CN201536403U - 面向湿地公园的安全防范集成系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种面向湿地公园的安全防范集成系统。系统包括智能视频和电子巡更联动子系统、防盗报警子系统、停车库管理子系统、门禁控制子系统、火灾报警子系统和语音与广播子系统等，子系统集成采用Web services技术统一封装定义信息、行为及业务流程，构建面向服务架构的安全防范集成系统；数据传输基于有环网自愈功能的VOX多业务光纤传输平台，VOX带宽按需动态配置，高等级安全业务按1∶1冗余带宽配置，确保业务的高可靠性和高可用性；巡更与视频分析绊线报警模块联动，采用图像后处理的动静态混合阀值，有效解决了视频分析目标检测的难题，降低了监控人员的工作强度、系统的误报率和漏报率。

Description

面向湿地公园的安全防范集成系统

技术领域

本实用新型涉及安全防范集成系统和安全防范视频分析技术范畴，尤其涉及一种面向湿地公园的安全防范集成系统。

背景技术

西溪湿地公园位于杭州西部，占地11.5平方公里，其中70％为水域。主要河流6条，河流总长约110公里，大小滩地20处，是国内唯一的集城市湿地、农村湿地、科考和旅游湿地于一体的国家湿地公园，总投资87.6亿元。据统计，公园开园以来日均游客量为0.956万人次，但每年端午龙舟赛时游客爆棚，游客量高达7.5万人次，给安全防范系统造成巨大的压力。游客希望欣赏原生态自然景观，因此公园中沿袭历史风貌的陡峭河岸和泥泞滩地比比皆是，亦给安全留下隐患。著名的西溪红柿景观屡遭损坏，私闯科考保护区(仅供科考人员出入)等事件时有发生，有限的保安难以胜任广大区域的人性化管理，这对安全防范系统提出了严重的挑战。

传统安全防范系统的子系统独立工作，其特点是子系统单独设置，通过硬件连接实现子系统彼此间的联动，如监控系统与报警系统、门禁系统与报警系统、巡更系统与报警系统，该类系统功能有限且管理困难，缺乏扩展性和灵活性。目前安全防范集成系统大多采用基于应用编程接口(API)方案，或者基于分布式对象技术的方案，这类点到点的集成技术存在因系统复杂度高而变得非常困难的致命缺陷，而且子系统之间的紧密耦合不利于安全防范系统的升级和功能拓展。

网络集成是安全防范系统集成的基础，其目的是为子系统提供统一的信息传输平台。将多种应用承载在一个物理网络上，通过纵向分割生成多个虚拟化专网(VPN)，实现安全防范子系统的信息或应用相互隔离。VOX多业务光纤传输平台通过时隙的配置对物理网络进行逻辑分割，生成相应的虚拟化专网(VPN)，VOX支持视频、音频、数据、E1、以太网等多种业务接入。按正常游客量设计的安全防范系统网络如何应对节假日高峰游客量的安全需求，是面向湿地公园的安全防范集成系统亟待解决的难题。保安的语音通信在安全防范系统中要优先得到保障，高峰游客量时新增保安的通信需提供必要的带宽。此外，高等级安全业务(如求助电话)要求系统具有高可靠性和高可用性。

美国Sandia国家实验室的研究结果表明，专业监控人员在仅仅监视两个监视器的情况下，在22分钟之后将错过95％的行为，因此监控人员不是一个完全可信赖的观察者。公园安全防范系统配置400路视频及集中监控中心，保安每隔8小时轮流监控承受极大的工作压力。要求几个保安随时注视400路图像，判断每一画面是否存在异常状态，效率很低；由于自身生理上的局限，还会产生大量的误报和漏报，大大降低了安全防范系统的有效性。源自计算机视觉的视频分析技术给视频监控注入了新的活力，即所谓的智能视频监控(IntelligentVideo Surveillance，简称IVS)。智能视频监控试图在图像与事件描述之间建立一种映射关系，让计算机从纷繁的视频图像中分辨和识别出目标物体，过滤图像中无用或无关的信息，根据预设规则进行报警处理。目前，视频分析技术已取得长足进展，并在一定范围取得成功应用；但由于算法的高复杂度，以及目标行为和环境的多样性，视频分析技术发展相对缓慢。商用视频分析软件或因算法高复杂度不适合实时实现，或因自适应性较差因而应用场合受限，离普遍应用还有很长的一段路要走。国外著名视频分析软件厂商有WESTEC、IOIMAGE、MAGE、OV等，但是大部分国外厂商的产品都是基于OV公司的图像分析技术和用OV平台来创建自己的OEM产品，产品价格昂贵，对硬件要求苛刻。国内拥有核心技术的视频分析厂商是北京元安公司和北京智安邦公司等，但缺乏稳定的、得到普遍认同的商用产品，也缺乏成功案例和完整的解决方案。借鉴视频分析领域的最新科研成果，根据湿地公园安全防范系统的特定环境，开发先进实用的视频分析绊线报警软件，无疑将大大提升视频监控的智能化水平和安全防范系统的有效性。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种面向湿地公园的安全防范集成系统。

