基于云計算的視頻實戰(zhàn)應用平臺的建設(shè)方案和應用

常州市平安城市視頻監(jiān)控技術(shù)已經(jīng)從聯(lián)網(wǎng)整合階段。發(fā)展到視頻實戰(zhàn)深度應用階段。常州市公安局根據(jù)本地的視頻實戰(zhàn)應用需求，建設(shè)了基于云計算的視頻實戰(zhàn)應用平臺。面對視頻資源整合規(guī)模的持續(xù)擴大、視頻實戰(zhàn)業(yè)務的廣泛應用以及視頻信息化處理過程中產(chǎn)生的海量結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，如何充分利用海量的視頻數(shù)據(jù)，實現(xiàn)海量視頻數(shù)據(jù)的高效檢索以及基于實戰(zhàn)需求構(gòu)建警務視頻大數(shù)據(jù)應用平臺，成為視頻深度應用亟待解決的問題。建設(shè)統(tǒng)一開放的視頻云計算平臺，并在視頻云計算架構(gòu)基礎(chǔ)上，實現(xiàn)視頻信息化、信息情報化、情報實戰(zhàn)化是視頻大數(shù)據(jù)實戰(zhàn)應用的關(guān)鍵。

一、項目背景

隨著公安信息化建設(shè)進程的不斷加快，全國各地都在掀起“平安城市”、“智慧城市”和“科技強警”等一系列大型安防系統(tǒng)建設(shè)。全國各地隨著“平安城市”的推動，建設(shè)了越來越多的視頻監(jiān)控攝像頭。但是如何將這些視頻資源整合好、利用好、管理好、應用好，發(fā)揮視頻實戰(zhàn)的最大效用，是視頻實戰(zhàn)應用下一步發(fā)展面臨的問題。

二、項目建設(shè)方案

（一）視頻聯(lián)網(wǎng)建設(shè)

經(jīng)過近兩年的努力，技防支隊已經(jīng)整合聯(lián)網(wǎng)全市視頻監(jiān)控21122臺，其中公安自建視頻監(jiān)控14377路，實現(xiàn)“可看、可調(diào)、可控”，形成“控點、封線、成圈、鎖城”的立體視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。

常州市局從前期公安機關(guān)實戰(zhàn)應用需求出發(fā)，根據(jù)江蘇省公安廳《江蘇公安警務大數(shù)據(jù)工程視頻圖像信息應用平臺主要建設(shè)內(nèi)容》指導規(guī)范要求，制定數(shù)據(jù)采集規(guī)劃，加大公安內(nèi)部視頻資源整合同時，進一步強化社會數(shù)據(jù)的采集和共享，擴大視頻數(shù)據(jù)整合共享的覆蓋面。

整個視頻聯(lián)網(wǎng)平臺縱向按照市局、分局、派出所三級分布式聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)模式建設(shè)，實現(xiàn)了資源的匯聚整合、按需獲取和資源共享的目標。橫向構(gòu)建基于“三個平臺、兩個邊界”的視頻資源匯聚體系，實現(xiàn)社會資源由社會視頻網(wǎng)絡(luò)向公安視頻專網(wǎng)匯聚，公安視頻專網(wǎng)向公安信息網(wǎng)匯聚，在公安信息網(wǎng)內(nèi)實現(xiàn)公安警務數(shù)據(jù)信息與視頻圖像信息的關(guān)聯(lián)串并，并最終實現(xiàn)在視頻云實戰(zhàn)應用平臺進行信息的綜合分析和實戰(zhàn)應用。

（二）視頻云中心建設(shè)

常州市局在視頻專網(wǎng)和公安內(nèi)網(wǎng)建設(shè)了一個視頻云中心。該云中心部署了高性能小型機服務器集群，實現(xiàn)了物理設(shè)備的虛擬化管理和應用。通過建設(shè)開放的視頻云平臺，實現(xiàn)各類文件的統(tǒng)一存儲。同時保證系統(tǒng)彈性可擴展，支持多種智能分析算法的接入；對外提供統(tǒng)一的、專業(yè)的視頻存儲、分析服務，支持多個警種業(yè)務系統(tǒng)進行服務調(diào)用，服務于各警種業(yè)務應用。

該云中心架構(gòu)設(shè)計采用在視頻專網(wǎng)和公安內(nèi)網(wǎng)分別建設(shè)數(shù)據(jù)匯聚云和數(shù)據(jù)應用云中心的方式，既支持集中式部署，也支持分布式方案，物理服務器可以根據(jù)現(xiàn)場情況靈活配置。總的物理架構(gòu)圖如1所示：

