大型綜合醫(yī)院智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)研究

黃祖建

【摘 要】隨著綜合醫(yī)院范圍的不斷擴(kuò)大，人員高密度聚集，醫(yī)院門診、住院、檢查區(qū)域和后期病友服務(wù)社會化程度越來越高，醫(yī)院的安全管理環(huán)境日益復(fù)雜，為了對醫(yī)院進(jìn)行有效的安全防護(hù)和提升服務(wù)管理水平，文章設(shè)計(jì)了面向大型醫(yī)院管理的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)，研究了系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，該系統(tǒng)具有智能識別、活動監(jiān)視、人數(shù)統(tǒng)計(jì)、位置服務(wù)等功能，實(shí)現(xiàn)醫(yī)院安全的實(shí)時掌控，達(dá)到降低人工成本、提高服務(wù)與管理水平的目的。

【關(guān)鍵詞】醫(yī)院；視頻監(jiān)控；系統(tǒng)研究

【中圖分類號】TP393 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2018）07-0052-03

0 引言

視頻監(jiān)控的智能化表現(xiàn)為計(jì)算機(jī)視覺算法在視頻分析中的應(yīng)用。智能視頻監(jiān)控區(qū)別于傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)之處在于變被動監(jiān)控為主動監(jiān)控（自動檢測、識別潛在入侵者、可疑目標(biāo)和突發(fā)事件），具有智能性[1]。智能視頻監(jiān)控技術(shù)具有分析處理場景內(nèi)容的能力，在一定程度上用計(jì)算機(jī)協(xié)助人甚至是代替人完成監(jiān)視和控制的任務(wù)[2]。

隨著智慧醫(yī)院的發(fā)展需要，視頻監(jiān)控在醫(yī)院內(nèi)的應(yīng)用越來越廣泛，視頻的管理也變得愈加復(fù)雜，大型醫(yī)院的個性化需求和具體應(yīng)用環(huán)境對智能監(jiān)控技術(shù)提出了更高的要求。現(xiàn)有的視頻系統(tǒng)不能完全滿足醫(yī)院的需求，針對大型醫(yī)院不同應(yīng)用場景的需求差異，本文對基于網(wǎng)絡(luò)信息、智能視頻分析、GIS、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的大型醫(yī)院智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行研究，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)智能化管理，達(dá)到對醫(yī)院的有效安全防護(hù)和提升醫(yī)院服務(wù)管理水平的目的。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 架構(gòu)設(shè)計(jì)

本文研究的系統(tǒng)設(shè)計(jì)為4個層次：設(shè)施設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、視頻監(jiān)控管理層和行業(yè)應(yīng)用層。設(shè)施設(shè)備層的主要設(shè)備包括攝像機(jī)、傳感器、網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器、報(bào)警器等，負(fù)責(zé)流媒體數(shù)據(jù)的壓縮、存儲及處理，以及告警信號、行業(yè)數(shù)據(jù)的采集等，采集到的信息通過網(wǎng)絡(luò)傳輸層傳輸?shù)奖O(jiān)控管理中心；網(wǎng)絡(luò)傳輸層負(fù)責(zé)媒體流、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)等傳送，可以通過運(yùn)營商傳輸網(wǎng)絡(luò)或行業(yè)專網(wǎng)進(jìn)行傳輸；視頻監(jiān)控管理層負(fù)責(zé)信息采集設(shè)備接入、分發(fā)、GIS、智能分析、設(shè)備管理及與通信運(yùn)營商的管理平臺的接口，同時與應(yīng)用層上業(yè)務(wù)邏輯的無縫融合；應(yīng)用層負(fù)責(zé)行業(yè)應(yīng)用的后端整合，提供全套解決方案。面向用戶服務(wù)的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。

