾馆、大型娱乐场所、大型市场等治安复杂场所安装率也超过90%，但是视频信息采集的连贯性不足，仍有许多老旧居民小区、城郊区域道路等视频监控覆盖较少，甚至个别区域仍是0监控，出现了犯罪团伙针对监控设备布设而利用反侦察行为作案的情况。

据此可以发现，现有的固网视频监控体系存在如下问题：

（1）视频监控点分布不均匀，组网布局不尽合理，城内和城郊仍有监控盲区。

（2）视频监控空间结构相对固定，容易遭到反侦察手段对抗，形成“无监控、无DNA、无指纹、无手机”的局面。

（3）视频监控设备由不同单位在不同时期布设，性能差异大，后续维护不到位，造成监控画面参差不齐，甚至有的数据不可用。

（4）城市空间变化迅速，监控设备因城建变化而降效失能现象明显增多。

上述问题表明，当代的视频监控体系需要一种部署灵活、主动性强、性能可靠的监控视频采集和分析技术作为补充手段，从而实现进一步的效能提升和完善。

2 警用无人机的应用

无人机（UAV，Unmanned Aerial Vehicle）是无人驾驶飞行器的统称，指不搭载驾驶人员，利用无线电遥控设备或机载设备实施飞行控制的飞行器。无人机最先应用于军事领域，以更高的战场环境适应性和更低的运行成本而用于各种高风险任务，后来逐渐商业化后更广泛地在公共安全等领域得到应用。[12]

无人机按照用途规格可分为微小型无人机、轻型无人机、小型无人机以及大型无人机。具体区分如表1所示。

2006年以后，世界各地开始陆续出现使用警用无人机执法的案例，但当时无人机集成制造技术尚不成熟，警用无人机体积较大，目标明显。2011年以来，北京、广东、湖北、江苏、新疆等地的警方开始探索警用无人机的运用模式，主要应用于大型活动安保、道路交通监控、查缉毒品种植等。

随着无人机小型化技术发展，微小型无人机的应用越来越广泛。截至2016年12月，湖北省武汉市各警种、部门已经配备50多架警用无人机，广泛参与大案要案侦查、反恐处突、大型活动安保防护等重要任务。其中，多数为微小型无人机。在2016年的“7·16硚口、江岸命案”“9·19东西湖命案”中，警用微小型无人机还通过搭载最新的红外夜视摄像头进行空中夜视搜索，快速扫描嫌疑人可能藏匿区域，有效缩小围捕范围，为公安干警快速抓获犯罪嫌疑人提供关键决策信息。[13]

当前警用无人机尚未实现任务引导的完全自主飞行，仍需从地面进行指控。警用无人机系统主要由4个子系统组成：飞行与控制子系统、功能载荷子系统、地面指控子系统和数据传输子系统。其工作原理是：地面人员通过地面控制子系统操控搭载有不同功能载荷的无人机飞抵相关空域执行任务，通过机载数据传输系统回传采集信息到地面接收机。如图2所示。

一般警用无人机的优点在于：采购、培训和维护费用进一步降低；机体积小、速度快、效率高，机动灵活性强；信息化、标准化程度高，都可以执行现有公安通信装备标准，与各级监控和指挥系统可无缝对接。[14]

现代微小型无人机更有三个突出特点：高机动性的位姿变化、高灵活度的负载组合和高效能的无线传输。这些特点与警用装备的需求十分契合。因此，当前在公安业务中运用最多的就是微小型无人机。但是在更多的情况下，警用无人机主要用于空地一体化的应急通信系统构建，实现复杂条件下的应急通信保障，[15]在视频监控方面的理论和应用方法研究较少。

3 基于警用微小型无人机的视频图像侦查系统

如前所述，如果充分发挥警用微小型无人机的灵活载荷和高效传输功能，就能够以更加主动的姿态、更加灵活的位置接近和监控关键目标，以更智能化的技术手段提取人眼所不能直接发现的关键信息，在一定程度上可以完善固定布设的视频监控网络的布控覆盖程度，进一步丰富视频图像侦查的理论和实践。

本文针对这一思路，提出基于警用微小型无人机的视频图像侦查系统，作为传统视频图像侦查方法的补充。

3.1 系统构成

该系统由警用微小型无人机、地面指控中心、数据分析中心、高速通信网组成。

其中，警用微小型无人机可以挂载不同焦段、不同波长、不同分辨率的视频采集载荷；采集所得视频数据通过高速通信网传至数据分析中心；数据分析中心执行多源视频图像的判读、分析、关联、挖掘等技术功能，提供关键决策情报到地面指控中心；地面指控中心根据情报定下行动决心，实施同步行动。如图3所示。

3.2 主要功能

该系统主要提供多角度、多姿态的实时监控数据采集和情报分析服务。由于警用微小型无人机的机动型和载荷灵活性，使得采集到的监控视频数据具有了频谱维、时间维、空间维的多维度特性。具体包括：

（1）基于多维图像的时空要素分析。由于微小型无人机在每次任务前都是匹配时间基准的，因此，采集所得的多维图像天然具有时间属性。另一方面，微小型无人机可以快速爬升到相对高的位置，居高临下地俯瞰整体信息，对重点场所、犯罪现场等大面积关键地域进行态势总览和搜索，也可以进入到某些不利于侦查勘测人员进入的密闭、危险空间，进行影像采集和取证。综合时空影像数据可以在视频图像侦查中依据人、车、物、事等因素的变化数据判断案件发生的具体时空因素。

