摘要：本文介紹了智能視頻分析技術(shù)的發(fā)展概況，并具體闡述了智能視頻監控系統在中海油LNG終端第一次應用的設計方案，著(zhù)重介紹系統架構、前端設備的接入、傳輸系統設計、DLP大屏幕投影顯示、VistaScape軟件的功能。
  關(guān)鍵詞：智能視頻監控系統；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(zhù)越來(lái)越重要的角色。自上世紀90年代中期開(kāi)始，中海油受?chē)椅?，率先啟?dòng)進(jìn)口LNG(liquefied natural gas)試點(diǎn)工作。浙江LNG項目由LNG接收站、LNG專(zhuān)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?？?萬(wàn)～26.6萬(wàn)立方米LNG運輸船的單泊位接卸碼頭和三座16萬(wàn)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(wàn)噸LNG。二期工程設計規模將達600萬(wàn)噸/年。

    2 智能視頻分析技術(shù)的發(fā)展

    在安全防范領(lǐng)域中，周界報警是最基本、應用最廣泛的安全防范技術(shù)之一。對于一個(gè)防范體系來(lái)說(shuō)，周界報警系統是第一道防線(xiàn)，也是防范難度較大的防線(xiàn)。周界報警技術(shù)手段包括震動(dòng)電纜／光纖、泄漏電纜、主動(dòng)紅外探測器、主動(dòng)紅外墻和脈沖電子圍欄等。這些技術(shù)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(shí)需要其他安防技術(shù)措施(如電視監控聯(lián)動(dòng))配合使用才能基本滿(mǎn)足需求。但電視監控存在的不足也是顯而易見(jiàn)的，首先是無(wú)法在事件發(fā)生前預報、也不能在事件發(fā)生時(shí)及時(shí)報告并跟蹤目標，只能在事后提供相關(guān)的圖像；其次從防控效率來(lái)說(shuō)，一般安防控制中心值班人員每天要面對數十個(gè)甚至上百個(gè)監視畫(huà)面，對于畫(huà)面中出現的所有異常行為或突發(fā)事件不能做到一個(gè)不漏地及時(shí)報告。

    眾多研究表明，一個(gè)人同時(shí)觀(guān)察兩個(gè)監視器時(shí)，10 分鐘內會(huì )錯過(guò)45％的有用信息；22 分鐘后會(huì )錯過(guò)95％的有用信息，當人同時(shí)觀(guān)察更多個(gè)顯示器時(shí)，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(shí)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與以往的周界報警技術(shù)最大的區別在于：以往的周界報警探測技術(shù)所獲取的傳感信號所攜帶的信息量很有限，使報警控制系統無(wú)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(shù)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，根據應用場(chǎng)所的具體情況和用戶(hù)需求，策劃事件報告方案，制定相應的規則，使該周界報警系統達到理想的使用效果。

    智能視頻分析技術(shù)的主要優(yōu)勢主要有以下幾點(diǎn)：

    ①主動(dòng)響應現場(chǎng)的侵犯行為，報警發(fā)出時(shí)間為毫秒級。

    ②當發(fā)現可疑目標或事件時(shí)，自動(dòng)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(shí)間，事件發(fā)生時(shí)能迅速出擊，鎖定并始終掌握目標的蹤跡，及時(shí)準確地處理安防事件。

    ③高效的數據檢索和分析功能，能夠快速在視頻錄像記錄中查詢(xún)到調查對象的圖像信息，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(xiàn)條件。

    智能視頻分析技術(shù)已經(jīng)在中國大規模應用：青藏鐵路全線(xiàn)1300路通道采用視頻分析，對全線(xiàn)鐵路進(jìn)行入侵保護；北京地鐵5號線(xiàn)，權限23個(gè)車(chē)站，重點(diǎn)區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(chǎng)、首都機場(chǎng)及已經(jīng)多條在建鐵路項目，均使用視頻分析技術(shù)……

    根據浙江LNG現場(chǎng)操作者反應：由于位于港口邊，偷竊事件時(shí)有發(fā)生，先期建成的碼頭，原先安裝的用于監控的攝像頭已經(jīng)有幾個(gè)被偷竊了?；谝陨霞夹g(shù)發(fā)展分析，浙江LNG終端設計采用智能視頻監控系統，也是中海油終端第一次采用智能視頻監控系統。

    3 系統設計介紹

    （1）系統設計整體要求

    智能視頻監控系統是為了建立一套綜合、統一、完善、信息化、集成度高的安防管理系統, 系統應能通過(guò)中央控制軟件，將閉路監控系統、周界圖像分析及周界報警系統集成到一個(gè)控制平臺，為生產(chǎn)提供更穩定的保障,降低因安全事件而帶來(lái)的各種影響，通過(guò)高科技技術(shù)手段對廠(chǎng)區圍界進(jìn)行保護，及時(shí)發(fā)現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(jìn)行處理，自動(dòng)跟蹤鎖定、自動(dòng)生成事件報告記錄。

    （2）系統架構
   
                  
                                   圖1 智能視頻監控系統的結構和接口

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

    （3）前端設備的接入
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    固定偵測攝像機接入

    系統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有移動(dòng)物體時(shí)，系統中的固定探測設備接入功能會(huì )產(chǎn)生一個(gè)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，根據行為數據庫判斷而產(chǎn)生的目標物體類(lèi)別，并記錄目標物體的高度、寬度、速度和移動(dòng)方向。

    本項目中的固定偵測攝像機采用低照度、自動(dòng)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(dòng)攝像機接入