面向湿地公园的安全防范集成系统：主控制电脑与服务器相连，主控制电脑、智能视频监控与电子巡更联动子系统、防盗报警子系统、停车库管理子系统、门禁子系统、火灾报警子系统和语音与广播子系统分别与VOX多业务光纤传输平台相连；通过服务器与主控制电脑完成对智能视频监控与电子巡更联动子系统、防盗报警子系统、停车库管理子系统、门禁子系统、火灾报警子系统和语音与广播子系统有机的集成。

所述的智能视频监控与电子巡更联动子系统的内部模块连接关系为：400路对应IP的摄像机和云台，控制器通过光纤接受指令数据操控云台控制器对云台和摄像机进行控制，摄像机与半线报警模块相连，保安复位器与拌线报警模块相连，拌线报警模块通过编码压缩器联入VOX多业务光纤传输平台，光纤另一端连接视频解码器，视频解码器与视频矩阵器相连，视频矩阵器与控制键盘和多画面拼接处理器相连，多画面拼接处理器驱动^*16的大屏幕现实视频数据，视频解码器与主控制电脑相连，主控电脑对视频数据进行XML统一定义、打包和存入服务器数据库中，主控制电脑与光纤配置柜相连，光纤配置柜与VOX多业务光纤传输平台相连；主控制电脑通过VOX多业务光纤传输平台给控制器发送云台对应摄象机IP的控制信号，控制器发送控制信号到云台控制器，由云台控制器直接控制云台，摄象机安置在云台上，随云台的转动拍摄不同方位的场景，摄象机输出给拌线报警模块，同时保安复位器控制拌线报警模块获取当前时刻图象背景，拌线报警模块将添加了报警信号的视频数据通过编码压缩器传入VOX多业务光纤传输平台，在VOX多业务光纤传输平台的另一端视频解码器接受不同IP的视频数据解码后传入视频矩阵器，同时控制键盘输入视频分割控制信号，分割处理后的视频数据通过多画面拼接处理器的驱动显示在^*16的大屏幕，视频解码器解码后的数据进入主控制电脑并存入服务器的数据库。

所述的语音与广播子系统内部模块连接关系为：对讲机通过无线通信与音频接受与发射器相关联，音频接受与发射器与数据编码解码器相连，数据编码解码器与VOX多业务光纤传输平台相连，扬声器与控制主机相连、控制主机与VOX多业务光纤传输平台相连，报警电话与VOX多业务光纤传输平台相连，VOX多业务光纤传输平台与主控制电脑相连，主控制电脑与光纤配置柜相连，光纤配置柜与VOX多业务光纤传输平台相连，麦克风通过光纤配置柜联入VOX多业务光纤传输平台。

所述的防盗报警子系统内部模块连接关系为：报警管理主机与VOX多业务光纤传输平台相连，VOX多业务光纤传输平台的另一端连接报警控制器，报警控制器与分布在多处的双鉴探测器和埋地感应电缆相连。

所述的门禁子系统内部模块连接关系为：中门禁控制主机与VOX多业务光纤传输平台相连，VOX多业务光纤传输平台的另一端连接门禁控制器，门禁控制器分别与读卡器、门锁和出门按钮相连。

所述的停车库管理子系统内部模块连接关系为：停车管理控制电脑与VOX多业务光纤传输平台相连，VOX多业务光纤传输平台的另一端连接入口管理系统和出口管理系统；停车管理控制电脑分别连接打印机、计费显示器和图像对比报警器；入口管理系统分别与摄像机、车辆探测器、发卡器、满位显示器、读卡器和自动栏杆相连；出口管理系统分别与摄像机、车辆探测器、读卡器和自动栏杆相连。

本实用新型与背景技术相比，具有的有益效果是：

面向服务架构(Service Oriented Architecture，SOA)的设计目标是以服务为基础，通过服务的交互来实现系统动态、松耦合集成，极大地降低了复杂性与成本。SOA模型通常分为组件层、Web服务层、控制流程层等。组件层使用具体的分布式组件技术实现业务功能，Web服务层则为组件层提供了一种技术无关的通用访问方式，屏蔽组件层具体技术之间的差异，突出业务逻辑的封装性。组件层中的控制组件和Web服务层的Web服务构成了安防集成系统架构的主要可重用部件，它们应该保持相对的稳定，控制流程层则通过对要求和服务进行编排，来适应功能需求的变化。它不再重点考虑以技术为中心的细颗粒度实体，如数据库类型；而专注于以功能需求为中心的服务，这些服务相比具有粗粒度性。

面向服务的体系结构(Service-Oriented Architecture，SOA)是一个组件模型，它将应用程序的不同功能单元(称为服务)通过这些服务之间定义良好的接口和契约联系起来。接口是采用中立的方式进行定义的，它独立于实现服务的硬件平台、操作系统和编程语言。这使得构建在各种系统中的服务可以以一种统一和通用的方式进行交互。松散耦合特征就是服务之间由具有中立的接口(没有强制绑定到特定的实现上)相互关联。松散耦合系统的好处有两点，一是它的灵活性，二是当组成整个应用程序的每个服务的内部结构和实现逐渐地发生改变时，它能够继续存在，即扩展性好。在安防集成系统中智能视频监控子系统、防盗报警子。系统门禁子系统、停车库管理子系统、电子巡更子系统、语音与广播子系统、火灾报警子系统在中心控制计算机中相互由中立的接口耦合。各个子系统通过接口调用XML统一定义数据的数据库，安防集成系统的通用性、可靠性和扩展性都较已往有大幅提升，很大程度上降低了集成系统多样性的成本见表1。因为安防系统由多种技术构成，包括核心的计算机和网络技术。所以，从一定程度上来说，安防系统的集成就是信息系统的集成。安全防范系统结构图五个层次定义分别是管理层、WEB服务层、数据层、网络层、执行层。

