視頻智能分析技術(shù)在故宮安全技術(shù)防范中應(yīng)用的探討

【關(guān)鍵詞】故宮博物院；安全技術(shù)防范；視頻智能分析；應(yīng)用探討

故宮博物院建立于1925年，是在明、清朝兩代皇宮及其收藏的基礎(chǔ)上建立起來的大型綜合性博物館，其文物收藏主要來源于清代宮中舊藏，院內(nèi)共有藏品186 萬件（套），其中珍貴文物占比高達(dá)90%。故宮是世界上現(xiàn)存規(guī)模最大、保存最完整的古代宮殿建筑群，是全國重點文物保護(hù)單位、世界文化遺產(chǎn)地、國家5A級旅游景區(qū)，每年承擔(dān)著繁重的觀眾參觀任務(wù)，安全工作壓力巨大。與此同時，故宮還是我國對外交流的重要名片，國際交流頻繁，經(jīng)常承擔(dān)國家重大外事任務(wù)。無論從地理位置，還是特殊身份來看，保障故宮安全都是重中之重。因此，要始終落實、落細(xì)常態(tài)化安全防范措施，科學(xué)精準(zhǔn)有效構(gòu)建安全防范屏障，切實做好故宮博物院的安全防范工作。

2013年故宮博物院開展了“平安故宮”工程項目，使故宮在防火、防盜、防恐、防突發(fā)事件等安全防范方面取得較大的進(jìn)步，實現(xiàn)了故宮線下人防、物防、技防相結(jié)合的安全防范系統(tǒng)。為持續(xù)提升故宮安防能力，建設(shè)更加科學(xué)、牢靠的安防管理體系，開展好故宮安防常態(tài)化工作，結(jié)合故宮博物院“十四五”發(fā)展規(guī)劃，2021 年底故宮博物院正式啟動了“故宮安全防范項目”。根據(jù)故宮博物院安防系統(tǒng)現(xiàn)狀以及存在的各種急需解決技術(shù)問題，逐步在故宮安防管理工作的制度化、精細(xì)化和數(shù)字化等方面做好堅實的系統(tǒng)建設(shè)，最終形成完善的安防管理體系。其中對視頻監(jiān)控系統(tǒng)開展能力提升工作增強(qiáng)視頻智能分析能力，對故宮文物保護(hù)、安全隱患排查起到了至關(guān)重要的作用。不僅可以降低人力成本，減少人為干擾因素，還能夠?qū)崿F(xiàn)對安全隱患的提前感知預(yù)判，輔助工作人員提高管理效率，進(jìn)一步提升故宮安防防控管理水平。

一、應(yīng)用視頻智能分析技術(shù)的意義

視頻智能分析技術(shù)在博物館安防行業(yè)的應(yīng)用意義非常重要，在傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用中，視頻監(jiān)控錄像都是由監(jiān)控室值機(jī)人員進(jìn)行24小時值守查看和人工分析判斷，進(jìn)而起到安全防護(hù)的作用，但是現(xiàn)在傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)已逐漸不適應(yīng)新形勢下安全防護(hù)要求。由于視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要依賴人工24小時值守查看，對于故宮而言有3000多路監(jiān)控畫面、65塊顯示屏，值機(jī)人員對所有的監(jiān)控場景情況并不能及時掌控并加以判斷，往往視頻監(jiān)控只能發(fā)揮事后追溯還原事件的作用，無法實現(xiàn)事前預(yù)警，浪費了海量的視頻資源。另外，即便是事后追溯，對于調(diào)取監(jiān)控的效率也是極低的。如應(yīng)用視頻智能分析技術(shù)，這些問題就可以得到解決。

視頻智能分析是一種計算機(jī)圖像視覺技術(shù)，利用人工智能、圖像處理、機(jī)器學(xué)習(xí)、人臉識別等先進(jìn)技術(shù)，對大規(guī)模的視頻圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、挖掘和推斷的分析算法。它能夠從數(shù)據(jù)中提取出有價值的信息，幫助使用者做出精準(zhǔn)的判斷、明智的決策。視頻智能分析技術(shù)通過學(xué)習(xí)和訓(xùn)練算法，使安防系統(tǒng)具備自主決策和響應(yīng)的能力，系統(tǒng)可以根據(jù)預(yù)先設(shè)定的規(guī)則和模型，自動識別異常情況并采取相應(yīng)的措施，例如自動預(yù)警、報警、啟動應(yīng)急預(yù)案等，使安全響應(yīng)更加迅速有效。視頻智能分析技術(shù)能夠處理大規(guī)模的視頻數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)挖掘和分析，總結(jié)事件規(guī)律及發(fā)展趨勢。這樣可以通過對歷史數(shù)據(jù)和行為模式的分析，進(jìn)行風(fēng)險評估和預(yù)測，及時發(fā)現(xiàn)“異常情況”預(yù)防潛在的安全事件發(fā)生。由此看來，視頻智能分析在安防領(lǐng)域中可以發(fā)揮巨大的作用。

