江苏司法警官高等职业学校虚拟现实视频融合安防平台

　　第一章系统背景概述

　　江苏省司法警官高等职业学校是经江苏省人民政府批准的一所实行警务化管理的政法类全日制学校。学校始建于1985年，二十多年的办学历史积累了丰富的办学经验，已为全省监狱、戒毒系统培养输送了数千名合格的监狱、戒毒人民警察，并为社会培养了一大批具有专业实务技能的应用型人才。

　　根据教育部《教育信息化十年发展规划（2011-2020）年》关于“加强高校数字校园建设与应用，利用先进网络和信息技术，整合资源，构建先进、高效、实用的高等教育信息基础设施”的要求，结合高校实际情况，学校开展智慧校园设计与建设，实现学校信息化跨越式发展，达到提升学校的管理和服务能力的目的。智慧校园是以智慧技术、智慧教育、智慧人文、智慧服务、智慧管理、智慧生活为特征的校园发展新模式，是高校信息化建设向更高层次发展的具体体现，能够提供较强的发现问题、分析问题、解决问题的能力，利用智慧校园进行的创新管理具有很强的发展潜力。

　　本项目作为智慧校园的前期项目，主要是当前学校将近516路视频画面结合三维场景有效的利用，实现基于虚拟现实技术与视频融合技术智能监控安防平台的最终落实，让视频监控活起来，真正发挥实战作用，将现场大量的摄像机能够更灵活的为民所用，为警所用，方便学校及相关部门第一时间掌握该区域的全局概况、周边环境及车流、人流等情况，以实现对重点目标安全防范监控、治安管理综合监控，消防火灾预警监控、交通疏导指挥监控、突发性自然灾害应急指挥监控等，此外也能及时有效的对非法集会、恐怖事件突发等起到震慑作用。

　　第二章项目需求

　　2.1 需求分析

　　1．对重点防范区域的反恐、应急指挥需求

　　传统的视频监控只能顾及到局部区域，视频割裂不直观，无法对大场景进行整体监控，无法反应和还原真实场景信息，监控效果差。且视频摄像头部署点位密度大，分散孤立。遇恐怖袭击或突发应急事件时无法通过传统视频监控系统快速精确的定位事发地点，不能进行迅速有效的指挥调度。因此，利用传统的网络视频监控技术已经无法满足需求，需要利用最先进的视频技术手段，结合三维模型的应用，打造一套全景可视化视频融合监控系统，实现对重点治安防范区域的可视化立体管控，是江苏司法警官高等职业学校目前最大的需求。

　　2．对突发事件历史视频全过程回溯的需求

　　在突发安全事件时，视频监控录像往往就成为了管理部门首要侦破手段和证据。通过调取事发地点的监控录像来了解事件发生的全过程，从而对事件进行追查。利用传统视频监控系统，录像存储的形式过于单一，单路局部视频存储，无法全面直观的考证事件的始末，无法给有关部门提供完整的证据链。因此，需要对重点防控区域进行大场景录像存储，确保对突发事件追溯时，更有效，更直观的对历史事件进行查证。

　　3．建立视频智能分析预警能力

　　传统的视频监控数据分析价值低，不可靠，不准确，需要投入大量的人力，派出大量人员到现场巡逻。为了合理的部署，确保重点防控区域的安全稳定，需要在传统视频监控系统的基础上建立三维融合的智能视频预警分析能力，对在不同摄像头中出现的人和物进行有效检测、定位、跟踪和行为模式识别，第一时间处理突发事件，既可使人力得到合理的分配，又可维护社会稳定。

　　2.2 功能需求

　　目前江苏司法警官高等职业学校重点防控区域所采用的视频监控系统功能单一，在解决了视频质量和数据存储的问题后，重点防控区域视频监控所需解决的真正问题不仅是将图像记录下来，在屏幕上输出显示，更重要的是如何融合监控，提供智能预警能力，运用先进的手段，以降低管理成本，提高管理效率，解放巡逻警力。为满足XX部门重点防控区域监控需求，迫切需要融合重点防控区域大量实时视频，对重点防控区域环境进行多方位全局监控、全程监视、多角度智能监控，需要提供以下功能：

　　Ø 视频融合监控

　　要求对重点防控区域进行三维建模，构建出三维虚拟环境，将离散分布区域不同位置、具有不同视角的监控视频实时动态的融合到真实三维场景模型中，对监控范围整体大场景的连续监控和实时融合展示，并提供上帝视角从宏观上掌握监控点区域的整体态势变化，实现室内室外不同场景无缝浏览。从而实现对重点防控区域整体态势与局部细节的多尺度感知。