1.2 工作流程

智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的視頻信號通過攝像機(jī)及其連接器傳輸?shù)娇刂平K端控制中心，并通過優(yōu)化、分析及處理視頻圖像，為進(jìn)一步調(diào)用提供必要的信息資料，其主要流程包括圖像獲取、數(shù)據(jù)處理、圖像分析、智能分析。如圖2所示，系統(tǒng)首先通過攝像頭獲取醫(yī)院出入口、收費(fèi)處、門診和急診區(qū)、醫(yī)技檢查區(qū)、各診室候診區(qū)、各病區(qū)、停車場等圖像，然后對圖像進(jìn)行預(yù)處理和數(shù)據(jù)處理，預(yù)處理是將圖像數(shù)據(jù)中模糊的圖像處理得更加清晰，數(shù)據(jù)處理是將圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮并存儲；接下來對圖像中的目標(biāo)進(jìn)行檢測、分類、跟蹤等一系列分析，最終將目標(biāo)的特征提取出來；最后利用智能分析技術(shù)對目標(biāo)進(jìn)行識別，提取出關(guān)鍵有用的信息，對目標(biāo)異常行為進(jìn)行檢測，若出現(xiàn)異常則對異常行為進(jìn)行分析、判斷及發(fā)出告警等決策處理。

1.3 功能特點(diǎn)

面向大型醫(yī)院的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)具有智能識別、活動監(jiān)視、人數(shù)統(tǒng)計(jì)、位置服務(wù)等功能。

（1）智能識別。智能監(jiān)控系統(tǒng)的識別功能能夠?qū)ξ矬w進(jìn)行識別，區(qū)分移動物體的類型，如車輛類型、人類、動物等。通過這些基礎(chǔ)識別之后，可以對人群移動速度和方向等整體運(yùn)動特征來實(shí)現(xiàn)對人群的控制，例如，醫(yī)院的人數(shù)統(tǒng)計(jì)、病友注意力控制、夜間防御等。

（2）活動監(jiān)視。實(shí)現(xiàn)對人員活動的實(shí)時監(jiān)視。系統(tǒng)設(shè)定醫(yī)院或停車場的區(qū)域范圍，檢測進(jìn)入預(yù)定區(qū)域的人或車輛，對進(jìn)入畫面中的人和物體進(jìn)行識別分類，同時檢測可疑人或物的存在時間。智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)通過對視頻的智能分析，及時報(bào)告可疑事件的發(fā)生，并且記錄相關(guān)信息，提供事后查詢。在醫(yī)院，當(dāng)有可疑人物對醫(yī)務(wù)人員、收費(fèi)員等發(fā)出威脅時，智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)能迅速分析識別異常并發(fā)出警報(bào)，從而協(xié)助安保人員處理危機(jī)，以保障醫(yī)務(wù)人員與醫(yī)院財(cái)產(chǎn)的安全；或者發(fā)現(xiàn)人員異常行為影響到醫(yī)院安全秩序時，系統(tǒng)能發(fā)出警報(bào)，協(xié)助管理人員迅速處理。

（3）人數(shù)統(tǒng)計(jì)。統(tǒng)計(jì)指定區(qū)域的人數(shù)。智能監(jiān)控系統(tǒng)在通道入口準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)進(jìn)出的人數(shù)，例如醫(yī)院或各門急診區(qū)入口，以及醫(yī)技檢查區(qū)或醫(yī)院內(nèi)各病區(qū)入口的人數(shù)，統(tǒng)計(jì)在時間段內(nèi)指定區(qū)域的人群數(shù)量，還可以統(tǒng)計(jì)人群流動量。通過該功能能夠提供準(zhǔn)確的人群流動和人流流向數(shù)據(jù)，為決策管理提供依據(jù)。例如，檢測某候診區(qū)前病友聚集的情況，以幫助醫(yī)院或門診辦決策人員分析門診各科診室情況及時段，以合理分配醫(yī)務(wù)人員進(jìn)行管理。