管理层在中心电脑输入命令，在web层对应相应的要求访问数据库，WebService主要协议及技术Web Service是面向对象的技术架构，它底层基础是技术已经非常成熟的IP、HTTP、SMTP等，其他的支持技术有：简单对象访问协议(Simple Object Access Protocol，SOAP)、Web Service描述语言(Web ServiceDescription Language，WSDL)、通用描述发现和集成协议(Universal Description，Discovery，and Integration，UDDI)。SOAP是基于XML跨平台的轻量级通信协议。来控制执行层的设备，当执行层的数据采集后，统一的用XML语言定义数据，并打包存入数据库。这样的数据可以很容易的通过设置接调用。具体的过程和原理在Web services体系架模型中已有说明。

表1安全防范系统结构表

VOX多业务光纤传输平台带宽的日常游客量和高峰游客量配置，兼顾了两者对安全防范系统传输带宽的不同需求，既满足了安全防范系统的基本要求，又充分利用了设备的资源。

巡更与视频分析绊线报警模块联动，可方便获取不包含运动目标的背景图像和背景图像更新；图像后处理阶段用动静态混合阀值提取运动物体，在相当程度上消除了光和风等自然因素对目标检测的负面影响，有效降低了误报率；应用形状匹配的方法对提取运动物体进行分类，能进一步降低视频监控子系统的误报率和漏报率。

附图说明

图1安全防范集成系统的模块框图；

图2智能视频和电子巡更联动子系统实现框图；

图3语音与广播子系统实现框图；

图4安全防范集成系统的模块框图；

图5是VOX多业务光纤传输平台及站点设备连接图；

图6是日常游客量的VOX带宽配置界面图；

图7是节假日高峰游客量时的VOX带宽配置界面图；

图8是Web services体系架构模型；

图9是视频分析绊线报警算法流程框图；

图10是动静态混合阀值生成流程框图；

图11是图像形态学分割和二值化运动目标流程图；

图12是图像形态学分割和二值化运动目标图像流程。

具体实施方式

如图1所示，面向湿地公园的安全防范集成系统：主控制电脑1与服务器2相连，主控制电脑1、智能视频监控与电子巡更联动子系统4、防盗报警子系统5、停车库管理子系统6、门禁子系统7、火灾报警子系统8和语音与广播子系统9分别与VOX多业务光纤传输平台3相连；通过服务器2与主控制电脑1完成对智能视频监控与电子巡更联动子系统4、防盗报警子系统5、停车库管理子系统6、门禁子系统7、火灾报警子系统8和语音与广播子系统9有机的集成。

如图2所示，所述的智能视频监控与电子巡更联动子系统4的内部模块连接关系为：400路对应IP的摄像机20和云台21，控制器23通过光纤接受指令数据操控云台控制器22对云台21和摄像机20进行控制，摄像机20与半线报警模块19相连，保安复位器18与拌线报警模块19相连，拌线报警模块19通过编码压缩器17联入VOX多业务光纤传输平台3，光纤另一端连接视频解码器16，视频解码器16与视频矩阵器15相连，视频矩阵器15与控制键盘13和多画面拼接处理器14相连，多画面拼接处理器14驱动^*16的大屏幕12现实视频数据，视频解码器16与主控制电脑1相连，主控电脑1对视频数据进行XML统一定义、打包和存入服务器数据库中，主控制电脑1与光纤配置柜10相连，光纤配置柜10与VOX多业务光纤传输平台3相连；主控制电脑1通过VOX多业务光纤传输平台3给控制器23发送云台21对应摄象机20IP的控制信号，控制器23发送控制信号到云台控制器22，由云台控制器22直接控制云台21，摄象机20安置在云台上，随云台的转动拍摄不同方位的场景，摄象机20输出给拌线报警模块19，同时保安复位器18控制拌线报警模块19获取当前时刻图象背景，拌线报警模块19将添加了报警信号的视频数据通过编码压缩器17传入VOX多业务光纤传输平台3，在VOX多业务光纤传输平台3的另一端视频解码器16接受不同IP的视频数据解码后传入视频矩阵器15，同时控制键盘13输入视频分割控制信号，分割处理后的视频数据通过多画面拼接处理器14的驱动显示在^*16的大屏幕12，视频解码器16解码后的数据进入主控制电脑1并存入服务器2的数据库。

