高速公路立交橋智能安防監(jiān)控系統(tǒng)探究

楊海龍

甘肅省金昌公路事業(yè)發(fā)展中心 甘肅 金昌 737100

1 系統(tǒng)概述

近年來，民眾對出行服務(wù)質(zhì)量的需求不斷提高，順應(yīng)數(shù)字化經(jīng)濟的發(fā)展，我省公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)也快速發(fā)展，相應(yīng)的攝像頭數(shù)量也迅速增加，大量的視頻數(shù)據(jù)給實時監(jiān)控報警和視頻數(shù)據(jù)的有效利用帶來了新的問題。視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)有少則幾十路，多則幾千路視頻和海量的數(shù)字錄像數(shù)據(jù)，工作人員逐一查看每一路視頻，并從中發(fā)現(xiàn)可能的報警事件變得異常艱難，且需要消耗大量的時間。

具體原因：受機體本能限制，長期盯著視頻監(jiān)控，人的視覺易產(chǎn)生疲勞，導(dǎo)致監(jiān)控疏忽，無法及時、準確地檢測和報警；人眼因為視角局限，能夠同時進行監(jiān)控的畫面較少，不可同時處理多路監(jiān)控數(shù)據(jù)；存在監(jiān)控死角，人員疏忽易導(dǎo)致誤報和漏報；監(jiān)控越建越多，監(jiān)控人員的工作負荷大，人工辨別效率低下。

此外，在事后分析報警事件時，由于視頻監(jiān)控系統(tǒng)缺乏對視頻的智能分析，無法建立視頻與行為的對應(yīng)關(guān)系，無法有效檢索視頻數(shù)據(jù)。解決以上這些問題的一個可以有效方法是對視頻內(nèi)容進行系統(tǒng)自動智能研究分析，基于圖像識別技術(shù)，及時報告可疑事件（如闖入禁區(qū)、逆行、滯留，尾隨等）的發(fā)生，并對提取出來的事件相關(guān)信息和視頻數(shù)據(jù)進行學習記錄，從而能夠達到實時報警和有效視頻檢索的目的。

隨著光電信息、通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字視頻和傳感技術(shù)的發(fā)展，安防監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)從傳統(tǒng)的模擬技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化。由于數(shù)字控制信號具有抗干擾能力強、失真小、傳輸不受距離限制、存儲信息查詢便捷等優(yōu)點，因此，各種數(shù)字視頻數(shù)據(jù)技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，傳統(tǒng)的安全防范系統(tǒng)已逐步向以圖像分析處理為核心，融合了網(wǎng)絡(luò)、傳感、通信工程技術(shù)的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)過渡。

作為連接高速公路匝道的重要紐帶，單憑傳統(tǒng)監(jiān)控攝像頭缺乏行之有效的預(yù)警預(yù)報機制，沒有成熟的預(yù)案和及時的判別、預(yù)警、報警、處置機制，通常并不能達到對立交區(qū)安全管控的目的。為確保高速公路安全，在高速公路立交橋防護區(qū)域安裝數(shù)字攝像頭，并在后端配套建設(shè)預(yù)警系統(tǒng)，才能最大程度監(jiān)測異常，保護重要設(shè)施免遭人為破壞，保障道路安全暢通。

2 工作原理

智能安防監(jiān)控系統(tǒng)是一種先進的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)，采用圖像處理、模式識別和計算機視覺技術(shù)，通過在監(jiān)控管理系統(tǒng)中增加智能視頻分析功能模塊，借助電子計算機強大的數(shù)據(jù)處理能力過濾掉視頻畫面無用的或干擾信息，自動識別不同物體，分析抽取視頻源中關(guān)鍵有用信息，快速準確地定位事故現(xiàn)場，判斷視頻畫面中的異常變化情況，并以最快和最佳的方式發(fā)出警報或觸發(fā)其他動作，從而得到事前預(yù)警，事中處理，事后及時取證的全自動、全天候、實時監(jiān)控的智能系統(tǒng)。

