图像智能分析技术在河湖视频监控的应用

［逯艳杰］

1 引言

我国河流湖泊众多，这些河流、湖泊是地理环境的重要组成部分，江河湖泊不仅蕴藏着丰富的自然资源，而且具有重要的生态和经济功能。但是伴随着经济社会快速发展，我国河湖管理保护出现了一些新问题，如河道管理区域非法采砂、违建乱建、垃圾倾倒等事件频发，对生态、防洪、供水等方面造成巨大的威胁。

中央、国务院高度重视水安全和河湖管理保护工作，在深入调研、总结地方经验的基础上，中共中央办公厅、国务院办公厅制定于2016 年12 月11 日出台了《关于全面推行河长制的意见》。“河长制”即由各级党政主要负责人担任“河长”，负责辖区内河流的水资源保护、水污染防治、水环境改善、水生态修复等。但实际管理过程中仍然存在一些问题，例如河道流域较长，巡河检查工作量大，基层一线河道管理人员不足，导致部分河段问题排查不到位，如果单靠人员巡查，易受天气和道路影响，时效性低，不能及时发现问题。

鉴于河湖监管过程存在的诸多问题，部分地区积极改进监管措施，在河道、护路、水库重要出入路口设置车辆卡口视频监控系统，对进出车辆的车牌、车型等进行抓拍记录。但是卡口视频监控存在监控盲区，覆盖面不能满足全覆盖要求，同时受限于机制，只能在破坏河湖事件发生后进行追溯，无法及时预警。

2 高点河湖智能视频监控系统介绍

高点河湖智能视频监控系统采用人工智能、物联网、大数据、云计算等先进技术手段，以视频资源采集为基础，以图像智能分析为主要处理技术，最终实现自动告警的河湖智能可视化监管系统。高点河湖智能视频监控不同于低点监控，主要利用河湖沿线通信铁塔或新建铁塔建设高点监控，部署高变倍摄像机，实现河湖管理岸线全域覆盖。摄像机图像数据采用5G 无线网络或光纤专线的传输方式回传至后端业务平台。后端平台汇聚前端摄像机视频图像数据，实现视频实时浏览、录像存储等功能，通过智能分析实现自动告警，并及时将告警数据派发到一线人员进行现场执法。实现对河湖全方位、动态化、智能化实时监控，为河湖监测、预警预报、科学评估等提供技术支撑和依据。

3 图像智能分析在视频监控中的应用

3.1 智能分析流程

河湖智能视频监控系统基于图像智能分析技术，智能分析功能在后端布设的智能分析中心集中实现。智能分析中心可实现智能任务的统一调度和管理，根据点位所在场景环境，按需对不同点位不同预置点配置不同类型的智能算法。将高点摄像机在预置点采集到的图像资源结构化，进行信息识别，提取图像中车、物、行为等关键目标的属性，并进行语义描述，以做到视频图像内有价值信息的完全提取。智能分析将获取图像数据进行处理，识别图像特征，判断识别区域内是否有垃圾堆放、非法采砂车辆等违规目标、对检测出的物体或行为进一步分类，最终识别出目标区域的具体异常行为或状况，智能分析流程如图1 所示。

图1 智能分析流程

（1）获取图像数据：高变倍摄像机按照设置的预置点定时对河湖监管范围内的重点区域进行巡查、抓拍。对出现的人、车、船只等动态目标或建筑物、垃圾堆等静态目标进行放大抓拍，实现对所能监控范围内的多层次、多焦距的全域图像抓拍，后端平台将拍摄的高清图片推送至智能视频解析中心。

（2）图像处理：智能视频解析中心对获取到的图像数据进行处理，识别图像特征，进行数据清洗，过滤垃圾数据，进而提取特征图像。

（3）识别图像特征：不同场景采用不同的图像基础分析方法进行基础特征分析。判断在该区域内检测是否有疑似异常行为或状况等。

（4）算法分析识别：采用基于深度学习网络目标的检测方法对疑似异常行为或状况的图像进行分析，将不同算法对图片异常行为状况的特征进行深度比对，判断该图像是否存在车辆、违章搭建等异常行为或事件。

（5）对识别结果进一步分类：对检测出的物体或行为进一步分类，最终识别出目标区域的异常行为或状况，最终返回类别信息、以及发现目标的位置等信息，实现事件分类自动告警。

3.2 智能分析识别事件类型

河湖智能视频监控平台主要应用于水利行业的河湖监管，可对破坏河湖生态的行为相关的活动如非法采砂、垃圾堆放、违规建筑、非法施工、垃圾倾倒等行为进行智能分析识别告警，并且可以实现对水面漂浮物、游泳、钓鱼行为等进行监测识别，具体识别类型如表1 所示。

（1）非法采砂

在非法采砂多发区域，对进入河湖范围内的挖掘机、铲车、货车等工程车辆，通过智能算法，分析车辆的车型、车貌等特征，并结合车辆滞留时长，综合智能判别，采砂车辆识别效果如图2 所示。

图2 非法采砂车辆识别

（2）垃圾堆

对河流、湖泊两侧岸线目标区域内达到一定面积的工业、生活垃圾堆识别，识别效果如图3 所示。

图3 垃圾堆识别

（3）违章建筑

对河道管理岸线内塔吊、凉棚、建材棚、彩钢瓦房、活动板房、集装箱房、砖混房、建筑堆积物等违章建筑进行识别，识别效果如图4 所示。

图4 违章建筑识别

（4）垃圾倾倒

智能分析中心能够对于进入水利部门河湖管理范围内的大型垃圾车、环卫车、渣土车等车辆进行精准识别，车辆驶离后，如出现垃圾特征物体则立即告警，识别效果如图5 所示。

图5 垃圾倾倒识别

（5）水面漂浮物识别

对河流、水库、湖面等成片水面区域内漂浮物聚集达到一定面积的漂浮垃圾、水葫芦、绿藻、蓝藻等漂浮物进行识别，并可漂浮物分类成水葫芦、藻类、垃圾、其它类别等，识别效果如图6 所示。

图6 水面漂浮物识别

（6）游泳、钓鱼识别

能够对河湖和水库周边人员进入、游泳、钓鱼行为进行自动识别，在事件发生时就及时发现并进行控制，从而预防人身伤亡事故，识别效果如图7、8 所示。

图7 游泳识别

图8 钓鱼识别

3.3 应用效果

某省已建成覆盖全省河流、湖泊及大中小型水库和重点输水线路的可视化、数字化、智能化的河湖视频监控系统，建设高点视频监控点位1 万余个。通过图像智能分析技术，实现河湖实时监测，识别并预警乱占、乱采、乱堆、乱建和乱倒垃圾问题事件多起，大大提高监控效率和准确性，并形成全省河湖智能视频监控“一张网”，实现省、市、县三级信息资源共享，为保障全省河湖防洪安全、生态安全及供水安全提供技术支撑。

4 结论

高度智能化的河湖视频监控系统，是对河湖“空天地”立体感知体系的重要补充。在未来，推进水利信息化总体架构和技术路线的统一，强化图像智能分析技术与物联网、GIS、遥感影像、区块链等技术的深度融合，实现多维全息感知，满足大尺幅范围动态监控和精细化场景机动监控的多样化需求，面向水利行业提供业务支撑、服务支持、辅助决策提供强大能力，服务防汛抗旱、全面禁采、堤防工程、山洪预警、供水等领域。打造可管、可视、可控的集约型数字信息化管理系统，为水利治理监管的长效运营保驾护航。