視頻智能分析系統(tǒng)在城市管理領(lǐng)域的應(yīng)用

引 言

從 2005 年開始，“數(shù)字城管”模式作為當(dāng)前城市管理行之有效、行之高效的新型管理模式在全國各地迅速推廣和應(yīng)用。從各地試點(diǎn)運(yùn)行情況來看，“數(shù)字城管”模式有效解決了目前城市管理過程中存在的信息滯后、管理被動、職能交叉等難題，提高了城市管理水平、降低了城市管理成本 [1]。近年來隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)的發(fā)展，該模式已無法完全滿足城市管理發(fā)展的新需求，各地城市管理部門結(jié)合自身業(yè)務(wù)需求，從應(yīng)用上和功能上提出了新思路和新需求。隨著物聯(lián)網(wǎng)和云計算等技術(shù)的興起，城市管理邁入“智慧城管”的嶄新時代。從技術(shù)層面看，數(shù)字城管是對傳統(tǒng)城市管理的揚(yáng)棄，而智慧城管將是對數(shù)字城管的揚(yáng)棄和全面超越 [2]。數(shù)字城市發(fā)展的步伐尚未放緩，智慧城市建設(shè)的大幕已在我國悄然拉開 [3]。

公共安全 [4] 視頻監(jiān)控 [5-6] 建設(shè)聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用是新形勢下維護(hù)國家安全和社會穩(wěn)定、預(yù)防和打擊暴力恐怖犯罪的重要手段， 對于提升城鄉(xiāng)管理水平、創(chuàng)新社會治理體制具有重要意義。視頻監(jiān)控系統(tǒng)已成為當(dāng)今社會中一套成熟的系統(tǒng)，在政府行政部門、公安社會治安、企事業(yè)單位以及各類社會資源中應(yīng)用較為普遍。

如何最大化利用聯(lián)網(wǎng)共享的視頻資源，將海量視頻監(jiān)控資源應(yīng)用到城市管理工作中，如何準(zhǔn)確高效的從視頻資源中挖掘出有用信息來滿足城市管理要求一直是值得探索的方向。

1 系統(tǒng)概述

1.1 業(yè)務(wù)現(xiàn)狀與應(yīng)對思路

在我國當(dāng)代的輿論場域中，“城管”堪為帶有固定化負(fù)面刻板印象的機(jī)構(gòu)。媒體對“城管 - 商販沖突”的報道大多符合刻板呈現(xiàn)的基本特征 [7]。使用視頻監(jiān)控的目的在于改善當(dāng)前城管的管理方式，扭轉(zhuǎn)負(fù)面形象。但在視頻圖像智能應(yīng)用、業(yè)務(wù)深度應(yīng)用方面仍存在著較大的提升空間，主要表現(xiàn)在以下方面 ：

(1) 視頻監(jiān)控使用率不高。在日常的城市管理中，對城市中存在的海量視頻監(jiān)控資源使用率不高，主要用于事后查看。

(2) 缺乏視頻圖像智能分析技術(shù)，無法及時發(fā)現(xiàn)問題。視頻圖像數(shù)據(jù)是城市物聯(lián)感知中體量最大的一類數(shù)據(jù)，視頻中含有較多的無價值信息，有價值的涉案視圖數(shù)據(jù)中特征信息因無法有效提取，導(dǎo)致信息易丟失。

(3) 視頻應(yīng)用未結(jié)合管理業(yè)務(wù)流程，深度應(yīng)用不足。當(dāng)前視頻應(yīng)用主要通過人工抽查識別，從海量圖片中判斷事件的場景以及違法行為，無法保證事件判定的準(zhǔn)確性和時效性， 導(dǎo)致情報研判響應(yīng)速度不及時，案件處理進(jìn)程滯后。

