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智能视频分析在某钢铁公司周界保卫项目中的应用

导读：某钢铁公司在远郊建设了一个高附加值板材生产基地，该基地俯视呈菜刀形状，周长3900米，刀背和刀柄部位外侧有公路通行，其余部位外侧是荒地。基地周界由2米高混凝土框架加固的铁栅栏构成，所处地点较偏僻，治安形势不理想且周界很长，保卫人员力量也有限，所以经常发生偷盗事件。
　　项目概况
　　某钢铁公司在远郊建设了一个高附加值板材生产基地，该基地俯视呈菜刀形状，周长3900米，刀背和刀柄部位外侧有公路通行，其余部位外侧是荒地。基地周界由2米高混凝土框架加固的铁栅栏构成，所处地点较偏僻，治安形势不理想且周界很长，保卫人员力量也有限，所以经常发生偷盗事件。
　　为加强保安，该基地沿周界每隔约100米安装一台摄像机，共有42套摄像机和红外灯，中控室人员24小时值班。但实际效果令保卫部门大失所望，偷盗事件依然不断发生却很少被发现。究其原因，42路图像被分布在3台17寸液晶监视器上，每路图像都很小，绝大部分时候图像都没什么变化，值班人员很容易就陷入麻木和疲劳的状态，该基地迫切需要更先进技术改善保安状况。
　　需求分析
　　该基地对周界安保系统改造提出了以下要求：
　　·迅速发现、即时定位、直观复核、尽早制止;
　　·覆盖整个周界，报警探测区域无缝连接;
　　·宁可误报也不能漏报，且将误报率控制在合理范围内;
　　·在现有的系统基础上实对周界安保系统进行改造。
　　经过分析，我们决定采用智能视频分析技术来完成该基地周界安保系统改造。相比常用、周界入侵探测技术如红外对射、微波探测、电子围栏等，智能视频分析技术不仅报警直观，如果合理设置报警规则，还可在目标接近没有触及周界时就报警，不需要改造物理周界。
　　项目实施难点分析
　　该项目地处环境复杂，要求严格，而且是在已有系统上改造、困难颇多，经研究我们采取了以下应对策略。
　　无缝连接
　　原有系统运行时，值班人员通常将摄像机变焦放在广角端观察近处，有问题再拉近查看。智能视频分析单元刚安装完毕时，值班人员仍然如此操作，导致拍摄视角较宽，纵深上近处、和远处目标大小差异较大，当近处目标尺寸符合报警规范要求时，远处目标就较小了，容易产生漏报，尤其在夜间照明条件不理想的情况下，摄像机能探测报警的范围较小，造成无法实现无缝连接。
　　因此，我们改变摄像机的工作模式，平时将摄像机固定在长焦端工作，观察区域从近前前移到200米以外范围，这样目标在200?300米内差别就没那么大，报警有效区域明显扩大。整个周界摄像机这样调整后，组成接力式报警探测区域。但每一列摄像机起点位置会产生灯下黑现象，末端位置则拍摄到超出周界的无效区域，所以将末端最后两台摄像机移到起点第三、四台摄的位置反向拍摄，确保周界完全被覆盖，从而实现整个周界无缝连接，任意两台相邻摄像机的防区都有限重叠重叠区域都会产生报警，保证报警探测区域的连续性。
　　夜间照明
　　原系统红外灯都是直接挂在云台摄像机防护罩上，红外照明随云台指向移动，但摄像机都放置在望远端工作时，摄像机俯视角就会明显减小，红外灯就对着空中照射了，且红外灯有效作用距离较近，根本不可能照亮200米外地面。因此将所有红外灯都从云台摄像机上拆下来，以固定方式安装在较低位置，均匀分布在周界沿线，沿围墙形成了一个较均匀的红外照明带，明显改善了夜间照明效果，保证晚上系统有效工作，从而提高了系统的精确率。
　　无预置位