（4）位置服務(wù)。基于GIS提供位置服務(wù)，具有地圖縮小及放大功能、屬性查找功能及圖像識別查屬性功能等。系統(tǒng)將電子地圖和視頻監(jiān)控的功能結(jié)合起來，提供視頻監(jiān)控點(diǎn)的準(zhǔn)確位置，通過電子地圖可以查看監(jiān)控點(diǎn)的監(jiān)控圖像，例如醫(yī)院某處、各出入口、地下停車場等，同時可以標(biāo)識地圖上的監(jiān)控點(diǎn)，具有監(jiān)控點(diǎn)詳細(xì)信息的查看功能。

2 系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 智能視頻分析

智能視頻監(jiān)控在無需人為干預(yù)的情況之下，利用了計(jì)算機(jī)視覺及視頻分析的方法對攝像機(jī)所拍錄的圖像序列進(jìn)行自動分析，實(shí)現(xiàn)了動態(tài)場景中目標(biāo)的識別、檢測及跟蹤，并且在這基礎(chǔ)上進(jìn)行行為的分析[3]。在醫(yī)院應(yīng)用中，利用視頻監(jiān)控技術(shù)對各診區(qū)出入口或醫(yī)技檢查入口進(jìn)行人數(shù)統(tǒng)計(jì)，對既定區(qū)域內(nèi)的人或者物體的數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，還可以控制注意力，評估各病種科室或各醫(yī)技檢查的檢查治療量，并計(jì)算為病友提供服務(wù)所需的時間。

本文系統(tǒng)應(yīng)用的智能視頻分析技術(shù)，采用人工智能中的模式識別進(jìn)行智能運(yùn)算和視頻圖像分析，通過將智能算法與數(shù)字信號處理相結(jié)合，對人、車輛及其他物體的行為進(jìn)行分析和形成核心算法。人工智能識別技術(shù)能夠提高視頻采集數(shù)據(jù)的質(zhì)量。人工智能技術(shù)可以克服人的生理限制，提高監(jiān)控錄像面部識別的準(zhǔn)確率。首先對醫(yī)院場景中的背景和目標(biāo)進(jìn)行分離，識別真實(shí)目標(biāo)并去除背景干擾，檢測目標(biāo)的運(yùn)動特征屬性，然后分析并追蹤在攝像機(jī)場景內(nèi)出現(xiàn)的目標(biāo)行為，并做出相應(yīng)的反應(yīng)。

2.2 大數(shù)據(jù)

由于視頻監(jiān)控的數(shù)據(jù)量很龐大，但是醫(yī)院真正需求的信息只是其中的小部分，針對醫(yī)院的需求服務(wù)，需要通過大數(shù)據(jù)分析與處理，深度挖掘這些數(shù)據(jù)中的有用信息，獲取更有價值的信息。大數(shù)據(jù)處理與分析如圖3所示。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要是通過攝像機(jī)采集各種數(shù)據(jù)源形成移動物體數(shù)據(jù)庫、統(tǒng)計(jì)數(shù)量數(shù)據(jù)庫、信息庫等，此時的數(shù)據(jù)量巨大而且數(shù)據(jù)類型繁多，價值密度低，需要對相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行大處理、挖掘與分析，從而提取具有參考價值的信息形成數(shù)據(jù)倉庫以呈現(xiàn)和應(yīng)用。醫(yī)院若發(fā)生了違法犯罪事件，可以利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對可疑人物及其車輛進(jìn)行追查。此外，通過分析處理，視頻監(jiān)控可以更加智能化，提高醫(yī)院的管理和服務(wù)能力。

