安防監(jiān)控與智能建筑

文│ 杭州市智能建筑專業(yè)委員會 何永祥

1 智能建筑的發(fā)展現(xiàn)狀

智能建筑行業(yè)正處于快速成長期，已成為社會的基本需求和未來時代建筑的標(biāo)志。智能建筑產(chǎn)品越來越多的應(yīng)用在辦公建筑、商業(yè)建筑、校園、住宅建筑等領(lǐng)域。與國外智能建筑的發(fā)展相比，應(yīng)該說差距不是太大。如今美國新建和改建的辦公大樓已有70%以上為智能建筑。日本從1985年始建智能化大廈，并制定了從智能設(shè)備、智能家庭到智能建筑、智能城市的發(fā)展計劃，目前已有65%以上的建筑實現(xiàn)智能化。前幾年，我國智能化系統(tǒng)的投入只占到建筑造價的5%左右，現(xiàn)在已經(jīng)上升到8%～10%，在公共建筑，如校園、辦公樓、銀行、體育場館中，智能化的投入更是高達(dá)20%～30%。據(jù)業(yè)內(nèi)人士統(tǒng)計，2009年全國共完成建筑業(yè)總產(chǎn)值75864億元，如按6%為智能建筑統(tǒng)計，智能建筑產(chǎn)值已達(dá)4550億元。智能化系統(tǒng)在住宅中的應(yīng)用面也越來越廣，新建的居民小區(qū)都有智能建筑產(chǎn)品。國內(nèi)近幾年來智能建筑發(fā)展勢頭迅猛，其數(shù)量之多、發(fā)展速度之快，位居全球之首。一般而言，智能建筑含安防系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、樓宇自動化系統(tǒng)、綜合布線系統(tǒng)、會議系統(tǒng)、UPS系統(tǒng)等，而安防系統(tǒng)在智能建筑中占顯著地位，沒有安防的智能建筑稱不上智能建筑。由此可見，智能建筑的發(fā)展在推動安防的發(fā)展，反之，安防的新技術(shù)也促進(jìn)智能建筑的前進(jìn)。

2 安防監(jiān)控與智能建筑的關(guān)系

盡管安防系統(tǒng)從屬于智能建筑行業(yè)，其在智能建筑行業(yè)中地位顯著，同時它又可單獨成一行業(yè)，國家的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GA系列（公共安全）就是為其所制定。廣義而言，“公共安全”包含建筑物、場所以及道路。安防與智能建筑關(guān)系相互依存。安防系統(tǒng)包括監(jiān)控系統(tǒng)、入侵報警系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、家居防盜報警系統(tǒng)、電子巡更系統(tǒng)、樓宇對講系統(tǒng)、停車專用管理系統(tǒng)、一卡通系統(tǒng)等。據(jù)美國TEMPEST公司統(tǒng)計，2006年全球安防市場占870億美元，監(jiān)控市場占82億美元，門禁系統(tǒng)市場占32億美元，報警系統(tǒng)市場占227億美元，F(xiàn)RID占18億美元，消防占208億美元，其他占310億美元。而中國的安防市場據(jù)《2008年中國安全防范行業(yè)協(xié)會洞察力研究報告》的數(shù)據(jù)顯示：2007年中國安防市場總產(chǎn)值已達(dá)958億人民幣，而安防中的主體視頻監(jiān)控為536億元，占56%。按每年增長率為20%計算，則2009年安防產(chǎn)值估算為1378億元，而監(jiān)控為770億元人民幣。在安防行業(yè)中，占控制地位的是視頻監(jiān)控，視頻監(jiān)控是安防行業(yè)的基礎(chǔ)，視頻監(jiān)控的方向就是安防行業(yè)的方向。此外，隨著生產(chǎn)自動化程度的大幅提高和現(xiàn)代化的制造生產(chǎn)線的大量使用，智能建筑的廠房在設(shè)計時，對監(jiān)控應(yīng)用的需求也是日益增長。

