基于視頻智能感知技術(shù)的智慧安防平臺(tái)設(shè)計(jì)

劉子豪 雷建波

摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展以及城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，各種犯罪活動(dòng)也呈爆發(fā)式增長(zhǎng)且犯罪手段隱秘，采用傳統(tǒng)的視頻數(shù)據(jù)和人工研判進(jìn)行案件偵破，無(wú)法快速精準(zhǔn)破案。在計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)，特別是智能感知人臉識(shí)別技術(shù)高速發(fā)展并廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)上，以人臉識(shí)別技術(shù)為核心，云計(jì)算大數(shù)據(jù)技術(shù)為支點(diǎn)，結(jié)合智慧城市安防實(shí)際需求和應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)多級(jí)聯(lián)動(dòng)視頻智能感知平臺(tái)進(jìn)行了應(yīng)用設(shè)計(jì)的介紹。

關(guān)鍵詞：智慧安防；人臉識(shí)別；多級(jí)聯(lián)動(dòng)；大數(shù)據(jù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP274文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1008-1739（2018）24-59-4

0引言

為了完善社會(huì)治安管理，推進(jìn)社會(huì)治安綜合治理防控體系建設(shè)，減輕公安人員的工作負(fù)擔(dān)，目前急需建設(shè)能實(shí)現(xiàn)“向科技要警力”的高效智能先進(jìn)的公安業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)。

作為人工智能感知領(lǐng)域在計(jì)算機(jī)視覺(jué)領(lǐng)域的一項(xiàng)重要應(yīng)用，人臉識(shí)別技術(shù)是一項(xiàng)新型的生物識(shí)別技術(shù)，伴隨著近些年來(lái)計(jì)算機(jī)技術(shù)和光學(xué)成像技術(shù)的突飛猛進(jìn)，該技術(shù)已經(jīng)逐步成熟應(yīng)用于多種場(chǎng)景。

全國(guó)范圍內(nèi)已經(jīng)建設(shè)多級(jí)視頻監(jiān)控系統(tǒng)基礎(chǔ)平臺(tái)，包括視頻專(zhuān)網(wǎng)共享平臺(tái)和公安網(wǎng)視頻聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。但由于城市規(guī)模大和監(jiān)控點(diǎn)數(shù)量多，需要耗費(fèi)大量警力在監(jiān)控中心進(jìn)行操作、監(jiān)管[1]。所以，為了解決上述問(wèn)題，在本文中設(shè)計(jì)了基于人工智能人臉識(shí)別技術(shù)的多級(jí)聯(lián)動(dòng)視頻智能感知平臺(tái)。

1視頻智能感知平臺(tái)設(shè)計(jì)

1.1設(shè)計(jì)思路

基于人臉識(shí)別技術(shù)的視頻智能感知平臺(tái)設(shè)計(jì)分為6個(gè)步驟，主要包括：

①建設(shè)多維感知采集點(diǎn)：在前端建設(shè)方面，基于視頻專(zhuān)網(wǎng)和公安網(wǎng)在市級(jí)、區(qū)級(jí)、縣級(jí)重要區(qū)域建設(shè)前端多維感知采集點(diǎn)（人臉與車(chē)輛信息[1]采集、WiFi探測(cè)信息采集及電子圍欄探測(cè)信息采集等）；

②搭建感知平臺(tái)，構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)：建設(shè)基于視頻專(zhuān)網(wǎng)和公安網(wǎng)的市、區(qū)、縣3級(jí)的視頻大數(shù)據(jù)智能感知作戰(zhàn)云平臺(tái)，完成多維感知信息的數(shù)據(jù)匯聚、關(guān)聯(lián)和碰撞，建立各類(lèi)多維感知數(shù)據(jù)與公安專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)融合大數(shù)據(jù)庫(kù)，并提供各種直接面對(duì)用戶(hù)的業(yè)務(wù)服務(wù)應(yīng)用；

