信息化校園安全防控系統(tǒng)建設(shè)策略

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湖北省恩施州電化教育教育技術(shù)裝備站(445000) 譚繽紛

湖北省恩施州恩施市金子壩街道江城希望小學(xué)(445000) 金 鑫

1 校園安全防控建設(shè)現(xiàn)狀

進(jìn)入21世紀(jì)以后，隨著校園師生人數(shù)規(guī)模逐年擴(kuò)張，校園安全事件的數(shù)量也在逐年上升。同時(shí)，隨著高新技術(shù)的不斷演進(jìn)和迅猛發(fā)展，高科技犯罪手段屢見不鮮，這給校園安全防范工作帶來了重大挑戰(zhàn)。從目前各校使用的安全防控系統(tǒng)來看，現(xiàn)有的硬件設(shè)備和功能在很多方面都非常落后，甚至不能滿足當(dāng)前校園安全防范工作的需要。

現(xiàn)階段，大部分校園安全防控系統(tǒng)存在以下問題：①視頻管理技術(shù)交叉迭代，品牌混雜聯(lián)網(wǎng)接入，實(shí)際視頻資源利用率低；②校園交通車輛管理智能化水平不足，除車牌識(shí)別道閘出入外路面基本人工管理；③門禁、人員通道等系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行，且獨(dú)立于其他安防系統(tǒng)，沒有實(shí)現(xiàn)全方位整合。

此外，大部分校園安全防范系統(tǒng)未達(dá)到智能化水平，一旦發(fā)生校園安全事件，只能調(diào)出相關(guān)視頻錄像。已存錄像的數(shù)量多，沒有任何價(jià)值的視頻信息會(huì)占用視頻監(jiān)控存儲(chǔ)空間，而導(dǎo)致搜尋相關(guān)信息耗費(fèi)的時(shí)間長(zhǎng)，嚴(yán)重拉低追蹤效率。

當(dāng)前校園安全防控受在校師生規(guī)模數(shù)量龐大、校園環(huán)境復(fù)雜等因素的影響，若僅依靠傳統(tǒng)視頻監(jiān)控結(jié)合人工研判、定位和追蹤的手段，極其耗費(fèi)人力物力，在效率方面往往也事倍功半，難以達(dá)到精細(xì)化、高效化的管理，遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足校園安全事件快速定位處理的需求。

針對(duì)上述校園安全防控現(xiàn)狀，迫切需要運(yùn)用科技化、信息化、智能化的技術(shù)思路，建設(shè)基于人工智能圖像分析及大數(shù)據(jù)等現(xiàn)代化信息技術(shù)的校園安全防控系統(tǒng)，通過提升技防措施，加強(qiáng)對(duì)重點(diǎn)領(lǐng)域、重點(diǎn)場(chǎng)所、重點(diǎn)人員的管理、防范，建設(shè) “人工智能校園安防系統(tǒng)”，實(shí)現(xiàn)人車管控、周界管理、報(bào)警預(yù)警等多個(gè)子系統(tǒng)的統(tǒng)一接入，統(tǒng)一管理。

2 校園安全防控系統(tǒng)的建設(shè)需求

校園面積廣闊，在校師生較多，存在安全難控的現(xiàn)狀。因此，校園安全防控系統(tǒng)的建設(shè)應(yīng)樹立“大安全”理念，著力打造“大安全”格局。需要綜合考慮公共區(qū)域防控、出入口車輛管理、人行管理、應(yīng)急報(bào)警等多種風(fēng)險(xiǎn)管控因素，充分應(yīng)用先進(jìn)的現(xiàn)代信息技術(shù)，構(gòu)建相對(duì)完善的風(fēng)險(xiǎn)感知、決策、處置系統(tǒng)[2]。建設(shè)安全、穩(wěn)定、高效、智能的平安校園信息基礎(chǔ)設(shè)施，完善各類安全管理和智能化應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)安防、消防一體化管理，全面提升師生的安全感。