圖1常州云平臺建設(shè)圖

（三）視頻智能分析工具建設(shè)

在視頻云中心建設(shè)了視頻大數(shù)據(jù)實戰(zhàn)應用平臺，針對公安工作實戰(zhàn)應用需要，采用視頻快速編輯處理、圖像信息結(jié)構(gòu)化描述、海量視頻信息快速處理、視頻行為智能分析、云計算和視頻圖像大數(shù)據(jù)處理等智能化工具和技術(shù)。開展非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化信息提取，并與公安其他信息系統(tǒng)關(guān)聯(lián)對接，開展視頻圖像大數(shù)據(jù)分析實踐。逐步探索豐富視頻圖像大數(shù)據(jù)的應用模型，提升視頻圖像應用水平，為公安實戰(zhàn)提供視頻應用支撐。

1、視頻轉(zhuǎn)碼

平臺通過集成轉(zhuǎn)碼工具，可以顯示社會面采集的視頻、圖片，在導入系統(tǒng)時統(tǒng)一轉(zhuǎn)化為標準格式視圖，在平臺中統(tǒng)一播放，為之后的視頻結(jié)構(gòu)化分析提供前期必要的視頻準備工作。視頻編碼的歸一化是一切視頻結(jié)構(gòu)化分析和應用的基礎(chǔ)，只有盡可能多地兼容多種視頻格式，才能實現(xiàn)視頻信息的深度應用。目前視頻云平臺支持視頻、音頻以及圖片三種文件形式的轉(zhuǎn)碼，其中支持80多種的視頻格式，并且兼容的范圍在持續(xù)增長。

2、視頻濃縮

目前進行視頻偵查作戰(zhàn)，主要還是依賴“人海戰(zhàn)術(shù)”。這種方式由于投入資源巨大，目前只能應用于重特大案件中，無法應用于一般性案件。隨著視頻資源質(zhì)量的提高，以及人像、機動車等識別技術(shù)的成熟，可以通過自動識別、自動比對以及自動預警的方式來提高視頻資料的利用效率，減輕人工工作壓力。通過平臺的濃縮處理工具可以快速實現(xiàn)視頻中運動目標的動靜分離，1個小時的視頻可以通過壓縮處理成幾分鐘的只包含運動目標的視頻，且運動物體可以根據(jù)需要在同一時間集中播放，大大縮短民警查看視頻的時間。

3、摘要分析

系統(tǒng)采用模式識別、圖像分析比對等技術(shù)，自動對視頻圖像進行分析，提取結(jié)構(gòu)化信息描述，生成多種類型的索引：包括運動目標索引、車輛索引以及人臉索引。生成的索引能夠在時間軸上進行標記，支持人工標注發(fā)現(xiàn)的線索信息，截取視頻片段，并作標記，以便案件進一步分析研判使用。

4、視頻增強

通過研究視頻圖像增強技術(shù)，不僅可以對實時視頻，也可以對歷史視頻中的模糊現(xiàn)象進行清晰化處理。改善由于環(huán)境因素（霧天、奇偶場等）導致的圖像模糊現(xiàn)象。靈活的參數(shù)設(shè)置方案，實現(xiàn)畫面質(zhì)量即調(diào)即所得。

5、模糊圖片處理

警用圖像處理系統(tǒng)主要包括常規(guī)功能、高級功能、特殊功能和序列圖像處理功能。常規(guī)功能主要涵蓋圖像幾何變換、圖像濾波、圖像特征、圖像運算、圖像增強和圖像轉(zhuǎn)換形態(tài)學操作等圖像的基本操作功能。高級功能主要包括超分辨率、模糊處理、圖像復原、圖像融合、噪聲處理和顏色處理。特殊功能包括人像重建、去霧、色彩分離、移行和奇偶場。序列圖像處理主要包括穩(wěn)定化、超分辨率、多幀平均、多幀融合、手工配準和低照度增強。

6、人臉識別比對

通過模式識別技術(shù)，快速提取視頻中運動目標的人臉，與公安的高危人員庫進行比對識別，一旦發(fā)現(xiàn)嫌疑人員，系統(tǒng)自動產(chǎn)生報警，起到了提前預防和防范的目的。

（四）視頻大數(shù)據(jù)分析建設(shè)

該平臺經(jīng)過兩年的建設(shè)和運行已經(jīng)積累了大量的業(yè)務應用數(shù)據(jù)。如何從這些海量數(shù)據(jù)中提取到關(guān)鍵線索，實現(xiàn)數(shù)據(jù)挖掘，從數(shù)據(jù)預測模型中及早發(fā)現(xiàn)可疑事件，進一步提高社會治安穩(wěn)定性，是常州市公安局對視頻未來應用成效的提前預見。

