视频安防技术在历史风貌老建筑项目中的应用*

黄辰赟, 陈逸聪

(华东建筑设计研究院有限公司, 上海 200002)

0 引 言

随着交流日益频繁,现代会展中心应运而生。以会展建筑为载体,开展各种贸易活动,对于交通运输、餐饮服务、旅游、商业贸易等行业有着直接的带动作用[1-2]。随着技术的进步,智能化系统在建筑中发挥的作用越来越大,已然成为了不可或缺的系统。以世界会客厅为例,为了其能够更好地融入北外滩这块有着重要历史意义的区域,即便是部分建筑需要重建,所用的砖瓦也是从老建筑上一块块拆下来后重新贴在新建筑上的。安防系统不仅在设计上需要采用先进的技术,理念上也要体现人性化、智能化[3]。在实施的时候,也必须尽量少去破坏这些历史遗迹,从而完美地保持建筑的历史风貌。

1 项目概述

北外滩拥有丰富的文化资源和深厚的历史积淀,沿江第一线保持原有历史建筑风貌,滨江二线区域已形成新的城市天际线,构成新旧交织的独特风貌。历史上的北外滩曾是近代各国领事馆的聚集区,是上海的“东交民巷”。

世界会客厅立足于北外滩独特的区位优势,建筑面积9.9万m2,作为最高等级的对外会议会展接待中心,坐拥远眺外滩和陆家嘴“一江两岸”的绝佳视野。项目以黄浦江贯通工程为契机,实现扬子江码头的慢行贯通和亲水性公共活动空间,同时推进北外滩区域城市更新,以形成黄浦江沿岸新的城市地标。历史上的世界会客厅如图1所示。

图1 历史上的世界会客厅

2 新技术下视频监控的探索

世界会客厅是优秀的历史风貌老建筑,作为最高等级的对外会议会展接待中心,传统的监管手段无法做到事前预警、预测、预判[4],也无法与世界会客厅形成“新老共生”的局面。随着新技术的发展,视频监控系统从建筑的室内和外立面两个方面,采取不同的解决方案,实现视频监控系统与历史风貌建筑的融合。

2.1 建筑的室内

历史风貌老建筑的内部结构因为其时间久远,里面的构造已经具有很强的年代感,因此本项目在设计时需要考虑以下问题:

(1) 设备安装得越多,系统构造越复杂,对建筑主体造成的影响就越大。点位设计过度时,很多的设备会暴露在建筑物表面,显得突兀,这些设备的背后会有更多的走线,产生更多的开凿,对建筑本身产生的暗伤也是不可忽略的。

(2) 传统的摄像机主要是以1 080 P枪式摄像机和1 080 P半球摄像机为主,不管是普通摄像机还是人脸识别摄像机,在保证符合安防要求的情况下,尽量让设备的尺寸与建筑物本身融合,尽量弱化摄像机在视觉上所产生的影响。

(3) 为了保留历史建筑独特的韵味,颜色也需要尽量能够和建筑本身保持和谐,在细节上更好地融入建筑物本身。

基于以上问题,本项目采用行为分析摄像机来替代传统的1 080 P枪式摄像机和1 080 P半球摄像机。行为分析摄像机在满足安防的要求下,负责监控的范围为一个区域一个面,而非传统的一个场景一个点,此方法可减少摄像机的数量,从而保护历史风貌性建筑。

行为分析摄像机具有以下功能:① 可以支持背景亮度等参数设置;② 可以支持自定义目标锁定时间;③ 可以支持同时监测多个目标的不同行为;④ 可以支持图像抖动消除;⑤ 能够适应不同的环境变化,包括四季、昼夜、晴雨等;⑥ 行为分析摄像机的报警触发时间小于1.5 s;⑦ 行为分析摄像机支持警戒区域检测、错误方向报警、徘徊检测、越线检测、数字自动跟踪、人脸抓拍等功能。

2.2 建筑的外立面

外立面是建筑物的外貌,是人们对建筑的第一印象,好的外貌形象会增加人们对建筑物的好奇心。世界会客厅因为其特殊性,摄像头的尺寸和颜色会破坏建筑物的美感,也会因为摄像机数量多而对外立面的建筑结构进行破坏。