③構(gòu)筑人臉大數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)屬性：從基礎(chǔ)的人臉識(shí)別向人臉結(jié)構(gòu)化方向要數(shù)據(jù)。系統(tǒng)不但可以識(shí)別目標(biāo)的人臉特征主屬性數(shù)據(jù)，還可以進(jìn)一步識(shí)別出人員性別、年齡、民族和上下半身顏色等特征數(shù)據(jù)，更可以從視頻或圖片中提取出攝像機(jī)ID、位置經(jīng)緯度、視頻數(shù)據(jù)各項(xiàng)用戶(hù)屬性等的關(guān)聯(lián)從屬性數(shù)據(jù)，為業(yè)務(wù)應(yīng)用提供多維分析能力和屬性大數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)；

④深度數(shù)據(jù)融合[2]：建立以人、車(chē)為中心的綜合信息庫(kù)，將包含人員信息、車(chē)輛信息、手機(jī)信息（WiFi、IMEI號(hào)）、視頻數(shù)據(jù)、卡口數(shù)據(jù)、多維感知數(shù)據(jù)及八大資源庫(kù)數(shù)據(jù)等的所有數(shù)據(jù)資源進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理，并進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)和融合，具備以人找車(chē)、以車(chē)找人、以號(hào)找人及以圖找人等各類(lèi)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)機(jī)制；

⑤建設(shè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用：包括大數(shù)據(jù)、微服務(wù)，大幅度提升公安部門(mén)對(duì)視頻資源的使用效能、重點(diǎn)人員管控、重點(diǎn)車(chē)輛管控及各類(lèi)人車(chē)大數(shù)據(jù)技戰(zhàn)法；

⑥實(shí)現(xiàn)綜合應(yīng)用：各類(lèi)應(yīng)用的最終目標(biāo)是為各警種提供高性能、高智能、高效能及實(shí)戰(zhàn)性強(qiáng)的人臉實(shí)戰(zhàn)業(yè)務(wù)。

1.2邏輯架構(gòu)設(shè)計(jì)

本套應(yīng)用體系包含動(dòng)態(tài)人臉業(yè)務(wù)應(yīng)用平臺(tái)、帶人臉抓拍功能的NVR/抓拍服務(wù)器、特征服務(wù)器、識(shí)別服務(wù)器和分析服務(wù)器等多套分布式系統(tǒng)協(xié)作工作，從而為基于人臉建設(shè)一套完整的集人臉檢索、大數(shù)據(jù)分析、定時(shí)監(jiān)控、實(shí)時(shí)布控識(shí)別和報(bào)警為一套的標(biāo)準(zhǔn)體系，系統(tǒng)邏輯架構(gòu)如圖1所示。

①資源服務(wù)層：平臺(tái)系統(tǒng)應(yīng)對(duì)物理設(shè)備和資源提供統(tǒng)一的虛擬化機(jī)制以及相關(guān)虛擬資源的管理和維護(hù)，比如虛擬機(jī)管理、存儲(chǔ)管理及資源監(jiān)控等基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)。

②數(shù)據(jù)服務(wù)層：系統(tǒng)應(yīng)提供各種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和訪問(wèn)的服務(wù)，包括傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)（如Oracle，MySQL）、分布式文件系統(tǒng)，分布式列數(shù)據(jù)庫(kù)及數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)工具等。

③平臺(tái)服務(wù)層：系統(tǒng)應(yīng)提供相關(guān)業(yè)務(wù)最基礎(chǔ)的和最公共的各類(lèi)支撐服務(wù)，如視頻圖像的接入和調(diào)度分發(fā)服務(wù)，包括抓拍建庫(kù)、特征提取、清晰化、人臉識(shí)別及特征分析等在內(nèi)的智能分析服務(wù)，基于MapReduce的大數(shù)據(jù)分析服務(wù)，以及GIS地圖服務(wù)、搜索引擎服務(wù)及報(bào)警聯(lián)動(dòng)服務(wù)等。

④應(yīng)用服務(wù)層：系統(tǒng)面向最終用戶(hù)，應(yīng)提供豐富的業(yè)務(wù)使用環(huán)境，展現(xiàn)大數(shù)據(jù)人臉比對(duì)識(shí)別的深入應(yīng)用效能。