    系統的PTZ攝像機接入功能可以使系統接入來(lái)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(hù)在顯示設備上對云臺攝像機進(jìn)行旋轉，俯仰，變焦和定焦等控制。該功能還能夠根據設定自動(dòng)切、換巡視攝像機視頻，或由系統探測到報警信息自動(dòng)觸發(fā)。

    本項目中的聯(lián)動(dòng)攝像機采用PTZ控制功能、自動(dòng)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

    光傳輸系統具有以下優(yōu)點(diǎn)：頻帶寬、通信容量大，抗電磁干擾， 無(wú)串音干擾、保密性好， 光纖線(xiàn)徑細、重量輕、柔軟，便于敷設。浙江LNG廠(chǎng)區骨干網(wǎng)傳輸系統采用光纖環(huán)形冗余以太網(wǎng)（HIPER-Ring），用以傳輸話(huà)音、儀表數據、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。視頻監控信號接入骨干網(wǎng)傳輸系統結構圖如圖2所示：
   
           
                    圖2 視頻監控信號接入骨干網(wǎng)傳輸系統結構圖

    廠(chǎng)區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(chǎng)區的光纖骨干網(wǎng)。廠(chǎng)區周界的兩種類(lèi)型的攝像機（固定偵測攝像機和聯(lián)動(dòng)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(wèn)題，在口岸監控室和貨運門(mén)衛室分別放置了光端機，用以接入附近的攝像機，口岸監控室的光端機通過(guò)光纖接入碼頭控制室的交換機，而貨運門(mén)衛室的光端機就近接入主控樓的交換機。

    目前整個(gè)廠(chǎng)區總共布置6臺固定偵測攝像機和2臺聯(lián)動(dòng)攝像機，后期可根據需要增加相應的固定偵測攝像機和聯(lián)動(dòng)攝像機。

    （5）顯示系統

    大屏幕顯示系統是整個(gè)顯示系統的核心，具有多畫(huà)面分割顯示和大圖像拼接顯示的功能，配有專(zhuān)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整，選擇需要顯示的信號和圖像。該系統具有以下強大功能：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(dòng)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(luò )和計算機信號；控制主機通過(guò)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(chǎng)需求急劇增長(cháng)的刺激下，國外提供視頻智能分析軟件產(chǎn)品的廠(chǎng)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。國內的眾多企業(yè)也開(kāi)始了對智能視頻分析軟件的嘗試。

    經(jīng)過(guò)對各廠(chǎng)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終端視頻監控系統的核心軟件，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?？梢栽陔娮拥貓D上設置虛擬的現場(chǎng)屏障，當出現任何非法活動(dòng)時(shí)，系統能夠自動(dòng)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(dòng)產(chǎn)生報警信息以及彈出相應反應預案提示操作員，同時(shí)也在視頻管理界面顯示并預置位現場(chǎng)攝像機圖像、顯示入侵者的行進(jìn)軌跡、同時(shí)錄像以備檢閱、聯(lián)動(dòng)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，同時(shí)聯(lián)動(dòng)相對應的攝像機，將圖像顯示在指定的監視器上，同時(shí)記錄相應的報警圖像信息，每個(gè)報警事件至少具有30秒的錄像。
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   能夠提供自動(dòng)和手動(dòng)修危險/報警等級功能，可以任意設置多達99個(gè)設施整體安防等級；
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    使用智能視頻動(dòng)態(tài)分析技術(shù)，系統必須24小時(shí)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(dòng)識別捕捉到的目標物，能夠有效排除小動(dòng)物、空中飛行雜物的干擾，基于10個(gè)像素便可以判斷目標物大小，速度和方向，并區分為人、車(chē)、大船、小船、鳥(niǎo)等類(lèi)型，對于不明物體以問(wèn)號顯示其類(lèi)型； 
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    自動(dòng)為每個(gè)監視目標物分配一個(gè)唯一的ID號，每個(gè)探測區域可分配50個(gè)ID，管理員可根據ID號查詢(xún)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(shí)時(shí)運行軌跡，可以隨時(shí)報告出目標物的類(lèi)型、尺寸、進(jìn)入區域時(shí)間、地點(diǎn)、移動(dòng)的速度等信息；
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    可自動(dòng)追蹤目標，在監控范圍內自動(dòng)切換各攝像機并保持畫(huà)面不間斷；在PTZ攝像機監控范圍內，自動(dòng)追蹤監控目標而不需要人手操作即可實(shí)現。
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    提供圖像穩定功能，能夠有效防止畫(huà)面抖動(dòng)帶來(lái)的影響，圖像提供對水面反射、旗幟擺動(dòng)、樹(shù)木搖擺等環(huán)境影響的過(guò)濾器；
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    設置的虛擬防區中安防策略可根據目標物的類(lèi)型、尺寸大小、移動(dòng)方向、移動(dòng)速度等條件觸發(fā)報警；
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    集成PTZ攝像機，能夠監控所有周界區域，滿(mǎn)足全方位多角度監控需要，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

    智能視頻監控系統具有應用范圍廣、對現場(chǎng)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(diǎn)。

    目前，該技術(shù)主要存在的問(wèn)題是成本較高，因此，它僅在重大項目上有所運用。但隨著(zhù)SONY、Siemens以及國內的專(zhuān)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(huì )有所下降，應用領(lǐng)域將不斷擴大。

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

    參考文獻：

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

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

    摘自《自動(dòng)化博覽》2011年第六期