基于機(jī)房視頻與AI分析追蹤人員行動(dòng)軌跡方法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

關(guān)鍵詞：AI分析；機(jī)房視頻；AI追蹤

中圖法分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

本文主要實(shí)現(xiàn)機(jī)房?jī)?nèi)多攝像頭視頻實(shí)時(shí)監(jiān)控與AI分析能力的結(jié)合，通過采用多攝像頭實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)時(shí)上報(bào)各個(gè)攝像頭下人員的實(shí)時(shí)位置，并通過實(shí)時(shí)人員位置歸檔實(shí)現(xiàn)機(jī)房?jī)?nèi)人員的動(dòng)態(tài)行動(dòng)軌跡監(jiān)管。本文方法首先通過攝像頭進(jìn)行畫面抓拍，利用人工智能算法提取人體輪廓，并通過算法判斷出此人身份，同時(shí)和之前抓拍人體進(jìn)行實(shí)時(shí)匹配，以實(shí)現(xiàn)人員識(shí)別，身份確認(rèn)。其次，單個(gè)攝像頭對(duì)同一個(gè)人進(jìn)行追蹤并歸檔至同一檔案中，確保同一個(gè)人在該機(jī)房?jī)?nèi)單個(gè)攝像頭下的動(dòng)態(tài)軌跡的連續(xù)性。再次，對(duì)多個(gè)攝像頭抓拍之后的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，通過人臉、人體識(shí)別算法，將同一個(gè)人在該機(jī)房?jī)?nèi)的全部行動(dòng)點(diǎn)位信息進(jìn)行歸檔，確保同一個(gè)人在該機(jī)房?jī)?nèi)動(dòng)態(tài)軌跡的完整性。最后，在3D頁面進(jìn)行軌跡搜索時(shí)，觸發(fā)指定人員軌跡繪制。

信息化的飛速發(fā)展帶來了技術(shù)的進(jìn)步，而作為網(wǎng)絡(luò)與IT運(yùn)維基礎(chǔ)設(shè)施的機(jī)房也同樣經(jīng)歷了時(shí)代的變遷，機(jī)房管理安全始終是運(yùn)營(yíng)商和企業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)。機(jī)房現(xiàn)場(chǎng)人、事、物的動(dòng)態(tài)管理，如巡檢和隨工等工作主要依賴人工執(zhí)行，而現(xiàn)場(chǎng)的視頻監(jiān)控只能起到輔助實(shí)時(shí)查看和歷史回溯的作用。對(duì)于機(jī)房安全而言，人的影響因素很大。若要管好機(jī)房，則首先要考慮如何將人“管”起來，對(duì)于人員在機(jī)房?jī)?nèi)的活動(dòng)軌跡的監(jiān)控，目前大多應(yīng)用的技術(shù)是通過定位芯片來實(shí)現(xiàn)，具體為通過在進(jìn)入機(jī)房人員身份認(rèn)證腕帶中安裝定位芯片進(jìn)行通信，獲取輔助定位芯片與“通信認(rèn)證基站”的相對(duì)距離，利用通信定位基站數(shù)據(jù)和RFID標(biāo)簽數(shù)據(jù)，通過計(jì)算得出機(jī)房人員的實(shí)時(shí)位置坐標(biāo)。這種方法需要在機(jī)房?jī)?nèi)進(jìn)行硬件加裝，并且對(duì)人員有規(guī)范佩戴腕帶的要求，并非最優(yōu)解決方案。