3 安防新技術(shù)在智能建筑中應(yīng)用

以2010年世博會為例，上海世博會的建筑應(yīng)該是智能建筑的薈萃，而國內(nèi)不少安防技術(shù)的精華在世博會中得到應(yīng)用。據(jù)世博會報道，世博中心是上海世博會永久性大型公共建筑，也是我國唯一一座按照中國三星標(biāo)準(zhǔn)和美國LEED金獎雙重控制執(zhí)行的大型“綠色低碳公共建筑”。在節(jié)能上大規(guī)模利用太陽能的超白玻璃也在上海世博會上大展身手，上海世博會主體建筑及“世博陽光谷”工程均用超白玻璃作為上海世博會新建場館的建設(shè)，以上是智能建筑中的新產(chǎn)品與新技術(shù)。同樣在世博會的安保上，新技術(shù)與新產(chǎn)品應(yīng)用也層出不窮?？倳浐\濤在上?？疾鞎r，發(fā)出了“確保上海世博安保工作萬無一失”的指示后，世博安保部門透露，他們將啟用大量高科技安保設(shè)備，其中包括人臉識別系統(tǒng)、排爆機器人、人造狗鼻子等，世博期間將有60余套安檢裝備在世博園基礎(chǔ)設(shè)施與配套設(shè)施項目道口安裝使用。如“拉曼液態(tài)違禁品檢查儀”，安檢人員將透明或半透明材料包裝的液體放置到檢查儀上，只需按下分析鍵，2秒鐘內(nèi)報出被檢查物質(zhì)的名稱。此外各個進(jìn)出口安裝的 “E面通”的人臉識別系統(tǒng)，對進(jìn)出園區(qū)的50萬持證人員進(jìn)行比對識別，識別無誤方能過關(guān)。由此可見安防新技術(shù)與智能建筑是息息相關(guān)的，可以說，智能建筑中一旦嵌入新技術(shù)，必定由最新的安防系統(tǒng)與之相匹配。

4 安防監(jiān)控新技術(shù)的發(fā)展

市場推動著新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，如生物識別、行為識別和高清視頻的日漸成熟，使得高清視頻網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控已實現(xiàn)。目前，生物識別技術(shù)中的人臉識別有了重大突破，通過三維人臉識別能夠保證識別的唯一性，而行為和形體識別技術(shù)借助計算機強大的數(shù)據(jù)處理功能，并結(jié)合智能視頻技術(shù)能對視頻畫面中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，為監(jiān)控人員提供關(guān)鍵信息，可以對不同種類的物品進(jìn)行識別。例如在通道口，如果有嫌疑人通過時，監(jiān)控設(shè)備將其圖像與罪犯的圖片進(jìn)行比對，如果一致將報警；在禁止停放物品的地方，如有物品停放系統(tǒng)將會報警提示；當(dāng)存放的物品被帶離系統(tǒng)所能監(jiān)控的范圍時，系統(tǒng)將報警；在監(jiān)控范圍內(nèi)如有人群聚集、人員來回徘徊或進(jìn)入不應(yīng)該進(jìn)入的區(qū)域，都將發(fā)出告警信號。這些技術(shù)的應(yīng)用能夠讓監(jiān)控從被動安全防范轉(zhuǎn)向主動防范。由于對前端設(shè)備功能要求的提高，以上的識別必須通過前端的攝像機采集，而這時的監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)不只是一個普通的監(jiān)控系統(tǒng)，而是監(jiān)控、智能計算機與網(wǎng)絡(luò)集成為多種應(yīng)用的一體化組合的設(shè)備，即將人臉識別、行為識別、周界報警、門禁控制等與視頻監(jiān)控集成在同一個網(wǎng)絡(luò)平臺之上。

綜上所述，本文所論述的安防監(jiān)控新技術(shù)，其特點有三個，即高清、智能、集成。

（1）從高清角度來看，以前的模擬攝像機折合為像素只有40萬像素（704×576），如人在畫面中占十分之一，則人臉?biāo)较袼刂挥?0個，圖像信息資源少，識別自然困難。而采用高清攝像機，如以150萬像素來分析（1920×720p），人臉?biāo)较袼匾堰_(dá)200個，識別與行為分析自然精度更高、更準(zhǔn)確。

（2）在視頻監(jiān)控中心，操作人員不能確保連續(xù)8小時內(nèi)觀看操控介面，而智能分析系統(tǒng)一旦檢測到異常事件就報警，不僅可靠而且效率較高。