巡更与视频绊线报警模块联动，保安复位器18一旦接受到复位引号，即巡更装置一旦确认保安人员到位，确认信号由巡更保安手动复位，视频分析绊线报警模块19则启动背景图像更新程序，以获得不包含运动目标的背景图像；视频数据提供一路模拟信号给拌线报警模块19检测拌线区域内的运动目标，在目标信息的获取过程中为消除光线和风等自然因素对背景图像和目标检测的影响，视频分析的图像后处理阶段采用动静态混合阀值提取运动物体，并对提取的运动物体采用形状匹配方法进行分类，确认安全防范集成系统关注的目标--人；拌线报警模块检测该路视频数据是否报警，拌线分析后智能检测模块输出一路信号附加在原视频数据中，由编码压缩器17以MPEG4的方式压缩和编码后，通过VOX多业务光纤传输平台3和视频解码器16解码后显示在大屏幕和统一以XML定义数据的结构和类型存入服务器数据库，其中光纤配置柜在下文中介绍；巡更与视频绊线报警模块联动，两子系统之间设置联动接口，包含查询数据报警信息功能，如果一个视频数据段有报警信号存在，则监视屏幕调用该视频数据；视频调用的条件是任何一台摄像机的数据有警告(warns)信号，接口的对象是监控屏幕(Supervisor)，调用的对象：摄像视频12位的ID号(videoID)，视频信号的时间段(Time)，视频信号的场地方位(Location)，对应的场地人员姓名(Name)，对应的场地人员ID(Patrolman ID)，对应的场地人员电话(Phone)，对应的场地人员时间表(Timetable)；监控人员通过调用的现场视频数据判断相应的处理方法。

如图3所示，所述的语音与广播子系统内部模块连接关系为：对讲机24通过无线通信与音频接受与发射器25相关联，音频接受与发射器25与数据编码解码器28相连，数据编码解码器28与VOX多业务光纤传输平台3相连，扬声器26与控制主机27相连、控制主机27与VOX多业务光纤传输平台3相连，报警电话与VOX多业务光纤传输平台3相连，VOX多业务光纤传输平台3与主控制电脑1相连，主控制电脑1与光纤配置柜10相连，光纤配置柜10与VOX多业务光纤传输平台3相连，麦克风30通过光纤配置柜10联入VOX多业务光纤传输平台3；语音与广播子系统中光纤配置柜10用于VOX带宽按需动态配置，兼顾日常游客量和节假日高峰游客量对安全防范系统传输带宽的不同需求，此外，高等级安全业务按1∶1冗余带宽配置，确保业务的高可靠性和高可用性，在图2(b)和图2(c)中具体介绍。

如图4所示，有防盗子系统5、门禁子系统7、停车库管理子系统6和火灾报警子系统8；

所述的防盗报警子系统5内部模块连接关系为：报警管理主机39与VOX多业务光纤传输平台3相连，VOX多业务光纤传输平台3的另一端连接报警控制器38，报警控制器38与分布在多处的双鉴探测器36和埋地感应电缆37相连。

所述的门禁子系统7内部模块连接关系为：中门禁控制主机43与VOX多业务光纤传输平台3相连，VOX多业务光纤传输平台3的另一端连接门禁控制器44，门禁控制器44分别与读卡器42、门锁41和出门按钮40相连。

所述的停车库管理子系统6内部模块连接关系为：停车管理控制电脑32与VOX多业务光纤传输平台3相连，VOX多业务光纤传输平台3的另一端连接入口管理系统51和出口管理系统52；停车管理控制电脑32分别连接打印机33、计费显示器34和图像对比报警器35；入口管理系统51分别与摄像机45、车辆探测器46、发卡器47、满位显示器48、读卡器49和自动栏杆50相连；出口管理系统52分别与摄像机45、车辆探测器46、读卡器49和自动栏杆50相连。火灾报警子系统8不做具体说明，实现设施都是市火警总部统一确定。

如图5所示，由于西溪湿地景区大，景点分散，在物理上分布很广。为了提高整个监控系统施工的灵活性，提高整个监控系统的可扩展性及系统扩展的便捷性，按湿地景点划分，共设置10个监控分站和1个监控中心。采用多业务光纤传输平台VOX，采用12芯光纤组成多业务光传输环形局域网，系统共设10个分站1个监控中心，具备双纤自愈环网保护功能。将各监控点的图像采用网线UTP CAT6传输到就近的分站，全部接入分站内的局域网上传。各分站分别配置VOX系统2套。各分站位置：1号分站：王家蚪；2号分站：梅竹山庄；3号分站：西溪水阁；4号分站：百家楼；5号分站：秋雪蓭；6号分站民俗二区块(室外)；7号分站：烟水渔庄；8号分站：朝天墓港；9号分站：深潭口；10号分站：西包桥；监控中心设在百家楼。

如图6所示，每个分站首先将所有的视频信号接入到VOX设备的单路视频压缩板，同时对视频信号进行编号。由视频压缩板将模拟视频信号编码压缩成数字码流；然后由本地VOX设备光传输模块中内置的全交叉切换矩阵对VOX的业务槽位进行选择，可将任意1个业务槽位上的数据分配到任意1个子时隙进行传输。未经配置的业务槽位上的数据不进入光传输系统传输。

VOX光纤传输系统传输总带宽为155M，共分为若干个时隙(信道)，其中1个为辅助信道。其余为业务信道，每个业务信道均可用来传输数字音视频信号、双向异步数据信号、以太网信号等各种业务数据。VOX系统中首先由视频压缩板进行视频处理，然后进入VOX光传输模块中由一个内置的全交叉切换矩阵进行选择和时隙配置(本部分由图1中的光纤配置柜控制)。而任意节点如果要解压缩观看在系统中某一时隙中传输的图像，也必须由该点光传输模块内置的交叉矩阵将该时隙分配到该点VOX设备的视频解压缩板上，该槽位的视频解压缩板才可以正确解压输出该时隙图像。对任何节点时隙分配的控制都可以在中心通过主控制电脑通过光纤配置柜对中心VOX设备的操作来实现。在局端中心设备，因需要同时解压缩输出25(16画面合成的400路图像)+15(切换输出)视频信号，因此需要配置25(16画面合成的400路图像)+15(切换输出)块单路视频解压缩板，将这40块视频板依次分配到40个业务子时隙。