其建設(shè)需求大致可分為以下幾個(gè)部分：

2.1 多維度數(shù)據(jù)匯聚，智能管理

為幫助校園工作人員在實(shí)際業(yè)務(wù)中掌控全局動(dòng)態(tài)，需要構(gòu)建立體化的指揮防控體系，構(gòu)筑統(tǒng)一的校園安全管理平臺(tái)，應(yīng)用大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)，將多個(gè)子系統(tǒng)、多個(gè)維度的數(shù)據(jù)匯聚起來，并進(jìn)行統(tǒng)一管理和調(diào)度，實(shí)現(xiàn)僅需一張圖即可掌握全校實(shí)況。

2.2 人車信息，實(shí)時(shí)可視

針對(duì)校園人車的管理，需要構(gòu)建前端高清攝像和后端智能分析，在重要點(diǎn)位部署高清攝像機(jī)和卡口攝像機(jī)，無死角覆蓋公共區(qū)域和關(guān)鍵出入口，將校園進(jìn)出的人車數(shù)據(jù)以地圖形式實(shí)時(shí)呈現(xiàn)在校園管理中心平臺(tái)，方便工作人員進(jìn)行動(dòng)態(tài)查看。

2.3 預(yù)警報(bào)警，即時(shí)處理

校園安全防護(hù)網(wǎng)絡(luò)需要構(gòu)建以信息化、智能化為標(biāo)志的校園一體、全面設(shè)防、反應(yīng)靈敏的智慧防控網(wǎng)，達(dá)到校園安全管理事前布控預(yù)警、事中監(jiān)控跟蹤、事后智能追溯的功效，有效提高預(yù)測(cè)預(yù)警、精確打擊和動(dòng)態(tài)管控能力。將被動(dòng)接警向主動(dòng)預(yù)警、延時(shí)管控向即時(shí)管控轉(zhuǎn)變。

3 校園安全防控系統(tǒng)的建設(shè)思路

針對(duì)上述校園安全防控系統(tǒng)的建設(shè)需求，系統(tǒng)可采用模塊化的設(shè)計(jì)思路，大體可劃分為視頻監(jiān)控子系統(tǒng)、校園車輛管理子系統(tǒng)、智能分析管理子系統(tǒng)三大塊。

3.1 視頻監(jiān)控子系統(tǒng)

在校園安全管理領(lǐng)域，要運(yùn)用現(xiàn)代技術(shù)構(gòu)建起網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、智能化的校園監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)校園內(nèi)外部環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)控[2]。視頻監(jiān)控子系統(tǒng)按照功能可劃分為前端視頻采集、網(wǎng)絡(luò)傳輸交換、視頻圖像存儲(chǔ)以及監(jiān)控中心管理等內(nèi)容，這些內(nèi)容相互整合，直接關(guān)系到整個(gè)校園安全防控系統(tǒng)的效果，也直接影響到用戶的使用情況，本文將著重介紹前端視頻采集和監(jiān)控中心管理。

視頻管理近10年的發(fā)展，從D1到720P到1 080P再到4 K，已經(jīng)能夠看清更多細(xì)節(jié)、更遠(yuǎn)距離，獲得更廣的視場(chǎng)角，但目前的重點(diǎn)不是視頻的清晰度，而是如何獲取更有利于智能分析的圖像畫面，解決低照度下的智能分析問題以及如何將視頻聚焦在感興趣的物體上的問題。過去，視頻為人眼服務(wù)，未來，視頻將為AI服務(wù)。

3.1.1 公共區(qū)域及周界場(chǎng)景

校園普通公共區(qū)域通?？刹渴鸶咔灏肭蚧蛘咄残途W(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，這種做法可解決夜間低照度下的視頻采集問題。

室外周界型的防護(hù)需求：能看清更多細(xì)節(jié)的視頻圖像以供后端智能分析做相應(yīng)的圖像處理，并能智能預(yù)防周界入侵。傳統(tǒng)的周界防范存在環(huán)境干擾誤報(bào)嚴(yán)重、事后追溯缺乏預(yù)警、人工追溯效率不高的問題。此種場(chǎng)景可考慮采用具有人形檢測(cè)算法的高清攝像機(jī)，對(duì)畫面中的物體進(jìn)行分析處理并得出每一個(gè)物體的特征值，若該特征值大于系統(tǒng)閾值，則可被認(rèn)定為人形，有效濾除小鳥、樹枝等環(huán)境干擾因素引起的誤報(bào)。