　　原系统云台摄像机没有预置位，但智能视频分析需要根据场景设置报警规则，场景会随摄像机移位变化，那之前设置的规则就无效了。通常情况需要更换设备，但业主要求尽量利用现有设备。经分析，首先，我们让每台摄像机设置场景时都工作在最长焦的状态;其次，为每个场景制定一个指示标牌，标牌被实地安装在该场景左下角或者右下角，标牌上有摄像机编号和左右位置符号和定位标志。如果摄像机偏离了场景设定位置，值班人员只需先把摄像机变焦推到最远端，然后根据指示将画面左下角或者右下角对准相应标牌的定位标志就能恢复到初始位置了。
　　小动物
　　该基地地处乡野，各种小动物比较多，易产生误报。初期没有急于调整而是嘱咐值班人员注意观察，经过一段时间积累后，根据误报记录基本掌握了小动物情况，再设置了最小目标尺寸过滤器，基本排除了小动物引起的误报。
　　植被
　　该项目开始改造的时候是冬季，周界附近没有明显的植物，系统运行4个月后，地面开始长草，夏天时杂草能长到比人还高，加上风吹摇晃，较容易产生误报警，而且很难通过调整系统参数避免。经过沟通，用户了解到合适的环境是保证系统有效性的重要因素，于是用户决定把定期除草列为保卫工作的组成部分，有力保障了系统运行。
　　汽车远光灯
　　该基地周界两侧有公路，且没有路灯，车辆较少，所以晚上经过的车辆常会打开远光灯，远光灯光线会向空中投射，有时直接照射到摄像机上，造成摄像机短暂画面全白。我们调整了靠公路的摄像机朝向，尽量让摄像机拍摄边缘紧贴围墙，整个视角略微向内侧偏转，同时在一些必需的位置给摄像机加装遮光罩，基本解决了远光灯直射问题。
　　蒸汽
　　在基地内有几个蒸汽排放口正好靠近周界，尤其是在冬天，浓浓的白色蒸汽不断喷涌占据的大半画面，容易产生误报警。通过能变换角度的摄像机尽量变换视角，实在不能变换的也尽量利用遮幅的方式收窄视场，对于残余的少量蒸汽，利用形状和运动方向都不稳定的特性启用形状与方向过滤器滤除，基本上解决了蒸汽误引起报警的问题。
　　系统改造方案
　　改造在原有系统基础上进行，原有设备包括42套云台摄像机和红外灯、光端机、DVR、监视器、控制键盘。系统新增了42台智能视频分析单元、1台管理PC，以及网络交换机、视频分配器、报警控制器、警灯、警笛等设备。
　　前端摄像机信号经光端机传回中控室后接入视频分配器，视频信号一分为二，一路接到DVR，另一路接到智能视频分析单元。智能视频分析单元是基于DSP的视频分析设备，模拟图像在这里被采样然后进行分析，分析结果通过以太网传送到管理PC。管理PC上安装了管理软件和数据库，可以统一管理所有的智能视频分析单元，可以设置报警规则，接收存储报警信息，并提供查询功能。当管理PC收到智能视频分析单元传来的报警信息，管理软件会弹出报警画面，附有详细的时间、位置、规则等文字描述，同时还可以发出警告音以防值班人员不在电脑前没有注意到发生报警。智能视频分析单元还可以输出干节点信号给报警控制器，在需要的时候开启外场警灯警笛阻吓入侵者。
　　与其他系统协同工作
　　该系统系统较简单，所以协同工作有两个部分。
　　第一个部分是外场警告，利用智能视频分析单元的干节点输出报警信号到报警控制器，启动外场的警报、警笛装置，阻吓入侵者，同时也为外场巡逻的保安人员提供明确位置指示，便于他们迅速准确地处置。为了保证准确性，外场警告在值班人员人工复核报警确认需要后才启动。
　　第二个部分是DVR，也是利用智能视频分析单元输出报警信号到DVR的报警输入，可以将平时的16画面模式切换到单个报警画面，以便值班人员察看现场复核报警。
　　实际应用效果
　　整个系统投入运行后，明显提高了该基地对翻越周界行为的反应和处理能力，在初期快速准确地处理了几起翻越事件后，试图翻越的人很快减少，有力遏制了之前经常出现的翻越行为，提高了基地的治安水平。
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