⑤安全與管控：整個(gè)系統(tǒng)自下而上，應(yīng)實(shí)現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)安全、區(qū)域邊界安全、計(jì)算環(huán)境安全和管理安全等信息安全保障。按照國(guó)家和省市（州）有關(guān)規(guī)范和要求，建立網(wǎng)絡(luò)體系、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控體系，采取網(wǎng)絡(luò)隔離、數(shù)據(jù)備份等措施，實(shí)行安全等級(jí)保護(hù)制度，建立授權(quán)訪問(wèn)機(jī)制和安全制度，確保系統(tǒng)的安全性和可靠性。

⑥標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范：對(duì)于系統(tǒng)建設(shè)流程管理、質(zhì)量管理、人員管理和風(fēng)險(xiǎn)控制等方面，制定符合項(xiàng)目實(shí)際情況的制度規(guī)程。對(duì)于關(guān)鍵的應(yīng)用和數(shù)據(jù)，按照國(guó)家和公安部出臺(tái)的統(tǒng)一開(kāi)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)、編碼標(biāo)準(zhǔn)、聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)及接口標(biāo)準(zhǔn)等進(jìn)行。

2平臺(tái)大數(shù)據(jù)服務(wù)體系

2.1平臺(tái)數(shù)據(jù)服務(wù)

視頻智能感知平臺(tái)匯聚的數(shù)據(jù)資源為多維感知采集數(shù)據(jù)、通過(guò)解析中心進(jìn)行處理后的數(shù)據(jù)以及各類(lèi)專(zhuān)業(yè)公安數(shù)據(jù)。以上數(shù)據(jù)均為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)量巨大，感知平臺(tái)需要專(zhuān)業(yè)的平臺(tái)數(shù)據(jù)服務(wù)作為平臺(tái)業(yè)務(wù)應(yīng)用的技術(shù)支撐，如圖2所示。

平臺(tái)數(shù)據(jù)服務(wù)主要是提供各種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)訪問(wèn)的服務(wù)，包括傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)、分布式文件系統(tǒng)、分布式數(shù)據(jù)庫(kù)、相應(yīng)的通用數(shù)據(jù)存取接口、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)工具及數(shù)據(jù)挖掘分析引擎。平臺(tái)數(shù)據(jù)服務(wù)應(yīng)通過(guò)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)支持海量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力，并提供支持分布式計(jì)算和分析能力的高性能數(shù)據(jù)分析挖掘引擎，滿(mǎn)足幾十億、上百億條的數(shù)據(jù)管理和應(yīng)用。

2.2平臺(tái)支撐服務(wù)

平臺(tái)項(xiàng)目大數(shù)據(jù)架構(gòu)運(yùn)用并行計(jì)算技術(shù)、分布式存儲(chǔ)技術(shù)及動(dòng)態(tài)負(fù)載均衡技術(shù)等大數(shù)據(jù)核心技術(shù)構(gòu)建大數(shù)據(jù)支撐管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)全省公安各警種業(yè)務(wù)視圖大數(shù)據(jù)的接收、處理、存儲(chǔ)、分析和發(fā)布，并實(shí)現(xiàn)與其他系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)資源交換與共享，建立以人車(chē)為中心的綜合信息庫(kù)[3]，將包含人員信息、車(chē)輛信息、手機(jī)信息（WiFi、號(hào)碼）、公安云信息、視頻數(shù)據(jù)、卡口數(shù)據(jù)、多維感知數(shù)據(jù)及八大庫(kù)數(shù)據(jù)等的所有資源結(jié)構(gòu)化，形成相互關(guān)聯(lián)一體聯(lián)動(dòng)的數(shù)據(jù)綜合平臺(tái)，為應(yīng)用系統(tǒng)的各類(lèi)管理與服務(wù)應(yīng)用提供支撐，如圖3所示。