本项目采用了全新的多目摄像机来替代传统外立面上的摄像机。

2.2.1 多目摄像机的优势

传统相机无法捕获实时全景图像数据,无法满足本项目“大场景、超远距、全细节”的要求。多目摄像机相比较于传统摄像机的优势是:首次把光学技术和计算机技术结合在一起,一个主镜头+N个微型镜头阵列相结合的跨尺度成像技术能够实现世界会客厅的全景大视场画面捕捉,有效解决了大场景与局部细节超高清的矛盾。

(1) 4目超高清智能阵列摄像机。

针对如世界会客厅的周界边界等“狭长矩形”区域的安防需求,4目超高清智能阵列摄像机可以利用独有的“多焦点覆盖”阵列成像技术,将不同焦距的4 K微镜头以纵列组合,形成一个近似长方体的监控区域。

在正常天气光照环境且无遮挡理想拍摄角度条件下,可支持在100 m范围内达到人脸识别的分辨率或像素数要求,在150 m范围内达到车牌识别的分辨率或像素数要求,在200 m范围内达到人体或车辆检测与特征识别的分辨率或像素数要求。即在管理人员真正关注的范围内,远近所有目标保持相同的检测识别分辨率和像素,体现了阵列摄像机的“多焦点、全覆盖、全清晰”的优势,完美解决了传统监控摄像机中目标“近大远小”的问题。4目超高清智能阵列摄像机“多焦点高清全覆盖”原理如图2所示。

目前,视频监控系统一般安装多个传统枪机或球机,可以实现局部区域的视频监控,但受传统安防监控相机单目镜头“近大远小”性能所限,以及安装点位、传输和工程成本等条件限制,存在以下突出问题:① 看不清。监控视频或录像不够清晰,无法清晰记录并还原现场情况,更因像素不足无法支持智能视频分析。② 看不全。传统安防相机(变焦镜头+枪机)存在监控盲点,无法实现高清全局覆盖;枪球联动设备(球+枪机)仅能通过复杂的人为操控捕捉到局部点位的高清细节,不能实现全景高清记录所有细节。③ 看不懂。监控人员靠人眼巡视观察现场多个分散监控相机视频,既无法掌控全局情况,又容易因为视觉疲劳而遗漏重要安全隐患。

传统视频监控系统示例如图3所示。4目超高清智能阵列摄像机拥有的“多焦点高清全覆盖”特点,可以真正实现纵深200 m区域范围内高清全覆盖监控,高清记录并无遗漏捕捉摄像机监控覆盖范围内不同距离区域的所有细节。4目超高清智能阵列摄像机不同距离抓拍周界人脸及入侵检测效果示意图如图4所示。

图3 传统视频监控系统示例

图4 4目超高清智能阵列摄像机不同距离抓拍周界人脸及入侵检测效果示意图

(2) 19目超高清智能阵列摄像机。

本项目采用全新的19目超高清智能阵列摄像机,该摄像机克服了传统监控相机视场角与分辨率之间的固有矛盾:单焦点难以覆盖纵深场景。视角大场与亿级像素分辨率的结合满足了本项目“一个视场监控捕捉全部细节”的需求。传统摄像机与19目阵列摄像机的对比如表1所示。

表1 传统摄像机与19目阵列摄像机的对比

2.2.2 多目摄像机的具体案例分析

(1) 4目超高清智能阵列摄像机。

安装点位:在世界会客厅前黄浦路(武昌路到青浦路段,全长约200 m,路宽15 m)北侧综合立杆上安装4目阵列相机。4目摄像机点位及覆盖范围示意图如图5所示。

图5 4目摄像机点位及覆盖范围示意图

功能:对世界会客厅一侧人行道、建筑物一层外墙和主要出入口实现高清全覆盖监控,支持对接第三方算法系统,实现重点布控区域人脸检测抓拍和异常行为检测(如徘徊、闯入)及布控预警。