本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)采用Hadoop分布式云存儲系統(tǒng)保存海量的視頻數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)高效的大數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)挖掘是面向發(fā)現(xiàn)的數(shù)據(jù)分析技術(shù)，通過對大型的數(shù)據(jù)集進(jìn)行探查，發(fā)現(xiàn)有用的知識，從而為決策支持提供有力的依據(jù)[4]。可以采用回歸分析法和Web數(shù)據(jù)挖掘法進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘與分析。設(shè)計(jì)一個回歸分析方法的數(shù)學(xué)模型，研究多個隨機(jī)變量與另一些變量之間的關(guān)系，形成多重回歸分析的回歸方程，對求得的回歸方程進(jìn)行檢驗(yàn)、判斷，最后利用所求得的結(jié)果進(jìn)行預(yù)測和控制。該方法可輔助醫(yī)院的運(yùn)籌帷幄、輿情追蹤、公眾滿意度調(diào)查和品牌傳播等經(jīng)營活動。視頻監(jiān)控的數(shù)據(jù)資源除了通過實(shí)地采集外，還可以從因特網(wǎng)上進(jìn)行收集信息服務(wù)，采用Web數(shù)據(jù)挖掘法提取視頻信息資源，將內(nèi)容挖掘與交互式多媒體Web技術(shù)結(jié)合，進(jìn)一步滿足醫(yī)院的需求。

2.3 GIS地圖數(shù)據(jù)處理

GIS的引入使得視頻監(jiān)控系統(tǒng)的功能變得更加豐富，可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控圖像的切換、定位和監(jiān)控點(diǎn)標(biāo)示功能。通過GIS電子地圖可以更直觀、方便地展示醫(yī)院管理過程中需要查看的信息，如醫(yī)院某處、各出入口、地下停車場等位置信息。GIS技術(shù)能夠?qū)⒌貓D、地理分析功能及數(shù)據(jù)庫操作集成，將圖像管理與數(shù)據(jù)管理融合通過表格實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化。GIS在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用，拓展了系統(tǒng)功能，需要對地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，地圖數(shù)據(jù)處理包括矢量數(shù)據(jù)處理和柵格數(shù)據(jù)處理。

（1）矢量數(shù)據(jù)處理的壓縮包括2個方面：{1}在拓?fù)潢P(guān)系不變的前提下，進(jìn)行合理的采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)細(xì)化；{2}為了減少數(shù)據(jù)存儲的空間，可以通過重新編碼矢量坐標(biāo)數(shù)據(jù)，以垂距法將矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮。該方法從任意一個端點(diǎn)起，按順序采取曲線上的3個點(diǎn)，計(jì)算中間點(diǎn)與其他連接兩點(diǎn)間的垂直距離，并與限差比較結(jié)果，用于進(jìn)行判斷和處理。

（2）在GIS中是以柵格數(shù)據(jù)的存儲方式存儲遙感信息。為了節(jié)約存儲空間，需要將柵格數(shù)據(jù)壓縮處理?？梢圆捎盟牟鏄渚幋a的方法進(jìn)行柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)壓縮。

對于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下使用數(shù)據(jù)的安全性、高效率及圖形數(shù)據(jù)大量性的要求，可采用ESRI的ArcSDE進(jìn)行圖形數(shù)據(jù)的管理。對所有地理數(shù)據(jù)庫類型（矢量、柵格、測量、地形、地理模型、數(shù)據(jù)庫架構(gòu)、元數(shù)據(jù)等）進(jìn)行綜合的地理信息管理。

3 結(jié)語

本文從面向大型醫(yī)院的視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行研究，對整個系統(tǒng)架構(gòu)和工作流程進(jìn)行了設(shè)計(jì)，介紹了適合大型醫(yī)院應(yīng)用的功能特點(diǎn)，并對系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，使基于各項(xiàng)技術(shù)的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)能更好地滿足大型醫(yī)院的需求。今后，隨著高清化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、多樣化應(yīng)用的智能視頻監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展，為了使智能監(jiān)控系統(tǒng)更好地滿足各個行業(yè)客戶的需求、適應(yīng)環(huán)境變化、擴(kuò)大服務(wù)范圍等，需要不斷進(jìn)行研究與開發(fā)，對系統(tǒng)更新?lián)Q代，以適應(yīng)更多的應(yīng)用環(huán)境。

參 考 文 獻(xiàn)

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[3]張海青.智能視頻監(jiān)控中的運(yùn)動目標(biāo)檢測與跟蹤[D].合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2007（5）：6-7.

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[責(zé)任編輯：鐘聲賢]