數(shù)據(jù)源層主要實(shí)現(xiàn)前端多結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的對(duì)接，包括人員卡口數(shù)據(jù)、部分天網(wǎng)視頻數(shù)據(jù)、公安云專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)及多維感知綜合采集數(shù)據(jù)等，大數(shù)據(jù)獲取層可針對(duì)不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)源采用不同的數(shù)據(jù)獲取策略，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的導(dǎo)入導(dǎo)出。大數(shù)據(jù)處理層實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分布式存儲(chǔ)和并行計(jì)算，并統(tǒng)一提供資源的調(diào)度服務(wù)、訪問(wèn)服務(wù)、管理監(jiān)控服務(wù)及權(quán)限控制服務(wù)等，支撐公安各業(yè)務(wù)應(yīng)用。

2.3平臺(tái)能力服務(wù)

平臺(tái)能力服務(wù)層主要是提供基礎(chǔ)業(yè)務(wù)能力和豐富的后臺(tái)能力引擎，智能感知平臺(tái)多級(jí)大數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，接口統(tǒng)一具備針對(duì)特定任務(wù)進(jìn)行分布式計(jì)算的能力，平臺(tái)能力服務(wù)如圖3所示。

①基礎(chǔ)能力服務(wù)：包括人員卡口視頻資源接入、車(chē)輛卡口資源接入、WiFi探測(cè)數(shù)據(jù)接入、電子圍欄數(shù)據(jù)接入、報(bào)警資源接入、視頻轉(zhuǎn)發(fā)、視頻存儲(chǔ)及地圖聯(lián)動(dòng)，這些服務(wù)可以根據(jù)不同的業(yè)務(wù)量，在云計(jì)算平臺(tái)上靈活地?cái)U(kuò)展部署和應(yīng)用。

②視頻智能分析服務(wù)：包括車(chē)輛分析、人員分析和其他智能分析，支持集群功能和分布式計(jì)算能力，可以根據(jù)業(yè)務(wù)需要提供大規(guī)模智能分析應(yīng)用。

③平臺(tái)管理服務(wù)：包括設(shè)備管理、資源管理、權(quán)限管理和配置管理；

④數(shù)據(jù)服務(wù)：包括數(shù)據(jù)檢索、數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)分析。數(shù)據(jù)服務(wù)應(yīng)支持海量數(shù)據(jù)的檢索和分析挖掘，如車(chē)輛、人員、MAC及IMEI等目標(biāo)的快速查詢(xún)等。

平臺(tái)能力服務(wù)層作為銜接上層應(yīng)用與底層基礎(chǔ)設(shè)施資源的橋梁，起著承上啟下的作用[4]。將視頻圖像相關(guān)的功能以及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)以服務(wù)的方式進(jìn)行組織和處理，為應(yīng)用提供各類(lèi)服務(wù)引擎，包括基礎(chǔ)的視頻服務(wù)、卡口服務(wù)、平臺(tái)管理服務(wù)引擎和大數(shù)據(jù)分析服務(wù)引擎。

2.4平臺(tái)服務(wù)應(yīng)用目標(biāo)

①構(gòu)建基于大數(shù)據(jù)技術(shù)架構(gòu)的平臺(tái)服務(wù)：通過(guò)IaaS層服務(wù)并結(jié)合智能分析算法（人臉?lè)治觥④?chē)輛分析等）和大數(shù)據(jù)應(yīng)用框架（HBASE，Spark+slor，Strom，Map/reduce，HDFS， Hive等）構(gòu)建先進(jìn)視圖大數(shù)據(jù)平臺(tái)，對(duì)海量的視頻圖像進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析處理和數(shù)據(jù)挖掘；

②非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化描述：提供對(duì)海量結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的分析和處理，特別是將非結(jié)構(gòu)化的視圖數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為結(jié)構(gòu)化描述信息；

③利用各種大數(shù)據(jù)分析挖掘技術(shù)架構(gòu)，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行深度的分析和挖掘，提供更為可靠的預(yù)測(cè)性信息和綜合分析研判結(jié)果；

