上海世博会安防视频监控技术及应用分析*

朱晓明

（上海市公安局 科技处，上海 200240）

1 引言

2010年上海世博会采用了最高级别的安全措施，开创性、大规模地应用了安防技术，这也成为了世博科技展示的亮点之一。探索上海世博安防视频监控行业关键技术、发展趋势，分析安防监控与上海市产业发展的关系及影响，对后世博阶段视频监控系统新技术发展和高效应用具有重要的意义。

2 世博安防图像监控系统简介

2.1 建设目标

世博安防图像监控系统的建设目标为：实现对世博园区重要区域（包括世博园区公共区域、低空、水域等）、重要设施、重要建筑以及重要目标的全方位覆盖；为园区运营期间的安全保卫、指挥调度、智能交通与客流引导（含人、车流状况与密度）以及其他运营管理等提供视频监控图像资源，满足业务部门对图像资源的使用要求；根据需要与市应急联动中心图像监控系统实施联网、便于市应急联动中心随时调用图像资源；根据需要与市相关委办局图像监控系统实施联网，便于园区运营指挥中心以及相关单位和部门随时调用相关的图像资源。

2.2 建设范围

上海世博园区图像监控系统主要对世博园区规划区内的重要设施、主要建筑、公共区域、重点目标、园区黄浦江水域、园区内低空异常目标、地下空间、制高点等实施全方位监控覆盖，同时还包括地铁13号线马当路站出入口以及世博园区外围的7个水门出入口的图像监控覆盖。

2.3 建设分类

园区运营指挥中心将集中接入园区内视频和园区外部分视频，园区内视频主要分为公安自建视频、场馆视频监控系统、园区公共区域视频以及园区内其他独立建设的图像监控子系统（如高空气球、公园监控、周界围栏）等几类。具体说明见图1。

1）公安自建视频

公安自建视频主要包括园区内道路监控视频、永久性建筑周边、地铁13号线出入口、西藏南路隧道出入口等重要出入口，这些视频将首先接入公安视频网络内，之后再与世博图像监控系统实施联网接入。

2）场馆视频

对于大部分自建馆、联合馆等场馆，场馆内部的视频监控系统将由场馆建设方承建，各场馆须根据《世博园区场馆建设信息化技术规定（场馆）》和《世博园区图像监控系统联网规范及技术规定》的要求建设内部的视频监控系统，并根据规范与所属的片区/展馆管理中心实施互联。

3）园区公共区域视频

园区公共区域视频将由园区统一规划建设，并接入就近的片区/展馆管理中心，而后再上传至园区运营指挥中心，实现对世博园区重要区域、重要设施、重要建筑以及重要目标的无盲区覆盖，主要覆盖园区内重点场馆及建筑周边、出入口、广场、交通设施、运营设施、市政设施、重要警卫目标、重要服务设施及制高点监控。

4）园区其他独立建设图像监控子系统

园区还存在其他视频监控系统，包括高空气球、水域监控、低空目标监控、周界围栏等，这些系统将参照《世博园区图像监控系统联网规范及技术规定》，与世博图像监控系统实施联网。

5）园区外部视频互联

园区指挥中心还需要浏览园区外相关视频，从宏观上把握世博会运营态势。因此，还需要与公安、民防、市政、地铁等相关委办局、单位的视频监控系统进行互联。

3 技术特点分析

3.1 高清技术

3.1.1 技术特点

与传统的标清视频监控系统相比，具体表现在以下两个方面：1）分辨力高。图像更清晰，细节更丰富。高清视频监控系统图像的显示和存储分辨力高，例如，对于相同的监控场景，与标清（720×480）系统相比，高清（1 920×1 080）图像所含的信息以及像素密度要高出约4倍。基于高质量的视频图像来提取有用的信息，并以此达到事先预警和事后调阅取证、提高智能视频分析的效果。2）监控范围大。相同的分辨力下，与标清系统相比，高清摄像机的监控范围要大的多。在同样的环境下，仅需要设置1个高清摄像机，就可以完成4个普通标清摄像机的信息采集工作，有效提高画面的完整性和前端摄像机的利用率，简化了系统建设结构，降低了系统管理和维护的难度。

3.1.2 世博中的典型应用

由于目前视频监控录像以CIF和4CIF格式为主，最大图像分辨力为704×576，对于关键目标或区域存在图像不清晰等缺陷。为改善目前这种状况，上海世博场馆内外均采用了高清监控系统。

1）中国馆高清监控。采用高清摄像机对大区域进行监控，同时对触发馆周界入侵的报警目标进行高清抓拍处理，保存的图片达到140万像素，分辨力为1 360×1 024，大大提高图片清晰度，同时为事件取证提供高质量图像。

