摘要：本文介紹了智能視頻分析技術的發(fā)展概況，并具體闡述了智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)在中海油LNG終端第一次應用的設計方案，著重介紹系統(tǒng)架構、前端設備的接入、傳輸系統(tǒng)設計、DLP大屏幕投影顯示、VistaScape軟件的功能。
  關鍵詞：智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)；VistaScape；周界報警；安防

    Abstract: The development of intelligent video analysis technology is introduced. The application scheme of the intelligent video surveillance system in Cnooc LNG Terminal is presented in this paper, including the system configuration, the connection of the front cameras, the design of the transmission system, wide DLP projection screen, and the function of VistaScape software.

    Key words: intelligent video surveillance system; VistaScape; Perimeter alarm; Security and protection 

    1 浙江LNG項目介紹

    天然氣，在世界能源產(chǎn)業(yè)中扮演著越來越重要的角色。自上世紀90年代中期開始，中海油受國家委托，率先啟動進口LNG(liquefied natural gas)試點工作。浙江LNG項目由LNG接收站、LNG專用碼頭及與之配套的天然氣管道項目組成，是中海油與浙江省合作的重大能源項目。項目占地46.9公頃，一期總投資約70億元，包括建設一座可停靠8萬～26.6萬立方米LNG運輸船的單泊位接卸碼頭和三座16萬立方米混凝土全容罐。一期工程計劃于2012年建成投產(chǎn)，投產(chǎn)后每年可處理300萬噸LNG。二期工程設計規(guī)模將達600萬噸/年。

    2 智能視頻分析技術的發(fā)展

    在安全防范領域中，周界報警是最基本、應用最廣泛的安全防范技術之一。對于一個防范體系來說，周界報警系統(tǒng)是第一道防線，也是防范難度較大的防線。周界報警技術手段包括震動電纜／光纖、泄漏電纜、主動紅外探測器、主動紅外墻和脈沖電子圍欄等。這些技術在一定程度上達到了防范的效果，但對應用環(huán)境有一定的要求，同時需要其他安防技術措施(如電視監(jiān)控聯(lián)動)配合使用才能基本滿足需求。但電視監(jiān)控存在的不足也是顯而易見的，首先是無法在事件發(fā)生前預報、也不能在事件發(fā)生時及時報告并跟蹤目標，只能在事后提供相關的圖像；其次從防控效率來說，一般安防控制中心值班人員每天要面對數(shù)十個甚至上百個監(jiān)視畫面，對于畫面中出現(xiàn)的所有異常行為或突發(fā)事件不能做到一個不漏地及時報告。

    眾多研究表明，一個人同時觀察兩個監(jiān)視器時，10 分鐘內(nèi)會錯過45％的有用信息；22 分鐘后會錯過95％的有用信息，當人同時觀察更多個顯示器時，注意力更加分散。因此，人們需要一種不知疲倦的“智能眼”，以便能準確判斷可疑目標和突發(fā)事件，并及時預報、報警和鎖定目標，以提高中心值班人員的防控效率。

    智能視頻分析周界報警系統(tǒng)與以往的周界報警技術最大的區(qū)別在于：以往的周界報警探測技術所獲取的傳感信號所攜帶的信息量很有限，使報警控制系統(tǒng)無從分辨這些經(jīng)處理的報警信號是否真正有效，只能由人工去辨別。而智能視頻分析技術依靠的是CCD傳感器，該傳感器提供的是攜帶大量信息的圖像信號，智能視頻分析就是從圖像信號中提取所需的信息，根據(jù)應用場所的具體情況和用戶需求，策劃事件報告方案，制定相應的規(guī)則，使該周界報警系統(tǒng)達到理想的使用效果。

    智能視頻分析技術的主要優(yōu)勢主要有以下幾點：

    ①主動響應現(xiàn)場的侵犯行為，報警發(fā)出時間為毫秒級。

    ②當發(fā)現(xiàn)可疑目標或事件時，自動預警、報警、鎖定和跟蹤目標。這使保安人員對所發(fā)生的安防事件事先有充分的準備時間，事件發(fā)生時能迅速出擊，鎖定并始終掌握目標的蹤跡，及時準確地處理安防事件。

    ③高效的數(shù)據(jù)檢索和分析功能，能夠快速在視頻錄像記錄中查詢到調(diào)查對象的圖像信息，大大提高了工作效率。

    ④減輕安防管理人員的工作強度，緩解工作壓力，提高工作效率。

    ⑤適應各種惡劣天氣、光線條件。

    智能視頻分析技術已經(jīng)在中國大規(guī)模應用：青藏鐵路全線1300路通道采用視頻分析，對全線鐵路進行入侵保護；北京地鐵5號線，權限23個車站，重點區(qū)域采用丟炸彈探測及入侵探測；北京航空信息中心機房，采用入侵探測及防尾隨；浦東機場、首都機場及已經(jīng)多條在建鐵路項目，均使用視頻分析技術……