針對以上問題，系統(tǒng)將采用新的思路 ：使用“整合利舊前端點(diǎn)位 + 新建后臺識別”模式，對視頻圖像中的城市管理問題事件進(jìn)行結(jié)構(gòu)化提取，形成城管管理事件數(shù)據(jù)資源庫， 依托大數(shù)據(jù)、云計算等技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的融合、碰撞、分析、應(yīng)用。

1.2 設(shè)計架構(gòu)

一個城市的智慧城管信息系統(tǒng)主要依托數(shù)據(jù)中心支撐平臺和物聯(lián)網(wǎng)支撐平臺，其中數(shù)據(jù)中心支撐平臺主要整合計算資源、存儲資源、網(wǎng)絡(luò)資源 ；物聯(lián)網(wǎng)支撐平臺整合建設(shè)通信平臺和視頻監(jiān)控平臺 [8]。視頻智能分析系統(tǒng)架構(gòu)如圖 1 所示。

基礎(chǔ)資源層實現(xiàn)視頻監(jiān)控資源的采集和接入 ；數(shù)據(jù)分析層通過智能識別技術(shù)實現(xiàn)城市管理事件的智能識別與存儲 ；

業(yè)務(wù)應(yīng)用層結(jié)合城市管理的業(yè)務(wù)應(yīng)用需求，提供基于大數(shù)據(jù)、云計算等技術(shù)的數(shù)據(jù)分析、計算、管理服務(wù)。

2 前端采集系統(tǒng)

2.1 監(jiān)控點(diǎn)位設(shè)計

充分考慮公安天網(wǎng)視頻資源，根據(jù)城市管理業(yè)務(wù)特點(diǎn)， 在重點(diǎn)路段、路口共享探頭輔助城市管理。通過應(yīng)用智能視頻監(jiān)控、卡口、現(xiàn)場執(zhí)法設(shè)備等多維感知技術(shù)實現(xiàn)對城市管理事件的各方監(jiān)測和全面透徹感知。前端監(jiān)控布點(diǎn)應(yīng)根據(jù)不同的場景來設(shè)置監(jiān)控范圍，包括市容環(huán)境監(jiān)控、城市綜合執(zhí)法監(jiān)控、市政設(shè)施監(jiān)控、環(huán)衛(wèi)設(shè)施監(jiān)控、其他公共設(shè)施監(jiān)控、河道監(jiān)控等。視頻監(jiān)控布點(diǎn)范圍設(shè)置見表 1 所列。

2.2 網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)計

基于城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀，前端系統(tǒng)采集的信息將依托現(xiàn)有視頻專網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳送回后臺系統(tǒng)。后臺智能識別應(yīng)用系統(tǒng)利用原有視頻專網(wǎng)核心路由交換機(jī)、核心路由器接入，確保視頻智能分析系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。

對于沒有視頻專網(wǎng)的城市，需要建設(shè)電子政務(wù)視頻專網(wǎng)， 以該網(wǎng)絡(luò)為依托進(jìn)行視頻資源整合和聯(lián)網(wǎng)共享，重點(diǎn)整合資源包括重要目標(biāo)、要害部位、重要交通節(jié)點(diǎn)、重點(diǎn)行業(yè)（企業(yè)）、醫(yī)院和廣場等人員密集區(qū)域的視頻資源。視頻專網(wǎng)通過安全措施及設(shè)備與政府行業(yè)專網(wǎng)、公安視頻專網(wǎng)、運(yùn)營商專網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等進(jìn)行安全隔離和訪問。

3 后臺分析系統(tǒng)

3.1 視頻管理平臺

設(shè)立視頻管理平臺的目的是接入前端監(jiān)控點(diǎn)位以及已有視頻平臺，做到統(tǒng)一的視頻資源管理和控制，為視頻智能分析提供資源基礎(chǔ)支撐。

視頻管理平臺將實現(xiàn)統(tǒng)一的視頻共享接入及轉(zhuǎn)發(fā)，實現(xiàn)視圖數(shù)據(jù)的采集格式、目錄規(guī)范、平臺接口等標(biāo)準(zhǔn)化工作，為外部業(yè)務(wù)系統(tǒng)和應(yīng)用提供視頻調(diào)用的接口。通過管理平臺統(tǒng)一的視頻共享權(quán)限實現(xiàn)各類事件的標(biāo)準(zhǔn)化響應(yīng)。