2）高空高清瞭望。在世博园区中心上空，设置了一个高空系留气球，这个“浮空平台”内安装4部高清摄像机和2部红外摄影机，实施对世博园区的全方位宏观监控，形成一个全方位、无死角的全天候“警察”，确保园区安全。

3.1.3 应用分析

高清视频监控系统通过大大提高视频分辨力，既能提供大范围的场景监视，又能提供丰富的细节，为事件取证提供了高质量图像，也大大提高了智能视频分析的效果和深度应用。

3.2 智能技术

3.2.1 技术特点

智能视频监控技术[2]是通过对输入的视频流采用对运动目标的检测、跟踪、分类，将视频内的目标经背景建模、目标分割、跟踪及分类等图像识别算法相结合，完成由图像到事件参数的转变，从而实现对各种突发事件的实时检测[1]。上海世博会重要场馆的安保系统，在借鉴世界各大会议、活动和赛事类场馆的设计经验基础上，全面采用智能监控技术，多种最新的智能视频技术在世博安防中得到整合应用，包括：

1）非法入侵行为自动检测、报警。为防止有人未经许可闯入场馆，需要对馆区周界区域视频进行智能分析，对周界入侵行为进行检测；当检测到有目标入侵，周界即产生报警，并驱动球机进行自动跟踪，对入侵目标进行取证。

2）异常事件的自动检测。对场馆内重要区域的视频进行智能分析，对多种异常事件进行检测，包括徘徊、物品拿取、物品放置、涂鸦、违章停车等异常事件的检测。

3）设备异常自动检测。对摄像机的多种异常状态进行检测，包括视频线断开、摄像机被破坏及摄像机被移动等。

4）同时具备多种视频监控功能。部分监控系统需要具有视频预览、视频存储、视频回放、日志管理、快球控制、电子地图等视频监控系统功能。

5）自动人数统计技术。摄像头捕获的视频传到后台，通过背景分离、特征提取等环节后，视频中代表“人”的图像会被自动检测，最终统计出准确的人流数字。

6）人脸识别技术。人脸识别技术是目前身份认证和安全控制最新生物特征的识别技术。在拍摄到视频图像后，人脸识别系统首先会把视频中的人脸识别出来。抓取出人脸后，系统把焦点对准眉骨到下颚这一倒三角区域，找出该区域的4 000多个点位，如眼角点位、鼻翼点位，计算它们之间的距离比值，形成人脸三维系统并转化为数学模型，通过数据识别实现人像的识别。科学家发现，一个人从小到大，这些点位的距离比值是不变的，是每个人独特的“身份证”。

3.2.2 世博中的典型应用

世博中的典型应用有：

1）客流眼。在中国馆、世博轴、城市最佳实践区等重要场馆和区域中，有多个会“自动清点人头”的智能摄像头“客流眼”[2]。通过背景分离、特征提取等环节，视频中代表“人”的图像会被一一圈出，最终统计准确率在80%～95%之间。同时，这套摄像头还会将统计出的场馆内的人数与设定的人员上限进行实时比对，一旦超过该上限，立即发出警报，提醒工作人员采取疏散措施。

2）人脸通行证。在上海世博会上，进出世博园区约50万持证人员和7 000万人次游客都将拥有无法伪造的“人脸通行证”。本次为世博会开发的人像采集设备的名称为“E面通”，它有刷卡区和一个屏幕，与闸机相连，安装在世博园区的各个进出口，主要是为了防止持证人员将卡转借给他人，或被不法分子冒用。该设备的核心技术就是人脸识别技术。因为该系统测的是特征点位，人脸在乔装打扮后也无法逃过识别系统。在识别系统中输入含有人脸的图像，系统就自动进行人脸检测，根据系统定位，重建面部特征的3D系统，通过特定算法提取人脸图像的特征码，保存至人脸特征库中。如果要查询，只须把待测者的人脸图像输入系统，就可以与计算机里存储的资料进行比对。

3.2.3 应用分析

从应用角度来看，目前智能视频监控还处于起步阶段，主要应用于一些特定的场合。但随着市场和技术的成熟，尤其是人工智能等为代表的智能信息分析技术、IPv6为代表的下一代网络技术、云计算、并行计算等计算技术、高速度、高集成度的芯片设计技术的高速发展，在中国“三网融合”的大形势下，智能视频监控必将在各行各业得到广泛推广。