當(dāng)前，機(jī)房?jī)?nèi)的監(jiān)控?cái)z像頭部署密度在達(dá)到機(jī)柜級(jí)的前提下，已經(jīng)滿足機(jī)房空間100％覆蓋的需求，而且隨著AI技術(shù)和數(shù)字孿生技術(shù)的引入及應(yīng)用，跟蹤、展示人員在機(jī)房?jī)?nèi)的活動(dòng)軌跡是具備可行條件的。借助視頻監(jiān)控，對(duì)于人員行動(dòng)軌跡追蹤可以從連續(xù)的視頻圖像中提取出監(jiān)控目標(biāo)，通過對(duì)機(jī)房空間位置的定義描述其在指定機(jī)房?jī)?nèi)的位置并對(duì)位置變化進(jìn)行跟蹤和識(shí)別，最終在機(jī)房實(shí)景圖中進(jìn)行落圖和繪制。本文方法的實(shí)現(xiàn)涉及3個(gè)方面：（1）機(jī)房空間位置的定義；（2）人員識(shí)別及定位的上報(bào)歸檔；（3）人員位置落圖及軌跡繪制。

實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)行動(dòng)軌跡的顯示，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控機(jī)房的安全問題，包括進(jìn)入機(jī)房人員是否按照既定規(guī)則在機(jī)房區(qū)域內(nèi)活動(dòng)，并能夠通過歷史軌跡查詢功能對(duì)機(jī)房的一些關(guān)鍵設(shè)備的安全故障提供歷史查詢，有效提升了機(jī)房的安防監(jiān)控效果。

下文將詳細(xì)闡述基于機(jī)房視頻、AI分析以及3D可視化模塊實(shí)現(xiàn)機(jī)房?jī)?nèi)人員行動(dòng)軌跡追蹤的方法。

1機(jī)房網(wǎng)格劃分與坐標(biāo)定義

為定義機(jī)房物理位置，首先要對(duì)機(jī)房進(jìn)行網(wǎng)格劃分并定義坐標(biāo)。由于最終位置由3D可視化系統(tǒng)呈現(xiàn)，因此由3D可視化模塊提供機(jī)房平面圖以及每個(gè)攝像頭的位置信息，同時(shí)提供該機(jī)房的3D坐標(biāo)原點(diǎn)（0，0）。AI分析功能模塊在此基礎(chǔ)上對(duì)機(jī)房進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化。

AI分析功能模塊先將攝像頭監(jiān)控畫面進(jìn)行網(wǎng)格劃分，根據(jù)距離的遠(yuǎn)近以及畫面的大小，如離攝像頭較近的畫面，一塊地板對(duì)應(yīng)一個(gè)網(wǎng)格，而離攝像頭較遠(yuǎn)的畫面，則兩塊地板定義為一個(gè)網(wǎng)格，每個(gè)網(wǎng)格標(biāo)記為中心點(diǎn)處的坐標(biāo)。定義出的網(wǎng)格坐標(biāo)與機(jī)房平面圖上的點(diǎn)位相對(duì)應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)房絕對(duì)位置的標(biāo)記。在各攝像頭分析識(shí)別到人臉或人體后，將所在位置坐標(biāo)實(shí)時(shí)上報(bào)，由3D可視化模塊在機(jī)房平面圖中進(jìn)行打點(diǎn)，高頻次的點(diǎn)位信息匯集即為該時(shí)間段內(nèi)人員在機(jī)房?jī)?nèi)的動(dòng)態(tài)行動(dòng)軌跡。

2人員識(shí)別及軌跡追蹤歸檔

人員追蹤和動(dòng)態(tài)軌跡繪制的實(shí)現(xiàn)共涉及4個(gè)功能模塊，分別為人像模塊、人體歸檔模塊、Web模塊、3D可視化模塊。相關(guān)工作流程如圖1所示。

人像模塊的主要功能為實(shí)時(shí)分析攝像頭視頻流、實(shí)時(shí)算法提取人體輪廓，并分析出人員身份，同時(shí)實(shí)時(shí)檢測(cè)人體所在機(jī)房坐標(biāo)位置，發(fā)送給Web端。該模塊算法在檢測(cè)“人”的過程中，會(huì)對(duì)“人”進(jìn)行跟蹤和識(shí)別，并由此生成跟蹤id。人體歸檔模塊對(duì)各個(gè)攝像頭抓拍并傳遞的人員信息進(jìn)行匯總，實(shí)時(shí)歸檔，以人為維度將歷史抓拍記錄歸檔。Web模塊實(shí)時(shí)接收人像模塊的人員信息和位置，實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)給3D可視化模塊。3D可視化模塊的主要功能為接收Web模塊轉(zhuǎn)發(fā)的人員信息和位置信息，字段包括抓拍id、抓拍設(shè)備（攝像頭）編號(hào)、抓拍時(shí)間、人員id、檔案id、位置坐標(biāo)以及人體框坐標(biāo)等，并完成軌跡的繪制和在頁面實(shí)時(shí)呈現(xiàn)。