如图7所示，VOX带宽按日常游客量配置，西溪湿地景区日常的游客人数相对稳定，东区和西区(一、二、三期)公园开园以来日均游客量为0.956万人次。视频监控带宽按日常游客量配置，采用PAL制式，25帧率，高分辨率。智能视频监控占用较大的VOX带宽资源。

西溪湿地节假日时，迎来大量游客。据统计2009年5月1日当天，西溪湿地西区共接待游客1.86万人次，东区的总客流量达2.68万人次。尤其每年端午龙舟赛时游客爆棚，仅龙舟赛现场游客量已达5.2万人次，而湿地公园游客日总量更高达7.5万人次。

如图8所示，为了保证端午龙舟赛等节假日高峰游客安全，满足高峰时安防通信和城市公安警务通等接入的通信带宽要求，VOX带宽采用节假日高峰游客量配置，采用PAL制式，12.5帧率，中低分辨率(格式现实与图2(c)大致相同对应的参数选项略有区别)，将视频监控的部分带宽按需动态的调配给语言通信带宽。兼顾了安全防范系统的基本要求，又充分利用了设备的资源。此外，高等级安全业务(如求助电话)则按1∶1冗余带宽配置，确保高等级安全业务的高可靠性和高可用性。

如图9所示，安全防范系统的子系统采用Web services技术统一封装定义子系统的信息、行为以及业务流程，构建面向服务架构的安全防范集成系统，实现各子系统的动态、松耦合集成；子系统间通过采用中立的方式进行定义的接口联动和信息传输，各种子系统间的联动以一种统一和通用的方式进行交互；基于XML的数据库，各子系统利用统一的XML数据文本定义储存入服务器数据库，在控制层电脑设置各个子系统联动的接口：视频分析数据调用接口、报警调用视频数据接口、保安数据调用接口，对数据库使用标准SQL进行数据操作，保证了集成系统的高可用和高拓展性；

SOA有服务代理、服务请求者、服务提供者3种角色，发布、查找和绑定3种基本操作。为支持结构中的3种操作，SOA需要对服务进行描述，声明服务提供者的语义特征、接口特征和各种非功能特征，如安全要求、事务要求等。通过3种基本操作，在服务代理，服务请求者，服务提供者之间建立联系。由于服务请求者和服务提供者的绑定是一种非直接的联系，当服务改变后，服务提供者可以通过与服务代理的刷新获取新的服务。Web Services安防集成体系服务提供者从系统的角度看，这是服务的所有者。从体系结构看，这是托管被访问服务的平台。服务请求者从系统角度看，这是要求满足特定功能的系统。从体系结构看，这是寻找并调用服务，并启动与服务交互的应用程序。服务注册中心这是可搜索的服务描述注册中心，服务提供者在此发布他们的服务描述。在绑定过程中，服务请求者查找服务并获得服务的绑定信息。

安全集成系统基于XML的数据库从数据集成的实用应用出发，利用XML提供一个统一的数据本文定义。XML Schema作为全局数据模型，X Query作为统一的数据源操作转换语言。结果以XML格式输出，统一格式的查询结果可以供应用程序和系统共享。基于XML的数据库主要由集成服务管理器、数据操作处理器、包装器3部分组成。1)集成服务管理器，通过集成任务定义机制，对集成数据源的元数据、局部视图和全局视图的管理，为包装器和数据操作处理器服务。2)数据操作处理器，根据用户提交的数据请求，对于查询请求和操纵请求分别进行不同处理，并以XML的方式返回结果。3)存储与调用数据包装器，负责与底层数据源交互，包装异构的数据源，实现数据位置和访问的透明性，对关系数据库使用标准SQL进行数据操作，保证了集成系统的高可用和高拓展性。

在安防集成系统的视频分析绊线报警模块中，视频信号数据统一用XML文本方式定义，打包存入数据库。对于不同的的视频信号，采取相同的定义方式，以便于数据集成和以后系统对数据的查询、调用。以安防中的绊线报警技术为实例，介绍xml数据的定义、存储和调用。具体定义如下：

建立一个视频数据的定义文本和一个场地巡逻人员的定义文本，视频定义包括：视频ID(Video ID)，视频内部的绊线报警(Warns)，视频时间信息(Time)，场地方位信息(Location)，other以待扩展内容(Other X)。视频数据根据不同的摄像机，以每小时为单位分配一个ID，video ID一共12字节，例如ID’d(090501130011)，前面的8字节表示时间，与Time元素的内容相同09050113意思：2009年05月01日13:00到14:00时间段；后4字节表示场地方位，一共可以组成10000种不同的地址，分配给湿地所有的摄像机，在用户软件中加入查询摄像机地址的查询类表，将不同的4位数对应湿地内的具体方位和摄像机。Warns是一个条件查询信号，也是视频的一个数据元素，占用一个字节，用0和1表示没或有警告(注：这里的0和1不是二进制的，但是无论怎么理解结果是一样的)。Other X表示文本中的空内容，没有明确的定义，以待数据定义的扩展。Video的定义如下：