二、視頻智能分析的應(yīng)用分類

（一）實時報警

傳統(tǒng)的監(jiān)控攝像機(jī)只能記錄當(dāng)前場景信息，如果有事件發(fā)生，除非監(jiān)控室值機(jī)人員能夠及時發(fā)現(xiàn)，否則很難在第一時間獲取當(dāng)前場景情況。應(yīng)用視頻智能分析技術(shù)可以對監(jiān)控場景進(jìn)行實時分析，如果分析目標(biāo)場景的情況滿足預(yù)設(shè)的報警條件時，就可以向值機(jī)人員發(fā)出報警信號得到及時地處置。所以加入視頻智能分析技術(shù)，可以實現(xiàn)實時報警，減少人員對風(fēng)險判斷的主觀性、提高報警準(zhǔn)確性和處置效率。

（二）數(shù)據(jù)統(tǒng)計

視頻智能分析的應(yīng)用可以進(jìn)行科學(xué)的人流監(jiān)測，然后運用數(shù)據(jù)做成報表，提高了工作的效率，也可以為人流疏導(dǎo)和防踩踏事件向管理人員提供實時、直觀、準(zhǔn)確的觀眾人數(shù)數(shù)據(jù)，還可以向游客提供合理的參觀路線和游覽決策等數(shù)據(jù)。

（三）屬性識別

視頻智能分析技術(shù)的屬性識別是對監(jiān)控畫面中的目標(biāo)根據(jù)不同的屬性進(jìn)行自動識別，通過對實時及歷史監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析，獲取如性別、年齡段、衣著顏色、衣著款式、攜帶物、運動狀態(tài)等多維屬性特征，并建立活動目標(biāo)模型，快速解析與定位目標(biāo)人員。也可對物體狀態(tài)進(jìn)行識別，如識別吸煙、火焰等。

（四）圖像處理

圖像處理類智能分析技術(shù)是把監(jiān)控畫面通過技術(shù)處理以后，把不清楚模糊的畫面運用科學(xué)的計算方法來對其進(jìn)行處理，調(diào)高畫面清晰度，實現(xiàn)清晰的監(jiān)控視頻畫面。以便對監(jiān)控場景進(jìn)行更好地分析與判斷[1]。

三、視頻智能分析在故宮安全技術(shù)防范中應(yīng)用的探討

（一）視頻智能分析在故宮消防中的應(yīng)用探討

故宮博物院作為世界上現(xiàn)存規(guī)模最大、保存最完整的古代木質(zhì)宮殿建筑群，一旦發(fā)生火災(zāi)將會造成無法彌補(bǔ)的損失。室內(nèi)低矮建筑防火通常可以利用感煙火災(zāi)探測器、空氣采樣火災(zāi)探測器等多種方式進(jìn)行探測，但故宮總占地面積為72萬平方米，存在諸多室內(nèi)高大空間及室外空曠空間，如在這些地方發(fā)生火情，不能第一時間發(fā)現(xiàn)處置，也會對木質(zhì)古建筑造成巨大威脅。

2013年起故宮正式實行全面“禁煙”，火源的消除，降低了火災(zāi)風(fēng)險，但極個別游客的不文明吸煙行為，仍對古建筑安全產(chǎn)生隱患。通過應(yīng)用視頻智能分析技術(shù)，利用現(xiàn)有的監(jiān)控攝像機(jī)對故宮室外空曠空間、高大古建筑內(nèi)部進(jìn)行監(jiān)控，能夠在沒有火災(zāi)探測器的室外空曠空間或是高大古建筑內(nèi)部火災(zāi)探測器周圍溫度和煙霧濃度都還沒有到達(dá)報警閾值時，通過檢測監(jiān)控畫面中煙霧和火焰的亮度、顏色信息、紋理、邊界粗糙度、圓形度、面積以及火焰的運動特性等特征參數(shù)[2]，結(jié)合預(yù)先學(xué)習(xí)的大量火災(zāi)初期煙霧、火焰的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行比較辨識，一旦特征數(shù)據(jù)吻合，就能夠觸發(fā)報警信號并顯示現(xiàn)場最直觀的視頻圖像，在極早期發(fā)現(xiàn)火災(zāi)風(fēng)險。這一技術(shù)對于常見可燃物的煙霧、火焰的識別準(zhǔn)確率和報警靈敏度均可達(dá)到較高水平。也可以通過加裝熱成像攝像機(jī)或紅外攝像機(jī)，將視頻圖像轉(zhuǎn)化為溫度信息。結(jié)合視頻智能分析算法，檢測出溫度異常的區(qū)域，發(fā)現(xiàn)潛在的隱患。