（3）集成是把數(shù)字高清攝像機、DVR及通信設(shè)備組合在一起，可作為嵌入設(shè)備，也可基于PC，采用網(wǎng)絡(luò)形式組成平臺，一點報警，全線可知。

以上所述的高清監(jiān)控平臺適應(yīng)發(fā)展趨勢，“環(huán)?！?、“節(jié)能”和“低碳”是當(dāng)下炙手可熱的話題，追求“低碳”與可持續(xù)發(fā)展的生活離不開各行各業(yè)的支持與配合，如采用高清監(jiān)控平臺，通過高清監(jiān)控系統(tǒng)促使企業(yè)完成環(huán)保減排目標(biāo)，環(huán)保部門在企業(yè)工廠排污口建立高清監(jiān)控系統(tǒng)，通過對氣體、液體濃度和成分等進(jìn)行分析、監(jiān)控，監(jiān)督企業(yè)在節(jié)能環(huán)保方面的執(zhí)行和達(dá)標(biāo)程度。另外，對于城市的河流和水源的水質(zhì)等建立網(wǎng)絡(luò)高清監(jiān)控也是一個很好的手段。

5 應(yīng)用實例：校園高清監(jiān)控平臺

校園安全目前已引起政府部門的高度重視，強化校園及周邊的治安管理，推動“平安校園”，不斷推進(jìn)技防措施的建立和完善，防止不法分子進(jìn)入校園制造事端；治理校園周邊治安秩序打造平安校園，不僅要人防，更需要技術(shù)防范。

校園安防主要是利用視頻監(jiān)控系統(tǒng)、防盜報警、門禁系統(tǒng)、身份識別、巡更系統(tǒng)等各種硬件設(shè)施保障校園安全。

（1）系統(tǒng)原理

國際電聯(lián)在ITU-R BT.1201建議書中提出了超高清晰度圖像（HRI）的若干標(biāo)準(zhǔn)，其基本要素是圖像的最小分辨率為1920x1080，HRI分四個等級，包括HRI0、HRI1、HRI2及HRI3，分辨率分別為1920x1080、3840x2160、5760x3240、7580x4320。所以根據(jù)以上定義，網(wǎng)絡(luò)攝像機的分辨率至少要達(dá)到1280x720的標(biāo)準(zhǔn)，約90萬像素，若采用200萬像素的網(wǎng)絡(luò)攝像機，如寬高比為16：9的網(wǎng)絡(luò)攝像機，對應(yīng)分辨率為1920x1080，寬高比為4：3的網(wǎng)絡(luò)攝像機，對應(yīng)分辨率為1600x1200。

由于目前視頻監(jiān)控以4CIF格式為主，圖像分辨率最大為704x576，對于關(guān)鍵目標(biāo)或區(qū)域存在圖像不清晰等缺陷。為改善目前這種狀況，系統(tǒng)中采用高清攝像機對大區(qū)域進(jìn)行監(jiān)控，同時對觸發(fā)校園周界入侵的報警目標(biāo)做高清抓拍處理，保存的圖片達(dá)到20140萬像素，分辨率為19260x1080，這樣可以提高圖片清晰度，同時為事件取證提供高質(zhì)量圖像。本系統(tǒng)的主要設(shè)備是安裝在前端的智能識別器，采用DSP嵌入式結(jié)構(gòu)，獨立完成人像采集、圖像識別報警、行為識別等功能，與報警中心數(shù)據(jù)交換，通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議進(jìn)行。系統(tǒng)中智能視頻分析軟件對輸入的視頻流采用對運動目標(biāo)的檢測、跟蹤、分類技術(shù)，將視頻內(nèi)的目標(biāo)經(jīng)背景建模、目標(biāo)分割、跟蹤及分類等圖像識別算法，完成由圖像到事件參數(shù)的轉(zhuǎn)變，從而實現(xiàn)對各種突發(fā)事件的實時檢測。