④構(gòu)建智能分析功能服務(wù)模塊：滿(mǎn)足車(chē)輛分析、人臉識(shí)別等不同視圖智能處理需求，并提供分布式計(jì)算框架；

⑤構(gòu)建的智能分析集群資源采用分布式計(jì)算架構(gòu)，可動(dòng)態(tài)共享，按需調(diào)配，符合業(yè)務(wù)需求；

⑥構(gòu)建視頻監(jiān)控服務(wù)模塊：滿(mǎn)足視頻接入聯(lián)網(wǎng)功能、報(bào)警接入、視頻轉(zhuǎn)發(fā)、視頻轉(zhuǎn)碼、視頻錄像存儲(chǔ)、視頻業(yè)務(wù)調(diào)度服務(wù)等基礎(chǔ)服務(wù)功能、同時(shí)視頻接入和轉(zhuǎn)發(fā)功能符合遵循國(guó)標(biāo)GB/T28181-2011及GB/T28181-2011修改補(bǔ)充文件的定義與要求，來(lái)提供媒體流轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)；

⑦構(gòu)建卡口監(jiān)控服務(wù)模塊：滿(mǎn)足卡口數(shù)據(jù)接入、卡口數(shù)據(jù)處理服務(wù)等服務(wù)功能；

⑧構(gòu)建平臺(tái)管理服務(wù)模塊：滿(mǎn)足設(shè)備管理、在線配置、時(shí)鐘同步、系統(tǒng)管理和后臺(tái)管理等服務(wù)功能；

⑨開(kāi)展基于大數(shù)據(jù)的微服務(wù)、微應(yīng)用建設(shè)，構(gòu)建大數(shù)據(jù)的共享體系；

3平臺(tái)預(yù)期效果

在各地智慧城市安防建設(shè)中，由頂層設(shè)計(jì)出發(fā)，應(yīng)用視頻智能感知平臺(tái)，在運(yùn)行一個(gè)業(yè)務(wù)周期后，會(huì)取得如下成效：

①研究和制訂一套符合公安實(shí)際應(yīng)用的人像識(shí)別技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，包括識(shí)別算法選型原則、特征庫(kù)建庫(kù)規(guī)則以及應(yīng)用接口標(biāo)準(zhǔn)等；

②完善以人臉識(shí)別比對(duì)為代表的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)智能分析手段，研發(fā)建立適應(yīng)海量人臉信息的快速比對(duì)、分析和查詢(xún)的大數(shù)據(jù)分析服務(wù)；

③加強(qiáng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)橫向關(guān)聯(lián)與比對(duì)碰撞的能力，結(jié)合實(shí)際業(yè)務(wù)應(yīng)用需求，兼顧處理性能及業(yè)務(wù)深化的擴(kuò)展性應(yīng)用需求，匯聚各業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)并借助大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行情報(bào)信息挖掘，以人臉業(yè)務(wù)為核心進(jìn)行組織、采集、管理，平臺(tái)與人員偵查過(guò)程能夠緊密結(jié)合[6]。

④建立具備前瞻性的人像情報(bào)資源庫(kù)，既能為當(dāng)前需求服務(wù)，又能為突發(fā)多變的實(shí)戰(zhàn)需求快速提煉情報(bào)信息，提供數(shù)據(jù)支撐。

4結(jié)束語(yǔ)

為了適應(yīng)當(dāng)前人工智能及大數(shù)據(jù)時(shí)代下，當(dāng)前的社會(huì)現(xiàn)狀及技術(shù)現(xiàn)狀對(duì)智慧安防建設(shè)提出的要求，本文根據(jù)現(xiàn)行政策文件，對(duì)基于人臉識(shí)別的智能感知技術(shù)及平臺(tái)在現(xiàn)今智慧安防建設(shè)中的應(yīng)用進(jìn)行了相關(guān)闡述。隨著人工智能、大數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷發(fā)展，還應(yīng)不斷深入思考基于人工智能感知的技術(shù)及平臺(tái)在其他行業(yè)的應(yīng)用，使該技術(shù)及平臺(tái)更好地服務(wù)于智慧城市建設(shè)。

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