（二）視頻智能分析在故宮安防中的應(yīng)用探討

1.故宮正在打造“四層防護(hù)圈”的安防理念，“四層防護(hù)圈”分別指城墻、紅墻、院墻+卡口、殿宇墻，通過對邊界及卡口的嚴(yán)密防護(hù)，做到“進(jìn)出有感知，異常即報警”，形成完整有效的防護(hù)圈。視頻智能分析技術(shù)在這“四層防護(hù)圈”的建設(shè)中，均可以發(fā)揮其重要的作用。例如：在故宮的四個城門洞設(shè)置具備人臉識別功能的監(jiān)控攝像機(jī)，通過視頻智能分析算法和人臉識別技術(shù)，對視頻監(jiān)控圖像或攝像機(jī)捕獲的靜態(tài)圖像進(jìn)行分析，并將人臉與已知數(shù)據(jù)庫中的人臉進(jìn)行比對?？梢詫崿F(xiàn)觀眾從步入故宮參觀到參觀結(jié)束的閉合管理。系統(tǒng)自動比對入院和出院信息，輔助每天故宮的封門檢查工作，減少觀眾滯留帶來的風(fēng)險隱患；通過在城墻上設(shè)置的監(jiān)控攝像機(jī)，利用視頻智能分析技術(shù)，在所監(jiān)控的畫面上設(shè)置虛擬絆線（與城墻的物理邊界一致），并制定人員穿越虛擬絆線的規(guī)則。當(dāng)有人員企圖翻越城墻時，系統(tǒng)即向值機(jī)人員發(fā)出報警信息，可以結(jié)合城墻上現(xiàn)有的微波纜式報警器復(fù)合使用，提高監(jiān)測準(zhǔn)確度；通過在重要的通道卡口設(shè)置清晰度高、夜視效果好的監(jiān)控攝像機(jī)，利用視頻智能分析技術(shù)，對人臉、人體、人員路徑進(jìn)行智能分析與判斷，進(jìn)行實時抓拍，在抓拍庫中選擇多張人臉圖像確定其采集的時間和地點作為軌跡的暫存圖片，系統(tǒng)會根據(jù)暫存架中的多張人臉圖像，自動在系統(tǒng)地圖上按時間順序形成目標(biāo)人員軌跡，提高工作人員尋找目標(biāo)人員的效率。還可以通過智能分析，掌握目標(biāo)人員在博物館中的動態(tài)，從而了解目標(biāo)人群在博物館中關(guān)注點等相關(guān)信息，也可為展覽策劃提供輔助決策。通過視頻智能分析技術(shù)可以對文物展廳、文創(chuàng)商店等室內(nèi)人員密集場所進(jìn)行出入口的流量智能統(tǒng)計，計算當(dāng)前展廳、商店的觀眾入場數(shù)量，在大屏幕或公眾號上實時通過客流量熱力圖直觀地反映出來，并顯示擁擠程度百分比，如果數(shù)值超過預(yù)設(shè)值，就發(fā)出預(yù)警。如此，能夠為安全管理部門提供實時、直觀、準(zhǔn)確的觀眾人數(shù)數(shù)據(jù)，方便及時展開人流疏導(dǎo)、預(yù)防踩踏；也可為觀眾提供合理的參觀路線，為世界文化遺產(chǎn)保護(hù)提供數(shù)據(jù)支撐。

2.故宮博物院共有藏品1863404件/套，包含可移動文物和不可移動文物。故宮院內(nèi)就存在如鐵缸銅缸、盆景、奇石等這些都是不可移動的文物，它們的安全也同等重要。除了利用護(hù)欄、警戒線等傳統(tǒng)物理方式隔離出相對安全的空間保障文物安全，在應(yīng)用視頻智能分析技術(shù)后，可以根據(jù)現(xiàn)場需要分別設(shè)置區(qū)域入侵偵測，當(dāng)警戒區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)情況，值機(jī)人員可第一時間發(fā)現(xiàn)并協(xié)同現(xiàn)場工作人員進(jìn)行處置。也可以對指定區(qū)域或物品進(jìn)行狀態(tài)檢測，針對系統(tǒng)所劃定的區(qū)域內(nèi)的物品狀態(tài)變化（與初始狀態(tài)相比突然消失或突然出現(xiàn)）進(jìn)行檢測、對比和分析，可以判斷例如院落內(nèi)不可移動文物是否遺失、廣場上是否存在可疑物等，自動向值機(jī)人員發(fā)出報警信息并采取處理措施，有效地控制潛在危險。

