智能校園安防系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

引言

校園安全已經(jīng)成為一個社會高度關(guān)注的熱點問題。隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，新技術(shù)不斷涌現(xiàn)。智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)融合了視頻處理、計算機視覺以及人工智能等多個領(lǐng)域的先進技術(shù)，在圖像與事件之間建立映射關(guān)系，使計算機從紛繁的視頻圖像中分辨、識別出關(guān)鍵目標物體并分析理解其行為。智能視頻分析系統(tǒng)對輸入的視頻流采用對運動目標的監(jiān)測、跟蹤、分類技術(shù)，將視頻內(nèi)的目標經(jīng)背景建模、目標分割、跟蹤及分類等圖像識別算法，完成由圖像到事件參數(shù)的轉(zhuǎn)變,從而實現(xiàn)對各種突發(fā)事件的實時檢測，包括區(qū)域入侵檢測、穿越警戒面檢測、徘徊檢測、物品拿取防止檢測和人流統(tǒng)計等。

1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

智能校園安防系統(tǒng)前端采用高清和標清網(wǎng)絡(luò)攝像機，通過視頻專網(wǎng)接入到監(jiān)控中心的交換機中，通過視頻綜合平臺實現(xiàn)視頻信號的解碼上墻及智能分析，通過監(jiān)控平臺軟件的控制實現(xiàn)對視頻的統(tǒng)一實時查看、錄像和管理，通過流媒體軟件實現(xiàn)對視頻流的轉(zhuǎn)發(fā)。

系統(tǒng)由前端設(shè)備、信號傳輸和監(jiān)控室三個部分組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。前端設(shè)備主要由攝像機組成，根據(jù)現(xiàn)場不同的環(huán)境和應(yīng)用選用不同的攝像機，如在出入口選擇紅外攝像機及快速球機，在樓梯口和走廊設(shè)置紅外槍式攝像機,在周界可以選用紅外攝像機和快速球機，在校園室外開闊區(qū)域選用室外球型攝像機等。網(wǎng)絡(luò)是視頻監(jiān)控系統(tǒng)的承載平臺,采用以太網(wǎng)傳輸技術(shù)，以交換機為核心設(shè)計，監(jiān)控中心存儲設(shè)備、流媒體服務(wù)器、管理電腦、視屏綜合平臺等接入監(jiān)控局域網(wǎng)，實現(xiàn)視頻信號的存儲與瀏覽。監(jiān)控室實現(xiàn)對監(jiān)控報警系統(tǒng)的統(tǒng)一管理和控制，包括存儲、顯示系統(tǒng)、報警主機及管理和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等組成。

2視頻圖像存儲設(shè)計

監(jiān)控室選用IPSAN作為存儲設(shè)備，采用集中存儲的存儲架構(gòu)，通過存儲服務(wù)器提供豐富的存儲策略，如中心報警錄像、冗余錄像、電視墻顯示錄像和錄像備份。存儲管理服務(wù)器集中管理監(jiān)控中心和區(qū)域的存儲設(shè)備，監(jiān)控它們的工作狀態(tài)，對存儲設(shè)備產(chǎn)生的報警進行提示，管理和分配錄像任務(wù)，部署錄像計劃以及設(shè)定錄像參數(shù)等。所有存儲設(shè)備都采用千兆以太網(wǎng)接入監(jiān)控專網(wǎng)，IPSAN存儲構(gòu)架如圖2所示。

單個通道24h存儲1天的計算公式為:

Z(GB)=碼流大小(Mb/s)+8X3600(s)X24(h)X1(d)^1024

以一路視頻圖像在7天、15天、30天所需要的占用空間估算(實際配置還需要考慮格式化、RAID、設(shè)備的開銷等)，如表1所歹U。若以存儲200路高清720P圖像30天計算，則需要容量186TB。因此，考慮到格式化損耗以及RAID5功能，設(shè)計時可以選擇兩臺A1048R進行集中存儲。

表1存儲容量設(shè)計單位：GB7天15天30天222475950

3系統(tǒng)主要功能實現(xiàn)

整個校園監(jiān)控分為三道防線來布防。第一道防線為校園周界、大門出入口，該部分主要采用周界防范報警+周界監(jiān)控+出入口監(jiān)控的方式來實現(xiàn)。通過分析發(fā)現(xiàn)最近發(fā)生的校園事件，犯罪分子主要是通過學校出入口強行闖入校園，所以視頻監(jiān)控一定要把好出入口關(guān)，預(yù)防并及時發(fā)現(xiàn)隱患。校園周界采用室外快球攝像機和紅外攝像機全天候記錄視頻信息；大門出入口及其他與外界相通的出入口，應(yīng)選能全天候清楚地辨別出入人員的面部特征及機動車牌號的攝像機。報警系統(tǒng)發(fā)出報警信號后，監(jiān)控中心人員應(yīng)及時動作，視頻監(jiān)控等應(yīng)定位事故發(fā)生區(qū)域，視頻監(jiān)控可實現(xiàn)與報警系統(tǒng)的聯(lián)動，由此可實現(xiàn)有目的的、精確的跟蹤。