<？xml version＝”1.0”encoding＝”gb2312”>

   <header>

     <title>Video</title>

         <element 1>Video ID</element 1>

         <element 2>Time</element 2>

         <element 3>Location<element 3>

         <element 4>Warns<element 4>

         <element 5>Other 1<element 5>

         <element 6>Other 2<element 6>

</header>

巡逻人员定义包括：保安ID(Patrolman ID)，姓名(Name)，电话(Phone)，负责场地范围(Location)，巡逻时间表(Timetable)。保安ID是湿地公园人事统一发放8位的工作号，姓名和电话都是个人基本数据信息，Location和Timetable在建立人员数据库的同时建立关系，也可以不用，当调用人员信息的同时这两部分都是与个人信息同步显示的。这里的Location是2字节的数值，例如00表示所有湿地公园分为100个巡逻区域，也有相应的数据表可以查询，2字节的人员地点方位与4字节的摄像机地点方位是对应，人员地点方位的两字节对应4字节的两位高位，及一个的巡逻人员地点范围等同于100个连续ID摄像机的范围，或者说一个Location值为03巡逻员负责管理100个连续ID(0300-0399)的摄像机。

Patrolman的定义如下：

<？xml version＝”1.0”encoding＝”gb2312”>

   <header>

     <title>Patrolman</title>

         <element 1>Patrolman ID</element 1>

         <element 2>Name</element 2>

         <element 3>Phone<element 3>

         <element 4>Location<element 4>

         <element 5>Timetable<element 5>

</header>

然后调用存储程序，将XML视频数据流存储至数据库，人员数据已储存在服务器电脑数据库，所以只有相关视频的xml储存过程。当数据集成到服务器数据库之前生成的XML文档如下：

<？xml version＝″1.0″encoding＝″UTF-8″？>

<Video List>

 <Video>

  <Video ID>090501130011</Video ID>

  <Time>09050113</Time>

  <Location>0011</Location>

  <Warns>1</Warns>

  <Other 1>x</Other 1>

  <Other 2>x</Other 2>

 </Video>

……

</Video List>

根据实际需求分析，本系统在绊线报警安防部分需要四部分的数据调用功能：1)当任何一台摄像机的出现了绊线报警报后，监控室的监控屏幕立即调用摄像报警视频到监控屏幕的一路信号。2)当出现游客对湿地公园造成损坏后，公园人员从视频数据库调出报警摄像视频作为证据，进而对违规的游客做出相对应的惩罚。3)当出现游客进入危险的景区时，视频绊线报警后，马上调用公园广播系统语言警告，同步语音通知相对应的巡更保安给与帮助。4)为了迎合数字杭州话的要求，湿地公园安防系统提供了与杭州市安防系统的接口，方便全市安防数据的集成化和统计。例如在第一个对应功能调用接口中；视频调用的条件是任何一台摄像机的数据有警告(warns)信号，接口的对象是监控屏幕(Supervisor)，调用的对象：摄像视频12位的ID号(video ID)，视频信号的时间段(Time)，视频信号的场地方位(Location)，对应的场地人员姓名(Name)，对应的场地人员ID(Patrolman ID)，对应的场地人员电话(Phone)，对应的场地人员时间表(Timetable)。

如图10所示，所述的巡更与视频绊线报警模块联动流程包括如下：

1)巡更与视频绊线报警模块联动，巡更装置一旦确认保安人员到位，即确认信号由巡更保安手动复位，视频分析的绊线报警模块就启动背景图像更新程序，以获得不包含运动目标的背景图像；

2)视频数据提供一路模拟信号给拌线报警模块检测拌线区域内的运动目标，在目标信息的获取过程中为消除光线和风自然因素对背景图像和目标检测的影响，视频分析的图像后处理阶段采用动静态混合阀值提取运动物体，并对提取的运动物体采用形状匹配方法进行分类，确认安全防范集成系统关注的目标——人；

3)拌线报警模块检测该路视频数据是否报警，拌线分析后智能检测模块输出一路信号附加在原视频数据中，以MPEG4的方式压缩和编码后，统一以XML定义数据的结构和类型，通过VOX多业务光纤传输平台解码后存入服务器数据库和在显示在大屏幕；

4)巡更与视频绊线报警模块联动，两子系统之间设置联动接口，包含查询数据报警信息功能，如果一个视频数据段有报警信号存在，则监视屏幕调用该视频数据；视频调用的条件是任何一台摄像机的数据有警告信号，接口的对象是监控屏幕，调用的对象：摄像视频12位的ID，视频信号的时间段，视频信号的场地方位，对应的场地人员姓名，对应的场地人员ID，对应的场地人员电话，对应的场地人员时间表；