　　Ø 三维视频巡逻监控

　　要求支持自定义三维视频巡逻监控路线，无需人工干预，系统自动按照事先定义好的计划时间，按照监控人员定义的特定路线进行三维视频巡逻监控，用虚拟视角按顺序观察不同区域的场景，也可以随机调整线路和视角来观察全景中的局部场景。系统会在警告信息出现时自动巡逻到报警区域，第一时间展现应急场景，并形成警报快照。

　　Ø 统一历史视频全景回溯功能

　　要求对所有接入的监控摄像机使用统一时间线，监控管理人员可通过平台提供的时间线操作界面实现全局时钟控制，实现多摄像机画面历史回放的三维全景虚实融合显示，从而还原真实画面。

　　Ø 智能预警分析功能

　　要求提供智能视频图像分析功能，实现在不同摄像机镜头中出现的人和物进行有效检测，定位、跟踪和行为模式识别，解决实际问题。包括区域入侵检测、警戒线穿越检测、打架斗殴报警、遗留物体预警、物品消失或移动检测、人体检测与统计、人群聚集预警、逗留徘徊预警和车流量检测等，以增强安全态势感知能力。

　　Ø 多源信息融合

　　要求系统接入重点防控区域中多种来源的数据，并将这些在空间中相对散乱的传感器数据有组织的融合显示在三维虚实融合画面中，以辅助治安管理人员更好的通过平台来理解现场态势。同时支持接入GPS实时数据，对配备GPS设备的现场巡逻人员、车辆进行实时跟踪监控，遇突发事件时，第一时间进行调度指挥。

　　第三章项目建设目标、内容与意义

　　3.1 建设目标

　　根据对重点防控区域实际情况的分析，结合对重点防控区域的治安管理需求以及虚拟现实视频融合监控系统的点位部署要求，利用重点防控区域已有摄像机的部署，满足视频融合监控系统建设的视频覆盖要求。

　　本方案采用虚拟现实视频融合监控技术，是面向视频监控领域的一套新型高科技、综合、网络化的系统，本方案建设目标是在一个平台中展现重点防控区域所有的监控视频画面，形成真正意义上重点防控区域三维全景视频融合监控体系。通过对视频资源建设和优化，将离散的具有不同视角的传统监控视频与监控场景的三维模型进行全景视频融合，形成场景内不同视频画面之间的空间关联，实现三维全景视频融合的一体化监控体系，支持在单一画面中对整体区域的全局立体监控、分画面中监控细节展示、用户可自定义的视频自动巡逻监控和智能分析等功能。通过这种虚实融合技术，将可以达到以下目标：

　　1．在重点防控区域内实时融合不同位置的动态视频到一个虚拟三维现实环境，达到一体化全景一目了然；

　　2．实现数字化、智能化、可视化的视频融合监控与预警管理，提高处置突发事件的能力。满足相关部门对重点防控区域的治安管理需求，为相关部门对重点防控区域的治安管理提供全景可视化技术支撑。

　　3.2 建设内容

　　一个平台：指虚拟现实视频融合监控平台。利用三维全景视频融合技术，在前端视频监控点布设的基础上，直观地将学校治安重点防控区域内处在不同位置、具有不同视点视角的摄像机镜头监控图像实时智能融合到事先构建好的三维模型中。

　　一个机制：指基于学校治安重点防控区域的智慧自动巡逻机制。以重点防控区域的态势为视频检测的基础，制定合理的虚拟现实视频融合的空中巡逻路线，在重点防控区域内的三维全景视频中，按照制定好的空中巡逻路径自动巡航重要区域的视频监控画面，形成一套体系完整的设备自动巡检机制。

　　十二大功能：指系统满足用户需求的十二项主要功能。顶视图、智慧自动巡逻监控、自由视点监控、统一时间线、球机追视、视频分析、报警联动挂屏显示、报警分级管控、高低点关联、鱼眼全景融合、多源信息融合和规划预演，如下图所示。

图1功能结构图

　　3.3 系统建设意义

　　1．充分整合视频资源，提升安全管理水平

　　本方案旨在充分整合视频监控资源,有效利用各历史阶段建设的系统资源，最大化挖掘视频监控在社会治安管理、反恐应急中的价值，为社会治安安全管理保驾护航。从而有效提升安全管理水平，最大程度地节省成本支出，维护国家和社会稳定。