常州市公安局技防支隊更是從視頻大數(shù)據(jù)的角度出發(fā)，在全國率先提出在公安內(nèi)網(wǎng)基于云計算架構(gòu)，構(gòu)建視頻大數(shù)據(jù)信息服務平臺的理念。充分利用好視頻大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，探討和研究視頻大數(shù)據(jù)應用方向，真正使公安信息化走向大數(shù)據(jù)應用和數(shù)據(jù)挖掘，最終服務于治安防控和案件偵破。

在建設(shè)方面，基于已建設(shè)好的視頻云中心，重點打造基于云中心的視頻大數(shù)據(jù)實戰(zhàn)應用平臺。該平臺合理規(guī)劃內(nèi)外網(wǎng)數(shù)據(jù)，在公安內(nèi)網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)匯聚。一方面，匯聚視頻專網(wǎng)已采集的數(shù)據(jù)，包括2000萬卡口和電警、接近20000車輛GPS數(shù)據(jù)，5000個視圖庫產(chǎn)生的視頻圖像數(shù)據(jù)，聯(lián)網(wǎng)平臺的視頻以及點位數(shù)據(jù)等的匯聚；另一方面，公安內(nèi)網(wǎng)匯聚的數(shù)據(jù)除了以上卡口、電警、GPS車輛通行數(shù)據(jù)外，還要對接公安內(nèi)網(wǎng)有關(guān)案事件、人員、車輛信息業(yè)務系統(tǒng)，最終實現(xiàn)內(nèi)網(wǎng)存儲的數(shù)據(jù)的查詢檢索以及關(guān)聯(lián)分析。

在業(yè)務規(guī)劃方面，在公安內(nèi)網(wǎng)進行視頻圖像數(shù)據(jù)資源整合匯聚，建設(shè)三大庫。第一，建設(shè)車輛軌跡信息庫，包括專網(wǎng)匯聚過網(wǎng)閘的卡口、電警、GPS車輛通行信息和特征信息；第二，建設(shè)價值視頻圖像信息庫，匯聚專網(wǎng)視頻實戰(zhàn)應用平臺視圖庫過網(wǎng)閘傳輸?shù)膬r值視頻圖像資源和內(nèi)網(wǎng)視頻圖像處理工具產(chǎn)生的價值視圖；第三，建設(shè)案事件關(guān)聯(lián)信息庫，對接內(nèi)網(wǎng)的案事件、人員、車輛相關(guān)的警務系統(tǒng)，關(guān)聯(lián)相關(guān)案事件、人員、車輛信息。同時建立以車輛數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的大數(shù)據(jù)研判系統(tǒng)（包括卡口和GPS車輛數(shù)據(jù)），通過研究車輛特征、車輛時空軌跡挖掘嫌疑車輛信息，最終對嫌疑車輛產(chǎn)生預測預警模型。

三、平臺優(yōu)勢介紹

該視頻云實戰(zhàn)應用平臺是先進技術(shù)在實戰(zhàn)應用中的集中展現(xiàn)，系統(tǒng)中采用的行業(yè)領(lǐng)先技術(shù)，主要包括如下九種。

（一）云存儲技術(shù)

視頻云存儲采用分布式文件系統(tǒng)、分布式數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)統(tǒng)一的存儲架構(gòu)，保證了系統(tǒng)的擴展性、可用性和性能。同時結(jié)合公安的業(yè)務應用，為視頻應用定制一套適用于視頻應用的存儲系統(tǒng)。視頻云存儲的優(yōu)勢在于視頻資源的有效管理和訪問，同時支持海量小文件的高效存儲。

（二）云計算技術(shù)

視頻實戰(zhàn)平臺運行在視頻云計算平臺之上，實現(xiàn)了資源虛擬化技術(shù)、網(wǎng)格化計算技術(shù)、虛擬化存儲技術(shù)、分布式媒體接入與轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)在視頻實戰(zhàn)中的應用等。

（三）云檢索技術(shù)

視頻云檢索為視頻應用系統(tǒng)提供了多種檢索方式，并將檢索結(jié)果融合后輸出檢索結(jié)果。通過提供高效的檢索引擎，實現(xiàn)查詢檢索的快速準確。根據(jù)不同文件類型支持多種檢索方式，同時提供類似互聯(lián)網(wǎng)的全文檢索，實現(xiàn)所查即所得，支撐基于實戰(zhàn)應用模型的數(shù)據(jù)挖掘。

