圖像智能分析技術在河湖視頻監(jiān)控的應用

［逯艷杰］

1 引言

我國河流湖泊眾多，這些河流、湖泊是地理環(huán)境的重要組成部分，江河湖泊不僅蘊藏著豐富的自然資源，而且具有重要的生態(tài)和經(jīng)濟功能。但是伴隨著經(jīng)濟社會快速發(fā)展，我國河湖管理保護出現(xiàn)了一些新問題，如河道管理區(qū)域非法采砂、違建亂建、垃圾傾倒等事件頻發(fā)，對生態(tài)、防洪、供水等方面造成巨大的威脅。

中央、國務院高度重視水安全和河湖管理保護工作，在深入調(diào)研、總結地方經(jīng)驗的基礎上，中共中央辦公廳、國務院辦公廳制定于2016 年12 月11 日出臺了《關于全面推行河長制的意見》?！昂娱L制”即由各級黨政主要負責人擔任“河長”，負責轄區(qū)內(nèi)河流的水資源保護、水污染防治、水環(huán)境改善、水生態(tài)修復等。但實際管理過程中仍然存在一些問題，例如河道流域較長，巡河檢查工作量大，基層一線河道管理人員不足，導致部分河段問題排查不到位，如果單靠人員巡查，易受天氣和道路影響，時效性低，不能及時發(fā)現(xiàn)問題。

鑒于河湖監(jiān)管過程存在的諸多問題，部分地區(qū)積極改進監(jiān)管措施，在河道、護路、水庫重要出入路口設置車輛卡口視頻監(jiān)控系統(tǒng)，對進出車輛的車牌、車型等進行抓拍記錄。但是卡口視頻監(jiān)控存在監(jiān)控盲區(qū)，覆蓋面不能滿足全覆蓋要求，同時受限于機制，只能在破壞河湖事件發(fā)生后進行追溯，無法及時預警。

2 高點河湖智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)介紹

高點河湖智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等先進技術手段，以視頻資源采集為基礎，以圖像智能分析為主要處理技術，最終實現(xiàn)自動告警的河湖智能可視化監(jiān)管系統(tǒng)。高點河湖智能視頻監(jiān)控不同于低點監(jiān)控，主要利用河湖沿線通信鐵塔或新建鐵塔建設高點監(jiān)控，部署高變倍攝像機，實現(xiàn)河湖管理岸線全域覆蓋。攝像機圖像數(shù)據(jù)采用5G 無線網(wǎng)絡或光纖專線的傳輸方式回傳至后端業(yè)務平臺。后端平臺匯聚前端攝像機視頻圖像數(shù)據(jù)，實現(xiàn)視頻實時瀏覽、錄像存儲等功能，通過智能分析實現(xiàn)自動告警，并及時將告警數(shù)據(jù)派發(fā)到一線人員進行現(xiàn)場執(zhí)法。實現(xiàn)對河湖全方位、動態(tài)化、智能化實時監(jiān)控，為河湖監(jiān)測、預警預報、科學評估等提供技術支撐和依據(jù)。

3 圖像智能分析在視頻監(jiān)控中的應用

3.1 智能分析流程

河湖智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)基于圖像智能分析技術，智能分析功能在后端布設的智能分析中心集中實現(xiàn)。智能分析中心可實現(xiàn)智能任務的統(tǒng)一調(diào)度和管理，根據(jù)點位所在場景環(huán)境，按需對不同點位不同預置點配置不同類型的智能算法。將高點攝像機在預置點采集到的圖像資源結構化，進行信息識別，提取圖像中車、物、行為等關鍵目標的屬性，并進行語義描述，以做到視頻圖像內(nèi)有價值信息的完全提取。智能分析將獲取圖像數(shù)據(jù)進行處理，識別圖像特征，判斷識別區(qū)域內(nèi)是否有垃圾堆放、非法采砂車輛等違規(guī)目標、對檢測出的物體或行為進一步分類，最終識別出目標區(qū)域的具體異常行為或狀況，智能分析流程如圖1 所示。

圖1 智能分析流程

（1）獲取圖像數(shù)據(jù)：高變倍攝像機按照設置的預置點定時對河湖監(jiān)管范圍內(nèi)的重點區(qū)域進行巡查、抓拍。對出現(xiàn)的人、車、船只等動態(tài)目標或建筑物、垃圾堆等靜態(tài)目標進行放大抓拍，實現(xiàn)對所能監(jiān)控范圍內(nèi)的多層次、多焦距的全域圖像抓拍，后端平臺將拍攝的高清圖片推送至智能視頻解析中心。

（2）圖像處理：智能視頻解析中心對獲取到的圖像數(shù)據(jù)進行處理，識別圖像特征，進行數(shù)據(jù)清洗，過濾垃圾數(shù)據(jù)，進而提取特征圖像。