此外，高清攝像機具有智能跟蹤的功能，考慮到監(jiān)控區(qū)域的大小和目標(biāo)的細(xì)節(jié)，全景與特寫是一個矛盾。如果攝像機的監(jiān)控范圍大，則不能看到目標(biāo)的細(xì)節(jié)；如果看到目標(biāo)的細(xì)節(jié)，則攝像機的監(jiān)控范圍會很小。為有效解決這個問題，由兩個攝像機組成，其中一臺攝像機作為主攝像機對大范圍進(jìn)行監(jiān)控；一臺攝像機觀察目標(biāo)的細(xì)節(jié)。當(dāng)主攝像機檢測到有可疑情況時，主攝像機發(fā)送指令控制從攝像機進(jìn)行云臺旋轉(zhuǎn)和鏡頭縮放，鎖定觸發(fā)報警的目標(biāo)并對其進(jìn)行自動跟蹤，使目標(biāo)持續(xù)放大以顯示在畫面中央，這樣可以看到更清晰的目標(biāo)特征，有利于實時的判斷和事后對照取證。

校園內(nèi)值班中心或傳達(dá)室設(shè)置服務(wù)器，采用人臉智能識別報警系統(tǒng)管理軟件包與行為識別軟件包。它的主要功能是實現(xiàn)人臉布控與行為識別。報警中心軟件具有電子地圖功能，報警發(fā)生后系統(tǒng)立即做出顯示，顯示報警的具體位置。由于報警中心使用了電子地圖、語音提示、現(xiàn)場報警圖像提示等人性化報警手段，降低了操作人員工作強度。同時將門禁系統(tǒng)、巡更系統(tǒng)、對講系統(tǒng)、一卡通等統(tǒng)一集成在平臺軟件上。

（2）產(chǎn)品及實施過程

前端攝像機采用某高清IP攝像機，采用高清傳感器，支持最高1920x960分辨率高清編碼功能，分辨率可達(dá)到目前高清的最高標(biāo)準(zhǔn)1080p，而且能夠支持電子云臺功能，可以實現(xiàn)140°全景畫面監(jiān)控。與傳統(tǒng)的模擬云臺解碼器相比，具有支持區(qū)域放大、無機械磨損、無噪音等優(yōu)勢。

針對硬盤錄像機，采用可支持高清IP攝像機，可顯示分辨率最高達(dá)1280x720。該硬盤錄像機有較大的內(nèi)存空間，為以后大容量硬盤的出現(xiàn)提供了更高的平臺。同時可以實現(xiàn)實時在線的網(wǎng)絡(luò)擴展存儲功能。NVR提供本地顯示、控制功能，可以顯示IP攝像機實時圖像，控制IP攝像機云臺鏡頭，接收報警信息，對IP攝像機進(jìn)行參數(shù)配置；還可以實現(xiàn)對IP攝像機的遠(yuǎn)程預(yù)覽、錄像、參數(shù)配置、云臺鏡頭控制等功能。

服務(wù)器或計算機中安裝智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)管理軟件，其作用是在傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上融入智能分析技術(shù)，支持靈活多變的接入方式，提供高可靠性的數(shù)據(jù)存儲，支持豐富的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能，具備應(yīng)急指揮能力，并提供開放式軟件接口用于集成。

該高清監(jiān)控系統(tǒng)平臺還與防盜報警、門禁系統(tǒng)、電子圍欄與身份識別各子系統(tǒng)相聯(lián)。

①防盜報警系統(tǒng)

防盜報警安裝在校園的關(guān)鍵位置，如圍墻、財務(wù)室等地安裝緊急開關(guān)，不僅防盜而且在地震、火災(zāi)時對學(xué)生起動員作用。也可在發(fā)生意外時使學(xué)?？膳c外界聯(lián)系，尋求幫助。

②門禁系統(tǒng)

門禁系統(tǒng)主要應(yīng)用于學(xué)校重要部門的入口，可以有效地解決校園的安全隱患，為校園出入提供更安全的管理。用戶采用非接觸RFID感應(yīng)卡出入大門，通過電腦編程可任意對卡片的使用時間、使用地點進(jìn)行設(shè)定。系統(tǒng)還可以通過硬件觸電聯(lián)接或通過網(wǎng)關(guān)與閉路監(jiān)控，防盜及消防報警實現(xiàn)系統(tǒng)間協(xié)調(diào)聯(lián)動。另外，系統(tǒng)還遺留擴展LED大屏幕、短信通知模塊、人體體溫檢測儀接口。同時管理工作人員的考勤，可以在相應(yīng)的入口安裝刷卡終端，構(gòu)成門禁考勤系統(tǒng)。