5)监控人员通过调用的现场视频数据判断相应的处理方法。

西溪红柿景观、湿地科考保护区等地域的视频监控系统中融入视频分析绊线报警，即在游客禁入的图像区域设置报警绊线，来提升安全防范系统的智能化水平，降低监控人员的工作强度，以及误报率和漏报率。视频分析中，最基础关键的两步是目标检测和目标特征提取。运动目标检测的主流算法是背景差分法，其难点不是输入图像与背景图像的差分运算，而是不包含运动目标的背景图像获取，动态背景和噪声的有效处理。第一个问题迄今尚无有效成熟的一般方法，更多的是依赖特定监控环境而提出相应的解决方法；第二个问题则采用滤波、自适应动态背景更新的方法，常见的有基于统计学背景模型法，卡尔曼滤波的自适应背景模型，混合高斯背景模型等。本实用新型从西溪湿地特定的监控环境出发，提出巡更与视频分析绊线报警模块联动来获取不包含运动目标的背景图像。该方法的依据是，违规游客在保安巡更到达现场时，总会自觉或不自觉的回归游客游览区，所以此时摄像机可获取不包含运动目标的图像背景；保安定时巡更登录，背景图像实现同步定时更新。光线和风等自然因素对背景图像和目标检测会造成负面影响，安全防范集成系统提出动静态混合阀值和形状匹配分类的解决方法。

如图11所示，动静态混合阀值生成流程，只有合适的阀值才能从监控实时图像中正确分割出运动目标所占区域，阀值的选取直接决定运动目标检测结果的好坏。目前大多根据经验来选取阀值，存在极大的随意性。

动静态混合阀值表达式如下：

$T=\mathrm{\&mu;K}+\mathrm{\&lambda;}\frac{1}{N_S}\underset{(X,Y)\&Element;S}{\mathrm{\&Sigma;}}|A(X,Y,t)-B(X,Y,t_0)|$

式中，K-图像的灰度级；S-监控区图像点集；

N_S-图像像素数目；μ-静态阀值系数；λ-动态阀值系数；

A(X，Y，t)-t时刻监控图像；B(X，Y，t₀)-巡更登录t₀时刻背景图像。

保安两次巡更登录时间段，即背景图像更新时间段，光照和风等自然因素使实时图像A(X，Y，t)偏离t₀时刻获取的背景图像B(X，Y，t₀)；若所选阀值较小，则分割出的运动目标区域过大，导致误判率上升；合乎逻辑的做法是，随着时间推移，动态调整阀值T，直至下一次背景图像更新。

如图12所示，图像形态学分割和二值化运动目标图像流程，背景差分法提取的运动目标图像，先用开运算割开目标和影子，然后再用闭运算使目标图像闭合，填补图像空白。二值化阀值为图4(b)中的动静态混合阀值T。图中A为图像集合，B为结构元素(3×3方形)，g(x，y)为二值化后点(x，y)的值(1或者0)。

目标分类采用形状匹配方法，基本思想是：通过离线试验获取目标轮廓数据，建立类轮廓模板数据库，将图像分割提取的运动目标轮廓与类轮廓模板数据库的轮廓逐一匹配，依据相似决定目标分类。算法如下所示：

利用形态学分割和二值化提取的目标轮廓，计算组成轮廓所有点以顺时针到图像中心点的距离集合Ds＝{d1，d2，d3，…，dn}，距离信号为Eulidian距离：di＝Dist(Cm，Pi)，；按照不同目标的大小比较距离信号，设N为距离信号Ds的大小，C为固定的信号长度，对Ds进行二次取样和超级采样，计算确定大小的距离信号和标准的距离信号

$\stackrel{\&RightArrow;}{\mathrm{DS}}=\mathrm{DS}[i\&times;\frac{N}{C}],$ $\&ForAll;i(1,\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;,C)$

$\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{DS}}\left[i\right]=\stackrel{\&RightArrow;}{\mathrm{DS}}\left[i\right]/{\mathrm{\&Sigma;}}_1^n\&CenterDot;\stackrel{\&RightArrow;}{\mathrm{DS}}\left[i\right]$

将标准的距离信号(A目标物体)与数据库轮廓模型数据Ti，做差得距离Dist_AT：

${\mathrm{Dist}}_{\mathrm{AT}}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{DS}}_A}\left[i\right]-\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{DS}}_T}\left[i\right]$

在轮廓数据库中，当Dist_AT小于标准值时，A目标物体必然在轮廓数据库中与Ti匹配^[1]。绊线报警一旦确定游客违反规则，则启动报警处理程序，抓拍违规照片，并进行录像取证；分区广播联动——劝阻；电话自动呼叫相关保安并告之摄像机位置。

[1]Dimassa V D，Massa V I，A Hybrid Architecture for Intelligent VideoSurveillance.CIHSPS 2005-IEEE International Conference on ComputationalIntelligence for Homeland USA

主要设备清单

VOX技术指标的视频指标

音频指标

M-JPEG	符合PCM语音编码算法G.711
		MPEG4	符合采用MPEG的Layer-3，Layer-4算法压缩，符合  ISO/IEC11172-3标准；
音频接口	RCA
		音频输入输出阻抗	600Ω平衡/非平衡

光接口技术指标

线路传输速率	155Mbit/s  622Mbit/s
		光源	激光器
发送波长	1310nm/1550nm
		平均发送光功率	0～5dBm；   -8～-15dBm；
接收灵敏度	优于-35dBm
		光连接器类型	SC/PC
光纤类型	9/125μm单模
		激光安全性	Rec.G.958