（3）識別圖像特征：不同場景采用不同的圖像基礎分析方法進行基礎特征分析。判斷在該區(qū)域內(nèi)檢測是否有疑似異常行為或狀況等。

（4）算法分析識別：采用基于深度學習網(wǎng)絡目標的檢測方法對疑似異常行為或狀況的圖像進行分析，將不同算法對圖片異常行為狀況的特征進行深度比對，判斷該圖像是否存在車輛、違章搭建等異常行為或事件。

（5）對識別結果進一步分類：對檢測出的物體或行為進一步分類，最終識別出目標區(qū)域的異常行為或狀況，最終返回類別信息、以及發(fā)現(xiàn)目標的位置等信息，實現(xiàn)事件分類自動告警。

3.2 智能分析識別事件類型

河湖智能視頻監(jiān)控平臺主要應用于水利行業(yè)的河湖監(jiān)管，可對破壞河湖生態(tài)的行為相關的活動如非法采砂、垃圾堆放、違規(guī)建筑、非法施工、垃圾傾倒等行為進行智能分析識別告警，并且可以實現(xiàn)對水面漂浮物、游泳、釣魚行為等進行監(jiān)測識別，具體識別類型如表1 所示。

（1）非法采砂

在非法采砂多發(fā)區(qū)域，對進入河湖范圍內(nèi)的挖掘機、鏟車、貨車等工程車輛，通過智能算法，分析車輛的車型、車貌等特征，并結合車輛滯留時長，綜合智能判別，采砂車輛識別效果如圖2 所示。

圖2 非法采砂車輛識別

（2）垃圾堆

對河流、湖泊兩側岸線目標區(qū)域內(nèi)達到一定面積的工業(yè)、生活垃圾堆識別，識別效果如圖3 所示。

圖3 垃圾堆識別

（3）違章建筑

對河道管理岸線內(nèi)塔吊、涼棚、建材棚、彩鋼瓦房、活動板房、集裝箱房、磚混房、建筑堆積物等違章建筑進行識別，識別效果如圖4 所示。

圖4 違章建筑識別

（4）垃圾傾倒

智能分析中心能夠對于進入水利部門河湖管理范圍內(nèi)的大型垃圾車、環(huán)衛(wèi)車、渣土車等車輛進行精準識別，車輛駛離后，如出現(xiàn)垃圾特征物體則立即告警，識別效果如圖5 所示。

圖5 垃圾傾倒識別

（5）水面漂浮物識別

對河流、水庫、湖面等成片水面區(qū)域內(nèi)漂浮物聚集達到一定面積的漂浮垃圾、水葫蘆、綠藻、藍藻等漂浮物進行識別，并可漂浮物分類成水葫蘆、藻類、垃圾、其它類別等，識別效果如圖6 所示。

圖6 水面漂浮物識別

（6）游泳、釣魚識別

能夠對河湖和水庫周邊人員進入、游泳、釣魚行為進行自動識別，在事件發(fā)生時就及時發(fā)現(xiàn)并進行控制，從而預防人身傷亡事故，識別效果如圖7、8 所示。

圖7 游泳識別

圖8 釣魚識別

3.3 應用效果

某省已建成覆蓋全省河流、湖泊及大中小型水庫和重點輸水線路的可視化、數(shù)字化、智能化的河湖視頻監(jiān)控系統(tǒng)，建設高點視頻監(jiān)控點位1 萬余個。通過圖像智能分析技術，實現(xiàn)河湖實時監(jiān)測，識別并預警亂占、亂采、亂堆、亂建和亂倒垃圾問題事件多起，大大提高監(jiān)控效率和準確性，并形成全省河湖智能視頻監(jiān)控“一張網(wǎng)”，實現(xiàn)省、市、縣三級信息資源共享，為保障全省河湖防洪安全、生態(tài)安全及供水安全提供技術支撐。

4 結論

高度智能化的河湖視頻監(jiān)控系統(tǒng)，是對河湖“空天地”立體感知體系的重要補充。在未來，推進水利信息化總體架構和技術路線的統(tǒng)一，強化圖像智能分析技術與物聯(lián)網(wǎng)、GIS、遙感影像、區(qū)塊鏈等技術的深度融合，實現(xiàn)多維全息感知，滿足大尺幅范圍動態(tài)監(jiān)控和精細化場景機動監(jiān)控的多樣化需求，面向水利行業(yè)提供業(yè)務支撐、服務支持、輔助決策提供強大能力，服務防汛抗旱、全面禁采、堤防工程、山洪預警、供水等領域。打造可管、可視、可控的集約型數(shù)字信息化管理系統(tǒng)，為水利治理監(jiān)管的長效運營保駕護航。