2.1單個(gè)攝像頭跟蹤檔案生成

當(dāng)單個(gè)攝像頭抓拍畫面并檢測(cè)到有人出現(xiàn)時(shí)，則會(huì)對(duì)該人員進(jìn)行信息抽取，并生成系統(tǒng)唯一的跟蹤id，同時(shí)根據(jù)抓拍模型（如定時(shí)模型、最優(yōu)模型、實(shí)時(shí)模型等）來判斷該條抓拍記錄是否需要保存，該攝像頭連續(xù)跟蹤此人會(huì)為同一個(gè)人生成相同的跟蹤id，這可確保單個(gè)攝像頭下同一個(gè)人能夠歸檔至同一個(gè)檔案，降低歸檔模塊對(duì)抓拍記錄的搜索頻次，同時(shí)提升歸檔過程的準(zhǔn)確率。單個(gè)攝像頭跟蹤器只是做人員的跟蹤，并不會(huì)識(shí)別人員身份。單個(gè)攝像頭跟蹤的算法流程如圖2所示。

對(duì)于是否為同一個(gè)人的識(shí)別，首先對(duì)人臉或人體利用深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)模型ResNet50提取出人特征值，具體的算法結(jié)構(gòu)如圖3所示。

從畫面中提取到“人”的特征值后，首先從當(dāng)前攝像頭的追蹤管理器中搜索相同的特征值，若搜索到，則將當(dāng)前的抓拍記錄追蹤id設(shè)置成匹配相同特征值的追蹤id，追蹤管理器根據(jù)當(dāng)前的追蹤對(duì)象更新預(yù)測(cè)器參數(shù)。

當(dāng)提取到的特征值沒有匹配到時(shí)，則根據(jù)人體IOU對(duì)比，若IOU的重合度大于某一閾值，則判定為屬于同一個(gè)人，故將當(dāng)前的抓拍記錄追蹤id設(shè)置成匹配成功的追蹤id，追蹤管理器根據(jù)當(dāng)前的追蹤對(duì)象更新預(yù)測(cè)器參數(shù)。

若IOU匹配也未成功，則人像模塊會(huì)新增一個(gè)新的追蹤記錄至追蹤管理器中，用于管理器追蹤同一個(gè)人。當(dāng)追蹤對(duì)象在一段時(shí)間內(nèi)沒有出現(xiàn)，追蹤管理器刪除此追蹤對(duì)象，釋放資源，由此追蹤管理器實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)管理追蹤對(duì)象的記錄。單個(gè)攝像頭下同一個(gè)人的連續(xù)抓拍記錄都有相同的追蹤id，歸檔時(shí)同一個(gè)追蹤id歸為同一個(gè)檔案，如此一來，可以確保同一個(gè)人在單個(gè)攝像頭下動(dòng)態(tài)軌跡的連續(xù)性。

2.2多攝像頭人員歸檔

人員歸檔功能主要是把同一個(gè)人的抓拍記錄歸為同一個(gè)檔案，從而方便后續(xù)結(jié)合實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)軌跡和歷史動(dòng)態(tài)軌跡確定是同一個(gè)人的軌跡。