同時(shí)，針對(duì)水邊等危險(xiǎn)區(qū)域，基于智能檢測(cè)算法的攝像機(jī)同樣可劃定警戒區(qū)域，對(duì)靠近人員進(jìn)行檢測(cè)預(yù)警，部分前端設(shè)備還具備聲光警戒功能，可有效警示靠近人員。

3.1.2 人行出入口區(qū)域

學(xué)校關(guān)鍵出入口，人流量往往較大。對(duì)于此種場(chǎng)景，可考慮部署人臉抓拍攝像機(jī)，配合后端業(yè)務(wù)可快速檢索過往機(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)車、行人，減少錄像查詢工作。同時(shí)，在抓拍過往目標(biāo)時(shí)，圖片分析效率大于視頻分析效率，可配合后端進(jìn)行人臉比對(duì)應(yīng)用，對(duì)出入口進(jìn)行人員管控，重點(diǎn)人員布控。為提升效率，可考慮采用人臉并行抓拍性能較高的攝像機(jī)設(shè)備。

3.1.3 密閉性較強(qiáng)區(qū)域

在學(xué)校的機(jī)要室、實(shí)驗(yàn)室、財(cái)務(wù)中心、結(jié)算中心、監(jiān)控中心等安保級(jí)別相對(duì)較高的場(chǎng)所，當(dāng)有人員入侵時(shí)，若采用傳統(tǒng)的視頻檢測(cè)紅外補(bǔ)光技術(shù)，在黑暗環(huán)境中準(zhǔn)確率較低，無法實(shí)現(xiàn)有效的入侵防范?？煽紤]配備基于PIR結(jié)合全光譜補(bǔ)光技術(shù)的攝像機(jī)，在無人入侵的情況下可啟動(dòng)常規(guī)紅外補(bǔ)光獲取視頻圖像，保證視頻圖像獲取的同時(shí)功耗也較低，當(dāng)檢測(cè)到入侵事件時(shí)可智能切換為白光補(bǔ)光模式，獲取入侵者彩色信息，便于后期進(jìn)行追溯。

3.1.4 高點(diǎn)監(jiān)控采用全景AR

高點(diǎn)監(jiān)控采用全景AR立體防控，通過AR高點(diǎn)全景攝像機(jī)獲取監(jiān)控點(diǎn)全景視頻，與視野內(nèi)低點(diǎn)攝像機(jī)聯(lián)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)既關(guān)注整體又兼顧局部的大范圍立體監(jiān)控，能夠以畫中畫展示低點(diǎn)攝像機(jī)視頻，做到可查、可搜索、可定位、可描述、可報(bào)警、可聯(lián)動(dòng)，改善監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用模式，提高指揮調(diào)度效率。

3.1.5 監(jiān)控中心管理

總控中心的顯示屏采用LCD液晶拼接技術(shù)?？偪刂行挠?2塊單屏尺寸為4cm×3cm的高亮度液晶顯示屏組成，可滾動(dòng)顯示有關(guān)信息，配備12路視頻拼接控制解碼一體服務(wù)器，從中心服務(wù)器獲取音視頻信號(hào)，并能以不同的模式在LCD拼接屏上顯示態(tài)勢(shì)圖、文本、表格和視頻圖像信息，每一路信號(hào)都能任意切換、放大、縮小和拼接，且態(tài)勢(shì)圖顯示清晰、分辨率高，多路信號(hào)可以同時(shí)顯示和切換，極大地保證了顯示信息的準(zhǔn)確性和質(zhì)量。為實(shí)現(xiàn)精細(xì)化的分布式管理，可配置多處分控中心。每處分控中心通過云端設(shè)備方便快捷實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。

3.2 校園車輛管理子系統(tǒng)

隨著學(xué)校規(guī)模的不斷擴(kuò)大、校內(nèi)人員的增多、學(xué)校對(duì)外活動(dòng)的增加，進(jìn)入校園的公務(wù)車輛、教職工的私家車輛不斷增多，校園車輛管理的壓力也隨之增加。