    根據(jù)浙江LNG現(xiàn)場操作者反應：由于位于港口邊，偷竊事件時有發(fā)生，先期建成的碼頭，原先安裝的用于監(jiān)控的攝像頭已經(jīng)有幾個被偷竊了。基于以上技術發(fā)展分析，浙江LNG終端設計采用智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)，也是中海油終端第一次采用智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

    3 系統(tǒng)設計介紹

    （1）系統(tǒng)設計整體要求

    智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)是為了建立一套綜合、統(tǒng)一、完善、信息化、集成度高的安防管理系統(tǒng), 系統(tǒng)應能通過中央控制軟件，將閉路監(jiān)控系統(tǒng)、周界圖像分析及周界報警系統(tǒng)集成到一個控制平臺，為生產(chǎn)提供更穩(wěn)定的保障,降低因安全事件而帶來的各種影響，通過高科技技術手段對廠區(qū)圍界進行保護，及時發(fā)現(xiàn)和制止非法闖入人員，借助聲光報警、圖像信號、電子地圖，提示值班人員進行處理，自動跟蹤鎖定、自動生成事件報告記錄。

    （2）系統(tǒng)架構
   
                  
                                   圖1 智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的結構和接口

    浙江LNG終端采用Siemens的Vistascape解決方案，系統(tǒng)結構和接口如圖1所示。整個智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)由兩部分組成，一是前端的圖像信息采集及傳輸系統(tǒng)；二是后端的視頻分析管理系統(tǒng)與顯示系統(tǒng)。

    （3）前端設備的接入
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    固定偵測攝像機接入

    系統(tǒng)的固定偵測設備接入功能除了具有固定攝像機接入作用外，還具有對視頻的智能分析功能。在偵測到攝像機可視范圍內(nèi)有移動物體時，系統(tǒng)中的固定探測設備接入功能會產(chǎn)生一個事件紀錄，并把該紀錄發(fā)送到傳感器應用引擎做行為對比。該事件紀錄包括物體的三維坐標，根據(jù)行為數(shù)據(jù)庫判斷而產(chǎn)生的目標物體類別，并記錄目標物體的高度、寬度、速度和移動方向。

    本項目中的固定偵測攝像機采用低照度、自動日夜轉換功能、黑白-彩色轉換、質(zhì)量可靠的PELCO攝像機。
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    聯(lián)動攝像機接入

    系統(tǒng)的PTZ攝像機接入功能可以使系統(tǒng)接入來自PTZ（Pan/Tilt/Zoom）云臺攝像機的視頻圖像，還具有對視頻的智能分析功能，并使客戶在顯示設備上對云臺攝像機進行旋轉，俯仰，變焦和定焦等控制。該功能還能夠根據(jù)設定自動切、換巡視攝像機視頻，或由系統(tǒng)探測到報警信息自動觸發(fā)。

    本項目中的聯(lián)動攝像機采用PTZ控制功能、自動日夜轉換功能、黑白-彩色轉換、質(zhì)量可靠的PELCO攝像機。

    （4）傳輸系統(tǒng)

    光傳輸系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：頻帶寬、通信容量大，抗電磁干擾， 無串音干擾、保密性好， 光纖線徑細、重量輕、柔軟，便于敷設。浙江LNG廠區(qū)骨干網(wǎng)傳輸系統(tǒng)采用光纖環(huán)形冗余以太網(wǎng)（HIPER-Ring），用以傳輸話音、儀表數(shù)據(jù)、視頻信號和廣播報警信號。核心交換機采用赫思曼(Hirschman)的模塊化骨干網(wǎng)工業(yè)交換機。視頻監(jiān)控信號接入骨干網(wǎng)傳輸系統(tǒng)結構圖如圖2所示：
   
           
                    圖2 視頻監(jiān)控信號接入骨干網(wǎng)傳輸系統(tǒng)結構圖

    廠區(qū)的核心交換機位于碼頭控制室、海水控制室、行政樓和主控樓，以環(huán)形冗余以太網(wǎng)（HIPER-Ring）的形式組成廠區(qū)的光纖骨干網(wǎng)。廠區(qū)周界的兩種類型的攝像機（固定偵測攝像機和聯(lián)動攝像機）就近接入位于海水控制室、行政樓、主控樓的交換機。

    考慮到距離問題，在口岸監(jiān)控室和貨運門衛(wèi)室分別放置了光端機，用以接入附近的攝像機，口岸監(jiān)控室的光端機通過光纖接入碼頭控制室的交換機，而貨運門衛(wèi)室的光端機就近接入主控樓的交換機。

    目前整個廠區(qū)總共布置6臺固定偵測攝像機和2臺聯(lián)動攝像機，后期可根據(jù)需要增加相應的固定偵測攝像機和聯(lián)動攝像機。

    （5）顯示系統(tǒng)