歸檔過程優(yōu)先通過追蹤id進(jìn)行搜索，當(dāng)人在單個(gè)攝像頭下活動(dòng)時(shí)，若算法通過跟蹤定位為同一個(gè)人，則具有相同的跟蹤id，相同追蹤id的檔案優(yōu)先歸為同一個(gè)檔案；若無相同追蹤id，則采用人臉?biāo)阉鞣绞剿阉鳟?dāng)前時(shí)間段內(nèi)同一機(jī)房的抓拍記錄是否存在相同特征值的人臉信息，存在則歸為一個(gè)檔案；若當(dāng)前同一機(jī)房的人臉記錄未搜到匹配人臉時(shí)，搜索當(dāng)天同一機(jī)房的人臉記錄，搜到則歸為同一個(gè)檔案：若當(dāng)天同一機(jī)房人臉記錄未搜索到人臉時(shí)，則擴(kuò)大搜索區(qū)域范圍，如可以搜索當(dāng)天園區(qū)的人臉記錄，搜索到則歸為同一個(gè)檔案：如果從當(dāng)天人臉記錄中都未搜索到匹配信息，則再從檔案庫里搜索人臉，匹配到則歸為同一個(gè)檔案：若人臉?biāo)阉鳑]有搜索到，則進(jìn)行人體搜索歸檔，搜索順序依次為在當(dāng)前時(shí)間段內(nèi)同一機(jī)房的人體抓拍記錄、當(dāng)天同一機(jī)房的人體抓拍記錄、當(dāng)天同一園區(qū)的人體抓拍記錄等，搜索到則歸為同一個(gè)檔案。

以上方式均未匹配到同一人的情況下，則新增一個(gè)人員檔案。歸檔模塊通過把所有同一個(gè)人的抓拍記錄歸為同一檔案的方式，記錄下了同一機(jī)房同一個(gè)人指定時(shí)間段內(nèi)的位置信息變化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了將同一檔案的人員在機(jī)房的實(shí)時(shí)位置進(jìn)行動(dòng)態(tài)軌跡展示。

3機(jī)房3D圖中人員動(dòng)態(tài)軌跡的繪制

機(jī)房?jī)?nèi)每個(gè)攝像頭單獨(dú)工作，對(duì)視頻流進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，利用深度學(xué)習(xí)算法提取相應(yīng)的人臉、人體信息，在匹配并識(shí)別人臉、人體信息后根據(jù)該人員腳所在位置（所處的網(wǎng)格），可確認(rèn)當(dāng)前人員的位置坐標(biāo)。當(dāng)前捕捉到的信息包括整體人臉、人體信息，坐標(biāo)信息。將其寫人數(shù)據(jù)庫并進(jìn)行下一步歸檔處理。

歸檔模塊實(shí)時(shí)從數(shù)據(jù)庫獲取抓拍記錄，利用深度學(xué)習(xí)算法實(shí)時(shí)查出此人此前的抓拍已經(jīng)歸檔的記錄，把同一個(gè)人的人臉人體信息歸檔到同一個(gè)檔案并確認(rèn)人員身份。

有了每次抓拍記錄的位置信息和抓拍記錄的人員身份就能確認(rèn)同一個(gè)人的活動(dòng)的動(dòng)態(tài)軌跡，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)3D顯示的功能。

當(dāng)用戶通過3D可視化Web頁面發(fā)起查看某個(gè)指定時(shí)間段內(nèi)歷史活動(dòng)軌跡的請(qǐng)求時(shí)，3D可視化模塊轉(zhuǎn)而向AI分析功能模塊請(qǐng)求該人員的歷史軌跡坐標(biāo)數(shù)據(jù)，在得到響應(yīng)并收到返回位置數(shù)據(jù)后，3D可視化模塊在機(jī)房平面圖中打點(diǎn)所有坐標(biāo)，從而呈現(xiàn)出該時(shí)間段內(nèi)指定人員在機(jī)房?jī)?nèi)的活動(dòng)軌跡，進(jìn)而完成一次完整的機(jī)房人員監(jiān)管的動(dòng)態(tài)回溯，實(shí)現(xiàn)更加全面的機(jī)房安全管理。

作者簡(jiǎn)介：

陳歡（1989—），本科，助理工程師，研究方向：IDC網(wǎng)絡(luò)及機(jī)房管理。