数据接口技术指标

数据板	每板提供8路点对点数据
		光板	每板提供2路共享式数据
共享式或点对点式高速数据接口	RS-485/422/232可选；异步速率
		速率	0～64Kbit/s
误码率	10-9
		接头方式	RJ11；   RJ45；

Claims (6)

1.一种面向湿地公园的安全防范集成系统，其特征在于：主控制电脑(1)与服务器(2)相连，主控制电脑(1)、智能视频监控与电子巡更联动子系统(4)、防盗报警子系统(5)、停车库管理子系统(6)、门禁子系统(7)、火灾报警子系统(8)和语音与广播子系统(9)分别与VOX多业务光纤传输平台(3)相连；通过服务器(2)与主控制电脑(1)完成对智能视频监控与电子巡更联动子系统(4)、防盗报警子系统(5)、停车库管理子系统(6)、门禁子系统(7)、火灾报警子系统(8)和语音与广播子系统(9)有机的集成。

2.根据权利要求1所述的一种面向湿地公园的安全防范集成系统，其特征在于所述的智能视频监控与电子巡更联动子系统(4)的内部模块连接关系为：400路对应IP的摄像机(20)和云台(21)，控制器(23)通过光纤接受指令数据操控云台控制器(22)对云台(21)和摄像机(20)进行控制，摄像机(20)与半线报警模块(19)相连，保安复位器(18)与拌线报警模块(19)相连，拌线报警模块(19)通过编码压缩器(17)联入VOX多业务光纤传输平台(3)，光纤另一端连接视频解码器(16)，视频解码器(16)与视频矩阵器(15)相连，视频矩阵器(15)与控制键盘(13)和多画面拼接处理器(14)相连，多画面拼接处理器(14)驱动*16的大屏幕(12)现实视频数据，视频解码器(16)与主控制电脑(1)相连，主控电脑(1)对视频数据进行XML统一定义、打包和存入服务器数据库中，主控制电脑(1)与光纤配置柜(10)相连，光纤配置柜(10)与VOX多业务光纤传输平台(3)相连；主控制电脑(1)通过VOX多业务光纤传输平台(3)给控制器(23)发送云台(21)对应摄象机(20)IP的控制信号，控制器(23)发送控制信号到云台控制器(22)，由云台控制器(22)直接控制云台(21)，摄象机(20)安置在云台上，随云台的转动拍摄不同方位的场景，摄象机(20)输出给拌线报警模块(19)，同时保安复位器(18)控制拌线报警模块(19)获取当前时刻图象背景，拌线报警模块(19)将添加了报警信号的视频数据通过编码压缩器(17)传入VOX多业务光纤传输平台(3)，在VOX多业务光纤传输平台(3)的另一端视频解码器(16)接受不同IP的视频数据解码后传入视频矩阵器(15)，同时控制键盘(13)输入视频分割控制信号，分割处理后的视频数据通过多画面拼接处理器(14)的驱动显示在*16的大屏幕(12)，视频解码器(16)解码后的数据进入主控制电脑(1)并存入服务器(2)的数据库。

3.根据权利要求1所述的一种面向湿地公园的安全防范集成系统，其特征在于所述的语音与广播子系统内部模块连接关系为：对讲机(24)通过无线通信与音频接受与发射器(25)相关联，音频接受与发射器(25)与数据编码解码器(28)相连，数据编码解码器(28)与VOX多业务光纤传输平台(3)相连，扬声器(26)与控制主机(27)相连、控制主机(27)与VOX多业务光纤传输平台(3)相连，报警电话与VOX多业务光纤传输平台(3)相连，VOX多业务光纤传输平台(3)与主控制电脑(1)相连，主控制电脑(1)与光纤配置柜(10)相连，光纤配置柜(10)与VOX多业务光纤传输平台(3)相连，麦克风(30)通过光纤配置柜(10)联入VOX多业务光纤传输平台(3)。

4.根据权利要求1所述的一种面向湿地公园的安全防范集成系统，其特征在于所述的防盗报警子系统(5)内部模块连接关系为：报警管理主机(39)与VOX多业务光纤传输平台(3)相连，VOX多业务光纤传输平台(3)的另一端连接报警控制器(38)，报警控制器(38)与分布在多处的双鉴探测器(36)和埋地感应电缆(37)相连。

5.根据权利要求1所述的一种面向湿地公园的安全防范集成系统，其特征在于所述的门禁子系统(7)内部模块连接关系为：中门禁控制主机(43)与VOX多业务光纤传输平台(3)相连，VOX多业务光纤传输平台(3)的另一端连接门禁控制器(44)，门禁控制器(44)分别与读卡器(42)、门锁(41)和出门按钮(40)相连。

6.根据权利要求1所述的一种面向湿地公园的安全防范集成系统，其特征在于所述的停车库管理子系统(6)内部模块连接关系为：停车管理控制电脑(32)与VOX多业务光纤传输平台(3)相连，VOX多业务光纤传输平台(3)的另一端连接入口管理系统(51)和出口管理系统(52)；停车管理控制电脑(32)分别连接打印机(33)、计费显示器(34)和图像对比报警器(35)；入口管理系统(51)分别与摄像机(45)、车辆探测器(46)、发卡器(47)、满位显示器(48)、读卡器(49)和自动栏杆(50)相连；出口管理系统(52)分别与摄像机(45)、车辆探测器(46)、读卡器(49)和自动栏杆(50)相连。

Images