    大屏幕顯示系統(tǒng)是整個顯示系統(tǒng)的核心，具有多畫面分割顯示和大圖像拼接顯示的功能，配有專用的控制軟件，負責控制DLP（Digital Light Procession）投影機的圖像拼接、色彩和顯示效果的調(diào)整，選擇需要顯示的信號和圖像。該系統(tǒng)具有以下強大功能：全屏顯示，高分辨率應用；多路Video信號顯示；視頻信號以窗口的形式在顯示墻上任意位置放大、縮小、跨屏移動及全屏顯示；每通道的視頻圖像可以任意切換顯示；可以接入并顯示各種網(wǎng)絡和計算機信號；控制主機通過RS232連接拼接單元、RGB矩陣、視頻矩陣等設備，所有控制功能都在控制主機上完成。
該項目在主控樓的中控室配置59”的DLP大屏。

    （6）VistaScape處理軟件

    在視頻智能分析軟件的市場需求急劇增長的刺激下，國外提供視頻智能分析軟件產(chǎn)品的廠商已經(jīng)有許多：Siemens、Verint、Vidient、Westec、Interactive、Visual Defence、Nextiva、NiceVision、ioimage、TASC、MATE、Ov、Dallmeier、Ivbox、Viseowave等，他們都能提供視頻智能分析產(chǎn)品。國內(nèi)的眾多企業(yè)也開始了對智能視頻分析軟件的嘗試。

    經(jīng)過對各廠商的比選，浙江LNG終端采用Siemens的Vistascape解決方案，Vistascape軟件是浙江LNG終端視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心軟件，費用也比較昂貴。該軟件具有以下基本功能：
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    在三維電子地圖設置虛擬圍界。可以在電子地圖上設置虛擬的現(xiàn)場屏障，當出現(xiàn)任何非法活動時，系統(tǒng)能夠自動發(fā)出警報。并在GIS電子地圖以及3D模擬界面上精確顯示報警的位置，在事件管理界面自動產(chǎn)生報警信息以及彈出相應反應預案提示操作員，同時也在視頻管理界面顯示并預置位現(xiàn)場攝像機圖像、顯示入侵者的行進軌跡、同時錄像以備檢閱、聯(lián)動并控制相應輔助設備等。
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    能設置各前端設備的參數(shù)，同時聯(lián)動相對應的攝像機，將圖像顯示在指定的監(jiān)視器上，同時記錄相應的報警圖像信息，每個報警事件至少具有30秒的錄像。
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   能夠提供自動和手動修危險/報警等級功能，可以任意設置多達99個設施整體安防等級；
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    使用智能視頻動態(tài)分析技術，系統(tǒng)必須24小時全天侯可靠工作，能夠有效排除雨、雪、霧及自然雜草的干擾；
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    可自動識別捕捉到的目標物，能夠有效排除小動物、空中飛行雜物的干擾，基于10個像素便可以判斷目標物大小，速度和方向，并區(qū)分為人、車、大船、小船、鳥等類型，對于不明物體以問號顯示其類型； 
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    自動為每個監(jiān)視目標物分配一個唯一的ID號，每個探測區(qū)域可分配50個ID，管理員可根據(jù)ID號查詢該目標物的運行軌跡，以及當前所處位置；
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    可顯示目標物的實時運行軌跡，可以隨時報告出目標物的類型、尺寸、進入?yún)^(qū)域時間、地點、移動的速度等信息；
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    可自動追蹤目標，在監(jiān)控范圍內(nèi)自動切換各攝像機并保持畫面不間斷；在PTZ攝像機監(jiān)控范圍內(nèi)，自動追蹤監(jiān)控目標而不需要人手操作即可實現(xiàn)。
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    提供圖像穩(wěn)定功能，能夠有效防止畫面抖動帶來的影響，圖像提供對水面反射、旗幟擺動、樹木搖擺等環(huán)境影響的過濾器；
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    設置的虛擬防區(qū)中安防策略可根據(jù)目標物的類型、尺寸大小、移動方向、移動速度等條件觸發(fā)報警；
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    集成PTZ攝像機，能夠監(jiān)控所有周界區(qū)域，滿足全方位多角度監(jiān)控需要，具有快速變焦、云臺旋轉、俯仰能力功能，便于中控操作。

    4 結論

    智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)具有應用范圍廣、對現(xiàn)場的適應性強、防范措施靈活、誤報極少、適應各種氣候條件，以及報警迅速、準確并牢牢鎖定目標等優(yōu)點。

    目前，該技術主要存在的問題是成本較高，因此，它僅在重大項目上有所運用。但隨著SONY、Siemens以及國內(nèi)的專業(yè)產(chǎn)品商的介入，其勢必將打破目前的壟斷局面，成本會有所下降，應用領域將不斷擴大。

    浙江LNG終端項目是中海油第一個采用智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的項目，該項目按計劃將在2012年底建成投產(chǎn)，該系統(tǒng)的實際使用情況對今后終端的建設具有參考價值。

    參考文獻：

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    [2] 宋松．大連大窯灣保稅港區(qū)周界防范及視頻監(jiān)控系統(tǒng)實施方案[J]．智能建筑與城市信息. 2008,144 (11)：84-87.

    作者簡介： 蔣徐標 (1979- )，男 ，工程師，碩士，主要從事海洋石油儀控、通信系統(tǒng)設計工作。

    摘自《自動化博覽》2011年第六期