智能化的車輛管理需要做到車過留痕，從車輛進(jìn)入校園到駛出園區(qū)，車輛在園內(nèi)的所有行車軌跡都需要在監(jiān)控之中，做到真正意義上的校園車輛管理。其系統(tǒng)建設(shè)可考慮劃分為校園入口控制、園區(qū)卡口、超速違停3個(gè)部分。

3.2.1 出入口控制

為解決校園車輛增多出入受阻問題，可考慮車輛無卡出入控制，應(yīng)用具備先進(jìn)視覺算法和高性能DSP的車牌識(shí)別卡口設(shè)備，通過對(duì)圖像的智能分析，提取出包含車牌的相關(guān)區(qū)域，并進(jìn)行逐幀處理和識(shí)別，將車牌切割成各個(gè)字符單元，并對(duì)每個(gè)字符單元進(jìn)行分類識(shí)別，有效提高車牌識(shí)別設(shè)備對(duì)復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)能力。

3.2.2 園區(qū)卡口測(cè)速

對(duì)于進(jìn)入園區(qū)的車輛，常常存在車輛超速、逆行、彎道會(huì)車等問題，針對(duì)上述問題，可考慮采用卡口相機(jī)與先進(jìn)的雷達(dá)測(cè)速技術(shù)相結(jié)合的方式，雷達(dá)技術(shù)可有效濾除小目標(biāo)物體的干擾，且不受環(huán)境因素影響，可有效解決視頻測(cè)速的抗干擾性較低問題。

通過高清卡口相機(jī)實(shí)時(shí)抓拍過往車輛的車牌信息，在關(guān)鍵點(diǎn)位部署測(cè)速雷達(dá)進(jìn)行園區(qū)車輛行駛速度測(cè)量，對(duì)于逆行車輛、超速車輛、彎道會(huì)車車輛，均可檢測(cè)后在相應(yīng)的LED顯示屏上提醒相關(guān)駕駛員，實(shí)現(xiàn)提示作用。

3.2.3 道路違停抓拍

校園車輛管理面臨的另一大問題即是車輛違停管理。由于校園面積大、管控力度小，很難做到違停車輛的及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)處理。

違停球機(jī)視頻檢測(cè)技術(shù)綜合運(yùn)用了車牌識(shí)別算法和車輛檢測(cè)算法，在車輛到達(dá)觸發(fā)線的時(shí)刻，若系統(tǒng)檢測(cè)到圖像中存在車牌，則觸發(fā)抓拍，并進(jìn)行車牌識(shí)別；對(duì)于無后車牌或后車牌遮擋的車輛，系統(tǒng)無法檢測(cè)到車牌，此時(shí)將啟用車輛檢測(cè)算法，若運(yùn)動(dòng)對(duì)象與系統(tǒng)內(nèi)建的車輛模型相匹配，則觸發(fā)抓拍，并記錄為無牌車輛。

3.3 智能分析管理子系統(tǒng)

隨著低成本深度學(xué)習(xí)攝像機(jī)的普及，視頻智能中臺(tái)也逐漸成為AI應(yīng)用的趨勢(shì)，包括支撐ReID(行人重識(shí)別)應(yīng)用的向量計(jì)算引擎和大數(shù)據(jù)智能引擎。

智能分析管理系統(tǒng)對(duì)于校園管理可提供高效智能化的技術(shù)支撐[3]。在校園安全防控系統(tǒng)建設(shè)中，可考慮將人臉抓拍設(shè)備所采集的圖像匯聚給智能分析管理設(shè)備進(jìn)行業(yè)務(wù)分析，實(shí)現(xiàn)人員入侵報(bào)警、區(qū)域警戒、人數(shù)統(tǒng)計(jì)、人員密度監(jiān)測(cè)等，輔助提高學(xué)校防護(hù)安全科技手段。同時(shí)對(duì)于宿舍、實(shí)驗(yàn)室、出入口等場(chǎng)所，可部署人臉識(shí)別分析系統(tǒng)。系統(tǒng)可同校園的實(shí)戰(zhàn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，包括車輛管理系統(tǒng)、人像應(yīng)用系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)AR技術(shù)、視頻監(jiān)控技術(shù)、人工智能技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的深度融合，全面提高校園安保部門的態(tài)勢(shì)感知能力、預(yù)警研判能力、應(yīng)急處突能力。