3.2 城市管理場景分析

視頻分析技術(shù)是使用計算機(jī)圖像視覺分析技術(shù)將場景中的背景和目標(biāo)分離進(jìn)而分析并追蹤在攝像現(xiàn)場內(nèi)的目標(biāo) [9-10]。視頻智能分析工作基本原理如圖 2 所示。

AI 深度學(xué)習(xí)是機(jī)器學(xué)習(xí)研究中的一個新領(lǐng)域，其動機(jī)在于建立、模擬人腦進(jìn)行分析學(xué)習(xí)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，可模仿人腦的機(jī)制解釋數(shù)據(jù)，如自動駕駛、語音識別、圖像識別等，這些均屬于深度學(xué)習(xí)的研究范疇。

文中的視頻分析系統(tǒng)采用深度學(xué)習(xí)技術(shù)，有效提升了識別速度和準(zhǔn)確率，結(jié)合城市管理要素和管理職責(zé)，重點(diǎn)在垃圾堆積、游攤小販占道、違規(guī)戶外廣告、機(jī)動車非機(jī)動車違停等場景中實現(xiàn)應(yīng)用。

垃圾堆積場景識別如圖 3 所示，游攤小販占道場景識別如圖 4 所示。

圖3 垃圾堆積場景識別圖4 游攤小販占道場景識別

違規(guī)戶外廣告場景識別如圖 5 所示，機(jī)動車違停場景識

別如圖 6 所示。

圖5 違規(guī)戶外廣告場景識別圖6 機(jī)動車違停場景識別

非機(jī)動車違停場景識別如圖 7 所示。

圖 7 非機(jī)動車違停場景識別

3.3 業(yè)務(wù)處置流程

視頻智能分析系統(tǒng)識別出告警信息后需要將結(jié)果發(fā)送到相關(guān)系統(tǒng)中處置，實現(xiàn)業(yè)務(wù)流程的管理閉環(huán)。事件推送邏輯需要滿足一定的前提條件，符合條件后生成事件，并推送至相關(guān)責(zé)任人。處理流程如圖 8 所示。

事件推送至指定責(zé)任人（執(zhí)法隊員）后，執(zhí)法隊員首先查看事件相關(guān)信息，判斷該事件是否為本人管轄范圍，若是， 則確認(rèn)接收，并在事件處置完后將處置結(jié)果上報，否則填寫退回理由，將該事件退回。

3.4 管理決策分析

系統(tǒng)展示轄區(qū)內(nèi)所有智能識別點(diǎn)位的分布情況、當(dāng)日發(fā)生的告警事件總數(shù)、告警實時顯示等，并提供統(tǒng)計分析功能， 幫助管理者實時掌控轄區(qū)狀況。結(jié)合事件的歷史統(tǒng)計情況及事件發(fā)生時間段，對城市管理的重點(diǎn)區(qū)域、熱點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行熱點(diǎn)事件預(yù)測，為城市管理提供預(yù)警信息，同時結(jié)合事件的發(fā)生位置以及事件立案時間、隊員位置等情況，為隊員的巡邏處置提供軌跡規(guī)劃。數(shù)據(jù)可視化界面如圖 9 所示。

圖 9 數(shù)據(jù)可視化

4 結(jié) 語

本文針對城市管理領(lǐng)域提出了 AI 視頻識別解決方案。系統(tǒng)無縫對接原有視頻監(jiān)控系統(tǒng)，對視頻畫面進(jìn)行事件識別， 實現(xiàn)對重點(diǎn)城市管理問題的自動化采集、智能分析、事件及時上報 ；通過構(gòu)建業(yè)務(wù)模型，為管理決策提供數(shù)據(jù)支撐，有效提高了城市的智能化管理水平。