3.3 物联网安防技术

3.3.1 技术特点

物联网[3]是将信息感知的网络、信息传输的网络和信息共享的网络进行整合，将传感器、网络智能终端和互联网结合在一起，实现可感知的世界互联。

物联网安防是指终端产品具有智能化、一体化，能够连接多种无线传感器，能够通过互联网传输报警图像和信息，同时具有网络平台监控报警服务功能的安防系统。

3.3.2 世博中的典型应用

世博中的典型应用有：

1）LA100型火灾安全监控系统。世博会主题馆、世博中心、世界演艺中心、未来馆、特钢大舞台以及加拿大馆等，均安装了具备“电子眼”、“电子鼻”等多种传感器联合的LA100型火灾安全监控系统。该系统由两种火灾探测器和一个自动消防炮组成，通过模仿人的眼鼻系统，对大空间实施监控。当火苗到达半米的高度时，自动消防炮会在几秒到十几秒内感应到，并以30 L/s的强度喷水，1 min内就可以把火扑灭。

2）手机门票。本次世博门票的一大亮点在于推出普通纸质RFID门票[3]的同时，还和中国移动合作，推出了基于RFID手机支付的手机门票。手机门票也称为电子门票，是全球范围内首次把RFID技术（即物联网或称传感网技术）与移动SIM卡相结合，以手机SIM卡为载体实现的一种全新电子票。RFID SIM卡让用户的手机具备了非接触通信功能，也就是信息传感设备与手机网络相连，从而实现手机购票、刷手机入园等无纸化动作。

3）食品导读。进入园区的蔬菜、水果、水产品、蛋等初级产品及配送的餐饮半成品等，包装袋上都将帖上RFID标签，这个标签会存储种植养殖企业或生产单位、品名、产地、生产日期、保质期等信息，以保证食品和原料能够追根溯源。导读技术（RFID技术之一）将在世博园内全面覆盖。届时，手持办公终端移动设备的执法人员可以现场对进园食品的生产、加工、存储和销售进行全过程追踪，确保供应渠道的安全可靠。

3.3.3 应用分析

新一代物联网安防产品将物体和环境的信息经过智能网络化终端与互联网系统结合起来，集监控、图像分析、智能处理、前端存储、警笛讯响、主动报警等多种功能于一体，达到人类社会与物理系统的整合，这个特点决定了基于物联网技术的安防产品必然是下一代安防监控系统的发展方向。

4 后世博图像监控新技术的发展与需求

4.1 上海世博为安防新技术的深度应用提供了舞台

世博会自诞生之日起就是展示新技术的平台，2010年上海世博会更是高科技的大秀场。国内外安防企业纷纷投入到这一场全球瞩目的“高科技”盛宴中，借助世博走向世界的舞台。在世博场馆及其周边部署的图像监控安全防护系统，大量地采用了当前较为先进和智能的图像监控新技术。从领到门票的那一刻起，智能信息就已经走到了人们的身边。从个人层面的手机支付、食品安全，到园区层面的运营监控、安全保障，再到城市层面的交通管理、全面协调，无不透射出智能信息给世博会带来的效率提升。

4.2 物联网技术为安防视频监控的深度应用提供契机

上海世博会是物联网概念和技术展示的舞台。物联网是将信息感知的网络、信息传输的网络和信息共享的网络这三者进行整合，将传感器、网络智能终端和互联网结合在一起，实现可感知的世界互联。这个特点决定了基于物联网技术的安防系统必将得到深度的发展和应用。

4.3 智慧城市推动了安防技术的发展和深度应用

上海市正在发展成为国际的金融中心和航运中心。2010年上海世博会必将带动和提速两个中心的发展步伐。随着上海城市建设速度和经济社会地位的提高，对城市公共安全保障体系的要求会更高。日益复杂的城市环境需要智能的信息处理技术和科学的管理手段。

随着安防体系建设的不断增加，其在各行业领域发挥的作用也日益凸显。安防数据已经成为城市基本的公共数据资源，数据采集点越来越多，数据处理系统越来越复杂，只有依靠智能化的信息处理系统，才能实现智慧城市。

因此，进一步开展国内自主创新技术研究、拓展对已有系统的深度应用，建立健全法制法规、加强科学的管理机制是后世博时代需要重点解决的关键问题。对于上海后世博时代，需要吸收大量国内外的一些领先新技术与优质的服务理念，从而创造出更具备国际化竞争优势的安防产业，为上海城市经济、政治、文化的发展保驾护航。

[1] 史新华.物联网时代来临给安防业带来哪些影响 [EB/OL].[2010-01-20].http：//www.cqvip.com/qk/98454B/201005/33911784.html.

[2] 王保云.RFID世界网版权所有 [EB/OL].[2010-01-20].http：//tech.rfidworld.com.cn/2010_06/79d4eff7d28135a0.html.

[3] 范臻.世博安防技术抢先看：RFID技术应用概览 [EB/OL].[2010-01-20].http：//security.it168.com/a2010/0325/865/000000865564.shtml.

朱晓明，女，硕士，上海市公安局科技处图像科助理工程师。