（2）基于多维图像的目标人特征分析与匹配。传统的定点式监控视频对于目标人的识别有着距离的限制。试验表明，若摄像机分辨率为1080p，视频采集端焦距为12mm时，目标人的人脸识别的最大距离约为12米；焦距为50mm时，人脸识别最大距离约为49米。而微小型无人机可以按照地面站的要求进行空间位置和姿态的调整，在短时间内提供多距离维度和多角度的面部特征、衣着特征、动作特征等信息，供后端进行特征提取和匹配，以供后续侦查判断之用。

（3）关键物识别与信息提取。由于图像频谱和空间角度多样化，微小型无人机监控视频不仅可以对关键物外部特征的差异（如车辆的铭牌、尾翼、车门、车窗、轮毂、刹车灯位置等）进行精确判定，更可以检测出关键物上肉眼不可见的碰撞、血液痕迹等信息，从而为案件侦查锁定物证依据提供更充分的信息支撑。

（4）信息关联检索。由于犯罪活动的空间特性，往往同一犯罪行为的过程在不同空间完成，导致传统视频监控网络必须依靠多个监控视频才能获得相对完整的关联素材，这无疑又增加了时空同步方面的难度。微小型无人机一方面可以通过飞行轨迹规划和姿态调整进行完整行为的动态跟踪锁定，将更多关联信息纳入同一信息来源，从而大大降低信息关联检索的难度；另一方面自带定位导航功能，空间信息可以与电信记录、消费行为等其他信息进一步关联。

上述功能将大大补充和强化视频监控网络的实时性和有效性，给予地面指控中心更加丰富的动态决策情报支撑，引导警力针对在传统固定监控网络覆盖的盲区、薄弱区发生的实时警情采取主动行为，为布控、侦查、取证、勘测、引导攻击等战术动作提供更有力的保障支撑手段。

3.3 关键技术分析

视频图像侦查技术是一门综合侦查技术。基于警用微小型无人机的视频图像侦查系统只是集成了微小型无人机和高效通信网等设施的系统级应用手段，是飞行测控、通信传输、图像识别、数据挖掘等多学科技术的集成。系统的主要关键技术如下：

（1）高精度的无人机平台飞行控制技术。该技术包括飞控信号的稳定传输技术和面向任务的飞行器自主控制技术，主要解决复杂气象、电磁环境影响下的飞行平台导航、制导与控制的稳定性和可靠性。

（2）动态视频影像的结构优化、传输与解析技术。警用微小型无人机采用无线传输方式，带宽和码流率受到严格限制，而飞行平台的空间位置和姿态处于持续变化当中，必须通过影像数据的结构优化等方法，提高传输的效率和稳定性，兼顾处理中心的解析效率。

（3）基于多维图像的目标特征分析与匹配技术。充分利用警用微小型无人机平台获取数据在空间、频谱、时间等维度的多样性，对于关键人、重点车、涉案物等目标的特征进行多维度的分析、提取和匹配，为侦办人员提供高效的参考依据。

（4）基于动态视频图像的信息关联技术。充分运用图像处理、模式识别和深度学习等技术的最新成果，在数据分析中心段进行动态视频图像内“人—物”“物—物”等信息的关联提取，利用飞行平台位姿可测的特性反演关键人、物和行为的空间位置，形成完整的行为证据链。

3.4 发展趋势

在科技强警的时代浪潮中，警用装备——无论是视频监控系统还是微小型无人机——都出现智能化、一体化的总趋势，正向着以实现监控、预警、报警、接警、出警、处置的自动化方向迅猛发展。

基于警用微小型无人机的视频监控侦查系统虽然目前只是一种设想，但是在监控覆盖范围不断扩大、覆盖密度不断提高、视频运用效率和重要性不断提高的大背景下，将出现如下趋势：

（1）动态巡逻常态化，全面延伸至固网视频监控系统以外，扩大城市以外的覆盖范围。

（2）抵近监控实时化，应对实时警情机动部署、抵近配置，开展同步布控侦测。

（3）多机协同群组化，多机多角度提供视频监控数据，提升数据融合与信息解析效率。

（4）识别响应智能化，利用人工智能和深度学习技术挖掘警务深度需求，在大样本库和案例库中反复训练，针对不同警种、不同人物及时更新定制系统，大幅降低侦办人员的筛查工作量。

4 结 论

经过多年发展，我国的视频监控网络建设取得了长足进展，视频图像侦查方法也得到了越来越广泛的应用。随着边界巡防、维稳处突、野外侦查勘测等多警种任务的边界拓展，固定视频监控网络空间结构固定、布控被动、对城市以外区域覆盖率不足的局限性逐渐显现。

本文梳理了我国视频监控网络的建设发展历程和视频图像侦查的应用现状，分析了我国警用无人机的应用特点，并针对警用微小型无人机的优势特色提出了动态部署的视频监控侦查系统构想，阐明了该系统的结构、功能和关键技术问题，提出了未来的应用场景和趋势。

基于警用微小型无人机的视频监控侦查系统是一种多维度、高机动性、低成本、智能化的视频图像侦查工具，若能与不同警种的现实业务做深度结合定制，将有力支撑边境巡防、野外侦测等警务活动，可对固定视频监控网络布设的盲区和薄弱区形成良好的补充，进一步凸显“第四侦破支撑技术”的强大效力。

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作者简介：卢萍（1970-），女，三级警督，大专。研究方向：监控视频侦查技术与应用。董鹏（1984-），男，讲师，硕士。研究方向：无人机应用，军事运筹学。