第二道防線為校園內(nèi)室外(包括操場、主要道路口等)，該部分主要采用室外快球攝像機。

第三道防線為各教學樓、辦公樓、宿舍樓等，通過安裝在大門出入口、樓梯口、走廊等位置紅外攝像機等不同類型的攝像機來實現(xiàn)相應(yīng)區(qū)域的監(jiān)控。圖3所示是本系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)圖。

圖3系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

本系統(tǒng)主要包括預(yù)警功能、監(jiān)視功能、錄像功能、聯(lián)網(wǎng)服務(wù)功能、周界防范報警聯(lián)動功能、管理功能以及擴展接口。

(1)預(yù)警功能

預(yù)警功能采用周界防范等報警系統(tǒng)并配合視頻監(jiān)控等第一時間來發(fā)現(xiàn)事故點，有關(guān)部門根據(jù)應(yīng)急預(yù)案迅速反應(yīng)，把事故損失控制到最小范圍。

監(jiān)視功能

監(jiān)視采用高品質(zhì)攝像機來獲得監(jiān)視范圍內(nèi)清晰的視頻圖像，滿足學校不同部位的監(jiān)控要求。

錄像功能

前端網(wǎng)絡(luò)攝像的視頻信號通過網(wǎng)絡(luò)接入監(jiān)控中心的磁盤陣列，通過IPSAN方式存儲數(shù)據(jù)，錄像保存時間可達到30天以上，以供事后調(diào)查取證。

聯(lián)網(wǎng)服務(wù)功能

網(wǎng)絡(luò)攝像機、視頻綜合平臺及監(jiān)控平臺軟件應(yīng)通過視頻專網(wǎng)相連，從而形成聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，并為以后的網(wǎng)絡(luò)攝像機接入和上級平臺的接入預(yù)留端口。

周界防范報警聯(lián)動功能

周界防范報警聯(lián)動功能主要實現(xiàn)報警系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)動，在監(jiān)視器上顯示報警所在位置的視頻畫面，提醒值班人員快速處理。

管理功能

管理人員或授權(quán)訪問人員可通過訪問監(jiān)控系統(tǒng)，實時瀏覽監(jiān)控畫面、回放歷史監(jiān)控圖像、下載監(jiān)控資料等。

預(yù)留擴展接口

預(yù)留擴展接口主要是滿足今后監(jiān)控點位的增加需要。此外，在上述校園監(jiān)控的基本功能基礎(chǔ)上，重點設(shè)計和實現(xiàn)了校園安防的智能視頻分析子系統(tǒng)，實現(xiàn)視頻監(jiān)控從被動防御到主動防御的變革，可以進行多種行為分析，包括穿越警戒線、區(qū)域入侵等多元化分析，重點實現(xiàn)了跨線檢測、區(qū)域入侵檢測和異常事件檢測功能，智能分析子系統(tǒng)功能如圖4所示。

圖4中的跨線檢測主要應(yīng)用于各警戒區(qū)域、停車場區(qū)域及大門口，自動檢測運動目標穿越警戒線的行為，支持單向、雙向或者多條警戒線組合功能。

區(qū)域入侵檢測則主要應(yīng)用于禁區(qū)入侵報警功能，對貴重物品、危險物品或者事故易發(fā)區(qū)域設(shè)定越界自動報警并語音提示功能，支持檢測多目標同時出現(xiàn)在區(qū)域內(nèi)部功能。

系統(tǒng)中的異常事件檢測功能，一是物品拿取檢測，應(yīng)用于有貴重物品的智能看守。當物品被盜、被移動時發(fā)出主動報警信號，并在圖像上示意出被盜物品所在位置。二是遺棄物檢測，當有遺棄物或可疑物遺留超過用戶設(shè)定時間時，則實現(xiàn)關(guān)聯(lián)報警。

圖4智能視頻分析子系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

4結(jié)語

因為學校頻頻出治安事件，所以必須要加強學校的安防工作，安防工作一般通過技防加人防的手段來實施。其中，技防為安防工作提供第一手資料及能為事后取證提供資料，所以技防是整個安防系統(tǒng)中重要的一部分，而視頻監(jiān)控和周界防范又是安防中技防的重要手段。因此，本文針對目前校園安防中存在的不足，基于智能視頻分析和IPSAN存儲構(gòu)架設(shè)計了智能校園安防系統(tǒng)，包括前端設(shè)備、信號傳輸和監(jiān)控室三部分，主要實現(xiàn)了預(yù)警功能、監(jiān)視功能、錄像功能、聯(lián)網(wǎng)服務(wù)功能、周界防范報警聯(lián)動功能；重點闡述了智能分析子系統(tǒng)中跨線檢測、區(qū)域入侵檢測和異常事件檢測功能的實現(xiàn)。實際應(yīng)用表明，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，功能完整，可應(yīng)用于高校校園的安全監(jiān)控。

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