智能安防監(jiān)控系統(tǒng)由本地視頻實時監(jiān)視，存儲視頻管理及查詢，策略管理，聯(lián)動配置，事件處理；遠程實時視頻調(diào)看，存儲視頻的跨級查詢、調(diào)用。智能安防監(jiān)控主機收集預(yù)先甄別的信息，通過網(wǎng)絡(luò)傳送到信息技術(shù)服務(wù)器，信息技術(shù)處理服務(wù)器將接收到的智能安全管理監(jiān)控主機發(fā)出的信息進行分析處理，再將數(shù)據(jù)信息交給監(jiān)控中心，從而完成各種社會安全風險監(jiān)控及報警的工作。該系統(tǒng)具有安全可靠、方便安裝、應(yīng)用場景廣等優(yōu)點。

3 技術(shù)要點

3.1 H.265編碼

為適應(yīng)新的需求，H.265編碼標準相比H.264標準，其的壓縮技術(shù)效率有了顯著提高，編碼同等產(chǎn)品質(zhì)量的視頻較H.264可以節(jié)省40%～50%的碼流，并增加更多的并行機制和網(wǎng)絡(luò)傳輸機制。

3.2 超高清

在清晰度方面，目前720P、1080P高清視頻發(fā)展已經(jīng)全面得到普及，超高清的4K、8K產(chǎn)品也在平安城市、智能交通等行業(yè)有越來越多的典型企業(yè)應(yīng)用。但超高清4K、8K是個全系統(tǒng)工程，需要前端、傳輸、存儲、解碼上墻、平臺具有更強的軟硬件計算能力支持。

在低照度方面，攝像機夜間成彩色圖像的效果主要取決于其支持的低照度大小，現(xiàn)在市場上的星級相機越來越主流，在完全黑暗沒有一絲光線環(huán)境條件下，仍然有出色的彩色成像技術(shù)表現(xiàn)。

3.3 智能化

目前，基于視頻智能分析技術(shù)，我們的監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了語音和視頻診斷、拌線入侵、周界入侵、徘徊滯留或看護、非法停車、行人流量統(tǒng)計、人臉識別、車牌識別等功能。高清和超高清監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，為智能分析提供了更多精確的視頻信息數(shù)據(jù)處理，以及人工智能研究分析算法的不斷創(chuàng)新發(fā)展、成熟，可靠性也將越來越高，該技術(shù)在防監(jiān)控系統(tǒng)中將扮演越來越重要的作用，更加智慧安全的時代將到來。

3.4 云平臺

通過云端采用的海量視頻檢索、高數(shù)據(jù)量并發(fā)技術(shù)，對大數(shù)據(jù)平臺采集上來的結(jié)構(gòu)化視頻數(shù)據(jù)進行算法比對、智能分析、大數(shù)據(jù)計算，從而實現(xiàn)了對流媒體視頻數(shù)據(jù)的解構(gòu)、分析、挖掘，產(chǎn)生真正的應(yīng)用價值。

云邊結(jié)合：由于目前的系統(tǒng)存在帶寬費用高昂、視頻數(shù)據(jù)較大的缺點，集中式云端暫不能適應(yīng)低延遲、大帶寬等要求；同時隨著前端結(jié)構(gòu)化智能分析攝像機、新興物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備逐漸興起，邊緣計算機也正以破竹之勢迅速發(fā)展，邊緣計算是指在靠近對象或數(shù)據(jù)源的網(wǎng)絡(luò)邊緣集成網(wǎng)絡(luò)、計算、存儲和應(yīng)用的核心能力的開放平臺，可以快速響應(yīng)，并與云端進行數(shù)據(jù)交換。如目前的人臉大數(shù)據(jù)、車輛大數(shù)據(jù)都是依靠前端結(jié)構(gòu)化智能分析攝像機進行前置計算和比對，為大數(shù)據(jù)平臺提供初級對比結(jié)果，快速響應(yīng)了客戶需求。

3.5 大數(shù)據(jù)