3.3.1 智能人臉比對(duì)

基于人工智能技術(shù)的人臉識(shí)別應(yīng)用結(jié)合活體檢測(cè)在智慧教學(xué)環(huán)境管理、服務(wù)以及信息化安全保障中發(fā)揮了重要作用[4]。隨著人工智能和人臉識(shí)別技術(shù)的發(fā)展，通過后端人臉分析服務(wù)器可對(duì)前端網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)上傳的人臉序列進(jìn)行最佳人臉計(jì)算，并進(jìn)行人臉特征分析，提取相應(yīng)的人臉信息，與內(nèi)部?jī)?chǔ)存的人臉信息庫(kù)進(jìn)行篩查比對(duì)。

3.3.2 人卡分離檢測(cè)

通過將智能分析管理服務(wù)與學(xué)校關(guān)鍵出入口的人臉抓拍檢測(cè)設(shè)備、一卡通門禁設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)拉通，還可實(shí)現(xiàn)學(xué)生和教師的人臉和刷卡一致進(jìn)入，防止不法分子、販子、推銷人員的出入，通過比對(duì)一卡通照片和實(shí)時(shí)人臉，可有效防止陌生人攜帶具備出入權(quán)限的一卡通隨意進(jìn)出校園關(guān)鍵場(chǎng)所，提高防護(hù)等級(jí)。

3.3.3 人臉點(diǎn)名業(yè)務(wù)

在課堂、出入口等地方的人員活動(dòng)中，通過人臉識(shí)別進(jìn)行自動(dòng)記錄，與人員信息庫(kù)關(guān)聯(lián)，可實(shí)現(xiàn)人臉點(diǎn)名。

3.3.4 慣犯布控

通過與公安聯(lián)網(wǎng)，針對(duì)校園黑名單慣犯，利用智能分析業(yè)務(wù)配合人臉抓拍相機(jī)，可極大提升管理及布控預(yù)警效率，通過配置好黑名單布控比對(duì)任務(wù)，后端人臉分析服務(wù)器可將抓拍到的信息以及告警信息存入數(shù)據(jù)庫(kù)，通過將抓拍的人臉信息和黑名單告警信息進(jìn)行比對(duì)，快速對(duì)慣犯進(jìn)行預(yù)警及信息呈現(xiàn)[4]。

3.3.5 人員篩查

智能分析的業(yè)務(wù)應(yīng)用還可極大地提升校園安保人員在事后追溯方面的檢索效率[5]，可通過輸入照片、檢索人員的軌跡記錄以及聯(lián)動(dòng)相關(guān)的錄像，快速鎖定篩查人員，按照時(shí)間排列形成時(shí)間軸錄像，快速核查出人員狀況信息。

上述智能分析管理業(yè)務(wù)還可根據(jù)校園的實(shí)際應(yīng)用需求進(jìn)行擴(kuò)展以及分場(chǎng)景應(yīng)用。

4 結(jié)束語

在我國(guó)基礎(chǔ)教育事業(yè)改革與發(fā)展歷程中，安全辦學(xué)的要求始終如一，校園安全防控管理在任何時(shí)候都是最根本的要求。尤其是近年來，校園安全惡性事件時(shí)有發(fā)生，社會(huì)影響惡劣，對(duì)我國(guó)當(dāng)前校園安全防控工作提出了新的挑戰(zhàn)與要求[6]。

研究校園安全管理的目的是為了構(gòu)建安全校園，本文所構(gòu)思的校園安全防控系統(tǒng)旨在運(yùn)用人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析、可視化管理等現(xiàn)代信息技術(shù)，有效提升校園安保技防水平，提高校園安防的能力和效率，使校園管理無死角，為平安校園智慧化建設(shè)提供參考思路。