传统方案的弊端:受限于传统安防监控相机单镜头分辨率和有效工作距离范围限制,传统方案必须在建筑物外墙上每隔十几米安装布置多个监控点位,不仅很难对会客厅周边真正实现长距离、大范围、高清全覆盖监控,而且对于重要保护建筑的整体外观环境和美观有不小的影响,也会对来访的嘉宾和游客产生一定的负面影响。

(2) 19目超高清智能阵列摄像机。

安装点位:① 在世界会客厅2号和3号楼顶平台安装3套19目超高清智能阵列摄像机;② 在世界会客厅3号楼东侧安装2套19目超高清智能阵列摄像机。

19目摄像机点位及覆盖范围示意图如图6所示。

图6 19目摄像机点位及覆盖范围示意图

功能:对世界会客厅南侧长200 m、宽15～20 m滨江平台的南侧和三号楼东侧9 m半圆平台升旗广场实现高清全覆盖监控。

传统方案的弊端:受限于传统安防监控相机单镜头分辨率和有效工作距离范围限制,传统方案必须在建筑物外墙上或平台上每隔十几米立杆安装布置多个监控相机点位,不仅很难对世界会客厅南侧和东侧9 m平台真正实现长距离、大范围、高清全覆盖监控,而且对于重要保护建筑的整体外观环境和美观有不小的影响,也会对来访的嘉宾和游客产生一定的负面影响。

3 新技术下的视频管理平台

本项目采用亿级像素智能化视频管理平台,利用5G、AI、大数据、云计算等新技术[5],可以实现新的功能。视频管理平台架构图如图7所示。

全景画面展示:嵌入式专业图像处理芯片,通过算法不断优化、大规模数据并发处理、实时超高像素点融合处理,实现亿级像素全景画面呈现,在全景细节兼顾的同时,支持全时空回溯。

细节多点特写:监控人员不仅可以在全景画面中掌握全局态势,同时可以多点位拉框,进行细节的高分辨率特写。特写画面还可以根据需求,进行自由操作,满足全景与特写画面全掌控。

4 反无人机系统

4.1 实施目的

随着无人机应用数量的爆炸式增长,无人机“黑飞”“乱飞”问题日趋凸显,频频发生无人机扰航、非法偷拍、跨境走私,甚至发生恐怖袭击等安全事件,给人们的生产活动及社会公共安全造成了越来越严重的困扰[5]。由于无人机“低”“慢”“小”(低空、慢速、小目标)等特点,城市复杂环境下的无人机管控难度非常大,其中核心技术难点在于对无人机的有效预警、识别、定位及跟踪。传统手段如雷达、光电和无线电测向都难以应对城市复杂的环境,很难实现大规模组网、大区域无缝覆盖。

区别于临时场馆、临时需求,如展会(短时间、临时需求)等,本项目作为固定场所固定区域的常态性的安全系统,需要设置反无人机系统。

反无人机系统:针对建筑周边常态性的无人机检测系统分为侦测与干扰两种类型的天线组合,通过侦测天线收集周边设定范围内的无人机信息,并进行鉴别。特定时间及范围内,可根据实际需求,阻止无人机抵近区域范围内。反无人机方法示意图如图8所示。

图8 反无人机方法示意图

4.2 实施原理

反无人机系统实施原理如下[6]:

(1) 通过侦测天线,侦测有效距离内空域的无人机。

(2) 通过侦测天线,结合后台服务器,记录相关无人机数据,并进行识别(通过识别码,辨明无人机型号等)。

(3) 通过后台服务器,记录无人机进入有效距离内空域的时间(进入、停留、离开)。

(4) 通过干扰天线,在特定角度内形成电子干扰频段,在设定的时间、范围内建立电子干扰系统,阻止无人机抵近。

4.3 系统设计

反无人机设备图如图9所示。系统设计如下:

(1) 前端:设计无人机探测系统、光电锁定跟踪打击系统。

(2) 传输:前端通过铜缆传输,主干通过光缆传输。

(3) 管理端:包括交换机、服务器、软件。

图9 反无人机设备图

5 结 语

提高安全防范水平,创造一个安全、舒适的场所,并不是一味地迁就建筑物主体,两者是新老共生的关系。虽然保持建筑自身的风貌很重要,但如果建设的系统不能很好地保护人员和财产的安全,那也属于顾此失彼。