③電子圍欄系統(tǒng)

電子圍欄系統(tǒng)主要應(yīng)用在幼兒園，電子圍欄是一種高壓微電流的電子設(shè)備，由高壓電子脈沖主機和前端探測圍欄組成。當(dāng)有不法分子入侵時，可延遲入侵時間，并把入侵信號發(fā)送到安全部門監(jiān)控設(shè)備上，以保證管理人員能及時了解報警區(qū)域的情況，快速做出處理，保障校園安全。

④身份識別

身份識別系統(tǒng)應(yīng)用在幼兒園與小學(xué)。家長通過RFID卡或指紋在學(xué)校門口或教室進(jìn)行刷卡或指紋驗證，系統(tǒng)自動識別家長身份，并立刻顯示出孩子與家長的照片并記錄時間，以便今后作為檔案備查。

（3）系統(tǒng)的功能

智能監(jiān)控管理平臺軟件與前端高清攝像機及智能識別器的結(jié)合，能達(dá)到以下功能：

①管理配置功能

◆支持監(jiān)測智能分析設(shè)備的運轉(zhuǎn)情況，對異常情況進(jìn)行中心報警；

◆智能規(guī)則的配置功能，用戶根據(jù)需求在視頻中配置各項報警規(guī)則；

◆報警聯(lián)動配置功能，用戶可以根據(jù)需求配置智能報警聯(lián)動方案 ；

◆跟蹤系統(tǒng)標(biāo)定功能，用戶可以對跟蹤系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定，實現(xiàn)球機的自動跟蹤功能。

②監(jiān)控功能

◆支持在預(yù)覽畫面顯示智能分析結(jié)果，包括顯示警戒規(guī)則、目標(biāo)框和報警信息；系統(tǒng)還具有視頻預(yù)覽、快球控制、電子地圖等視頻監(jiān)控系統(tǒng)功能；

◆支持在報警列表欄顯示報警列表，報警列表記錄了報警的時間、事件類型、發(fā)生地點等信息，用戶可以在報警列表中點擊查看報警抓拍圖片及回放報警錄像。

③報警查詢及日志管理功能

◆支持按時間段、監(jiān)控點檢索、回放錄像資料；

◆支持按智能報警類型搜索及回放錄像資料 ；

◆支持智能報警日志的搜索及管理功能；

◆支持下載、備份錄像資料。

④智能事件后檢索

支持對歷史視頻錄像的事件分析與檢索功能，檢索包括嫌疑人的周界入侵、徘徊、物品拿取、停車等多種異常事件，支持對不同時間段的錄像文件進(jìn)行智能后檢索，用戶可以對時間段進(jìn)行配置。

⑤異常事件檢測

◆對非法闖入人員進(jìn)行自動檢測、報警。為防止有人未經(jīng)許可闖入校園，需要對學(xué)校周界區(qū)域視頻進(jìn)行智能分析，對周界入侵行為進(jìn)行檢測；當(dāng)檢測到有目標(biāo)入侵學(xué)校周界立即報警，并驅(qū)動球機進(jìn)行自動跟蹤，對入侵目標(biāo)進(jìn)行取證；

◆異常事件的自動檢測。對學(xué)校周圍重要區(qū)域的視頻進(jìn)行智能分析，對多種異常事件進(jìn)行檢測，包括物品拿取、物品放置、涂鴉、違章停車等異常事件的檢測；

◆設(shè)備正常運行的自檢測。為了保障高清監(jiān)控系統(tǒng)的正常運作，系統(tǒng)需要支持?jǐn)z像機異常狀態(tài)檢測功能，對攝像機的多種異常狀態(tài)進(jìn)行檢測，包括視頻線斷開、攝像機被破壞及移動等。

⑥人臉識別與行為識別

對罪犯的人臉布控，將采集到的人臉自動與布控對象比對，如識別出與布控對象相似將立即報警。按人臉的聯(lián)網(wǎng)搜索查詢，同時實時現(xiàn)場人臉照片與布控庫對象照片對照顯示。能對嫌疑人的徘徊、聚集與對嫌疑人的智能跟蹤，接收處理轄區(qū)內(nèi)所有識別器的狀態(tài)報警、警情報警。