（四）POSA技術(shù)

通過視頻中間件架構(gòu)將卡口接入、PGIS接入、告警接入，與公安其他應用系統(tǒng)的接入模塊封裝為接入組件，提高了系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性。

（五）卡口多級聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

通過統(tǒng)一接口方式對接前端各個廠家前端卡口設(shè)備或者前端卡口平臺，實現(xiàn)卡口數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)應用；同時平臺卡口系統(tǒng)之間支持多級聯(lián)網(wǎng)應用，實現(xiàn)全網(wǎng)卡口設(shè)備統(tǒng)一管理、卡口數(shù)據(jù)統(tǒng)一調(diào)用和查詢；還可實現(xiàn)一點布控撤控，全網(wǎng)響應。

（六）虛擬卡口技術(shù)

通過視頻智能識別分析技術(shù)，對治安監(jiān)控攝像頭視頻流進行車牌分析和車輛速度分析，從而達到治安監(jiān)控攝像頭的卡口虛擬化應用，增加治安卡口車輛軌跡數(shù)據(jù)完整性，為研判工作提供更可靠完整的車輛軌跡數(shù)據(jù)。

（七）圖像識別技術(shù)

通過圖像智能分析技術(shù)，對卡口圖像進行二次識別和特征提取，以提高前端卡口對車牌號碼、車牌顏色和車身顏色的識別率；同時卡口圖像二次識別技術(shù)能夠?qū)囕v特征進行提取，包括車標、駕駛員臉部、擋風玻璃貼標、遮陽板等特征提取，為研判工作提供更豐富的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

（八）視頻摘要技術(shù)

視頻索引技術(shù)包括運動目標索引、車輛索引、人臉索引和自定義索引。視頻摘要技術(shù)包括疊加型視頻摘要和剪切型視頻摘要，以及基于特征的檢索方式，包括字典檢索、規(guī)則檢索、圖片檢索、人臉檢索和文本檢索。

（九）視頻智能識別技術(shù)

通過自動化和智能化手段對視頻圖像內(nèi)容進行“行為識別”、“行為檢測”、“行為分析”、“事件檢測”，以滿足視頻綜合應用的監(jiān)測、預警、防控能力，減輕監(jiān)控操作人員監(jiān)視負擔等業(yè)務需求。

四、技術(shù)展望

未來，視頻云中心根據(jù)警務大數(shù)據(jù)的采集要求，還將逐步實現(xiàn)對多個不同系統(tǒng)平臺圖像資源的接入。這些圖像資源包括：圖像監(jiān)控系統(tǒng)、聯(lián)網(wǎng)匯聚監(jiān)控資源等視頻圖像信息聯(lián)網(wǎng)平臺圖像資源；標注案件視頻片段、圖像處理工具以及視頻摘要工具處理等產(chǎn)生的再生視頻信息；自動抓拍設(shè)備、車輛識別分析系統(tǒng)等道路監(jiān)控系統(tǒng)圖像資源；移動監(jiān)控圖像、移動卡口圖像以及無線圖傳系統(tǒng)等移動監(jiān)控系統(tǒng)的圖像資源；視頻會議系統(tǒng)、其它應急指揮系統(tǒng)等視頻指揮系統(tǒng)圖像資源；應急處突圖像、案件勘察圖像以及手持終端等人工采集圖像資源。未來還將逐步接入網(wǎng)站圖像、微博圖像以及微信圖像等互聯(lián)網(wǎng)圖像信息。巨大的數(shù)據(jù)量，就形成了公安視頻警務大數(shù)據(jù)?；诳茖W的實戰(zhàn)應用模型，進行數(shù)據(jù)挖掘和深度應用，是智慧警務建設(shè)的重要任務之一。

結(jié)語

日益龐大的數(shù)據(jù)量和繁雜的業(yè)務需求對系統(tǒng)架構(gòu)提出了更高標準的要求，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲以及計算方式，已遠不能滿足海量異構(gòu)信息的存儲、計算和檢索需要，迫切需要建設(shè)一套統(tǒng)一開放的云架構(gòu)，在統(tǒng)一的云架構(gòu)框架下實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)存儲、查詢和應用的云計算服務，同時又要針對視頻監(jiān)控行業(yè)大數(shù)據(jù)的特殊性，在統(tǒng)一的云平臺下提出專業(yè)的視頻大數(shù)據(jù)解決方案。因此常州市公安局開創(chuàng)的對視頻大數(shù)據(jù)分析的探索之路也是時代發(fā)展所需、實戰(zhàn)綜合利用所慮，意義深遠。

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