在大數(shù)據(jù)信息技術(shù)進行支撐下，網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲模型已從本地轉(zhuǎn)向云端大數(shù)據(jù)存儲服務(wù)體系，從而為云平臺提供大計算生產(chǎn)素。本系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)暢通的情況下，將視頻數(shù)據(jù)儲存在服務(wù)器端磁盤矩陣，當網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時儲存在本地設(shè)備。

3.6 熱成像

基于熱成像技術(shù)特性可全天候?qū)崿F(xiàn)在強光、弱光、有光、無光等各種光照環(huán)境下，對非法闖入違禁區(qū)域的人員、車輛進行報警。通過紅外熱像圖，可以準確地判斷被測區(qū)域的溫度分布情況，從而分析出該區(qū)域存在的問題及缺陷。

4 施工工藝

智能安防監(jiān)控系統(tǒng)需在長大橋梁區(qū)域安裝防闖攝像機，對監(jiān)測區(qū)域分別安裝點位進行全覆蓋，每個點位按照施工條件新建監(jiān)控桿。每個點位安裝音響設(shè)備一套，便于在觸發(fā)預(yù)警條件時能夠在現(xiàn)場播放報警提示音，以起到對非法闖入者警示和驅(qū)離的作用。現(xiàn)場攝像頭利用VPN專網(wǎng)光纖接入單位應(yīng)急指揮平臺統(tǒng)一管理。系統(tǒng)通過異物侵限監(jiān)控，實時監(jiān)測因故越過護欄而侵入高速公路保護限界進行破壞，影響公共行車安全的行為，實現(xiàn)對立交橋防護區(qū)域橋梁、橋墩等重點點位監(jiān)控應(yīng)急預(yù)判、異常事件和非法入侵的自動報警，通過實時監(jiān)控、實時數(shù)據(jù)采集分析、事件自動報警、事件應(yīng)急處置等功能完成公路信息化的基礎(chǔ)設(shè)施體系和基礎(chǔ)技術(shù)框架建設(shè)，構(gòu)建智能安全保障系統(tǒng)[1]。

5 應(yīng)用場景

目前，智能安防系統(tǒng)的應(yīng)用非常廣泛，不僅在城市、社區(qū)和住宅中，而且在學校出入管理、監(jiān)獄管理、電廠、大壩和大型展覽中都有應(yīng)用。主要的目標是做好信息安全的第一道重要防線，將危險因素隔絕于門外，做到未雨綢繆，防患于未然。截止2019年底，我省公路橋梁14863座，高速公路4453km，有些地區(qū)的長大橋梁是十分敏感的區(qū)域，有著巨大的應(yīng)用場景。

6 跟蹤觀測

系統(tǒng)會每月定期跟蹤觀察系統(tǒng)使用情況、拌線入侵和區(qū)域入侵工作狀態(tài)、遺留異物監(jiān)測、人員徘徊和群體事件監(jiān)測準確度，設(shè)備質(zhì)量等，并填寫觀測記錄，以便更直觀地反映系統(tǒng)運行后的效果，實現(xiàn)對立交橋防護區(qū)域橋梁、橋墩等重要點位監(jiān)控應(yīng)急預(yù)判、異常事件和非法入侵的自動報警，各項檢測指標符合要求[2]。

7 效果評價

智能安防監(jiān)控系統(tǒng)將所有信息流以數(shù)字信號形式進行處理，消除了傳統(tǒng)模擬監(jiān)控受區(qū)域和距離的限制壁壘，它可以與其他系統(tǒng)無縫連接，并在統(tǒng)一的管理平臺上集中處理，有效提高了高速立交橋梁區(qū)的實時監(jiān)測，保護了重要設(shè)施免遭人為破壞、保障道路安全暢通[3]。

8 結(jié)束語

立交橋智能安防監(jiān)控系統(tǒng)基于圖像處理技術(shù)、監(jiān)控技術(shù)、警報技術(shù)，24小時不間斷監(jiān)測，一旦出現(xiàn)異常情況，會迅速警報，工作人員可以及時地對警報事件采取措施，保護重要設(shè)施免遭人為破壞、保障道路安全暢通。