3.故宮博物院地處首都政治核心區(qū)域，安全等級高，安全工作壓力巨大。所謂故宮無小事，事事連政治。如何進(jìn)一步提升防恐、防爆、防突發(fā)事件的應(yīng)急響應(yīng)，已成為故宮博物院新的重要挑戰(zhàn)。利用視頻智能分析技術(shù)可以在監(jiān)控圖像實現(xiàn)對檢測區(qū)域內(nèi)人員拉橫幅、張貼橫幅或者面板的行為進(jìn)行預(yù)警，對故宮院內(nèi)開放區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測，判斷是否有未經(jīng)批準(zhǔn)擅自拉起橫幅的情況。如果檢測到有亂拉橫幅現(xiàn)象，則標(biāo)記位置，發(fā)送亂拉橫幅預(yù)警，并在電子地圖上顯示報警位置，通知工作人員及時處理。

四、進(jìn)行視頻智能分析的監(jiān)控攝像機(jī)安裝要求

合理選擇攝像機(jī)及其安裝位置與角度，可以在條件允許的情況下盡量降低監(jiān)控場景的復(fù)雜度，凸顯有效的信息。對于不同的應(yīng)用場景，攝像機(jī)的選用和安裝是不同的：人臉識別攝像機(jī)宜采用高精度快速識別設(shè)備，能夠靈活應(yīng)對不同環(huán)境下的變化，能夠適應(yīng)光線暗弱的環(huán)境、傾斜角度變化等條件下的人臉特征識別。具有抗干擾能力，在人群擁擠的環(huán)境下，能夠正確識別目標(biāo)人臉，不被周圍干擾因素所影響。通過網(wǎng)絡(luò)連接，將識別結(jié)果實時傳輸至服務(wù)器上進(jìn)行分析記錄；監(jiān)控攝像機(jī)安裝前需對在保護(hù)對象本體上安裝的位置及安裝條件進(jìn)行勘察、規(guī)劃和評估，保證設(shè)備安裝對保護(hù)對象本體的最小干預(yù)和可恢復(fù)性，設(shè)置在不易受外界損傷的場所，注意隱蔽性，外涂顏色與環(huán)境協(xié)調(diào)，充分利用原有支架，不在古建上重新打孔、開槽；室內(nèi)攝像機(jī)安裝高度2.5m～5.0m為宜，室外安裝高度3.5m～10m為宜，室外攝像機(jī)加裝能適應(yīng)現(xiàn)場環(huán)境的多功能防護(hù)罩，一般安裝在大殿屋檐下角部位置，位置高、視野好、覆蓋面廣。如需逆光安裝時，需選用具有逆光補(bǔ)償功能的攝像機(jī)；開展視頻智能分析的攝像機(jī)，最低光照強(qiáng)度需達(dá)到1Lux（彩色）、0.1Lux（黑白）。

結(jié)語

視頻智能分析技術(shù)在博物館消防、安防領(lǐng)域有著巨大的發(fā)展前景。隨著大數(shù)據(jù)和計算能力的不斷發(fā)展，視頻智能分析技術(shù)的應(yīng)用將能夠?qū)崿F(xiàn)更精確和實時地預(yù)測。這將為博物館的管理者提供更準(zhǔn)確的警報和預(yù)警信息，以便更好地應(yīng)對安全風(fēng)險。視頻智能分析技術(shù)還可以實現(xiàn)自主決策和協(xié)同決策，通過分析和理解大量數(shù)據(jù)，可以根據(jù)預(yù)定的策略和規(guī)則，自動采取措施應(yīng)對安全事件，提高響應(yīng)的速度和精確性。深度學(xué)習(xí)和遷移學(xué)習(xí)等新興技術(shù)具有更強(qiáng)大的分析能力和泛化能力。這將使得視頻智能分析技術(shù)更加適應(yīng)不同場景和數(shù)據(jù)類型的需求，從而提高系統(tǒng)的效率和準(zhǔn)確性?？偟膩碚f，視頻智能分析技術(shù)在博物館領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊，能夠提供更智能、高效和準(zhǔn)確的安全解決方案。

應(yīng)用視頻智能分析技術(shù)能夠切實提升故宮博物院安全技術(shù)防范系統(tǒng)科學(xué)化、智能化能力，在保障院落格局、保護(hù)故宮古建筑本體的前提下，筑牢文物安全底線，進(jìn)一步提升故宮安防整體防控管理水平，實現(xiàn)“設(shè)施最完善、技術(shù)最先進(jìn)、管理最嚴(yán)格”的故宮安防體系，確保故宮安全。