　　2．虚拟现实视频融合一体化，节省警力

　　系统提供虚拟现实信息融合能力，支持虚拟三维可视化集成视频监控画面、第三方系统和设备，包括各类视频探头、报警传感器、温湿度传感器等。在三维场景中虚拟可视化展示大量视频画面、警报、位置等相关信息。科学优化监控布局，实现“点、线、面”全覆盖，建立远距离全局把握、区域就近感知和近距离深入观测的立体防控体系。实现虚拟现实信息融合，有效降低监控指挥人员工作强度，节省警力资源。

　　3．虚拟场景中的智能视频分析，前端可视化+后端感知

　　系统提供多项视频智能分析功能，实现重点防控区域综合安全态势感知，让监控指挥人员把握安全工作主动权，真正做到运筹帷幄之中，决胜千里之外。

　　4．报警驱动虚拟现实呈现，提高应急处理效率

　　系统支持视频分析报警，以及集成第三方报警系统，对视频摄像头报警和三维虚拟现实场景进行关联管理，实现报警联动到三维视点，挖掘各防控系统能力，提升系统效能，增强XXX干警对突发事件评估和响应能力。

　　5．多级警报管控，保障警报及时处理

　　系统提供多级警报管控能力，可实现派出所、分局、市局的多级监管，信息共享，起到社会治安综合治理的效果。有效节约一线执勤警力，提升工作效率，节约运营成本。

　　6．历史视频统一时间线回看，提高突发事件取证和处理速度

　　系统支持在三维场景下，统一查看多路历史视频能力，在安全事件调查时，不用专人对大量单独的历史视频进行查看，只需在统一三维场景中浏览多路视频，有效提升突发事件取证和处理速度，提高办案效率。

　　第四章系统功能设计

　　4.1 视频融合监控

　　4.1.1 三维虚拟现实全景监控

　　系统主要是通过将离散分布在XXX重点防控区域的监控视频融合到虚拟现实场景模型中，建立视频在虚拟现实空间的感知能力，提供多个区域连续、直观监控，方便治安监控管理人员概览全局，实现可跨越区域、空间的基于虚拟现实的全景视频融合展示、视频巡逻。为XXX重点防控区域治安管理提供有力的技术支撑，方便监控管理人员进行全局指挥和对突发事件的快速处置。

　　4.1.2 高低点关联显示

　　系统提供多相机关联展示功能。在重点防控区域三维场景中，通过高点展示重点防控区域整体全局实时画面，如果需要重点关注某局部区域，可同时关联低点相机，通过独立窗口展示相应低点区域实时视频画面。在突发状况发生时，让领导即能纵观全局，又能掌控细节。

　　同时，多摄像机视频关联显示功能可实现球追视功能。治安管理人员无需预知球机位置及观测角度，在全景画面中点击视野范围内的目标兴趣点，全景范围内的球机则能够根据目标的位置进行自动缩放，调整视角进行细节监控。

　　4.1.3 自动巡逻监控

　　指挥中心监控管理人员可自定义编辑多种虚拟巡逻路线，直观可见，平台可按设定的三维路线自动巡逻，无需人工干预，巡逻速度比真实巡逻更为方便快捷，巡逻点上还可以加上提示说明，便于领导在突发状况下的指挥决策。

　　4.1.4 智能警报联动

　　三维虚拟现实视频监控与传统的矩阵式视频进行有机的结合，实现智能报警联动。主屏幕显示三维虚拟现实监控，辅屏幕显示动态预警的摄像机，实现重点防控区域全局态势和重点区域分屏监控。示例效果如下图所示。

　　4.1.5 统一历史视频回放

　　传统视频的存储采取单路存储的方式，历史视频的回放存在一定的局限性。这种局部回放模式，不能够形象、直观的展示整个事件的来龙去脉，需要花费大量的人力、物力。在全景场景显示模式下融合显示多路历史画面，以实现历史事件整体回放，以整体画面描述事件来龙去脉，提高对历史事件的查询能力及事件的全场景重现能力。改变了XXX重点防控区域治安监控管理人员依赖分镜头零散倒查的传统工作模式，能够有效提升历史事件的回查效率，降低资源的投入量。

　　4.2 视频监控智能分析

　　智能分析检测功能利用计算机视觉和数据分析技术，对XXX重点防控区域进行视频分析检测，包括区域入侵检测、穿越警戒线检测、打架斗殴报警、遗留物预警、物品消失或移动检测、人体检测等通用或定制功能。

　　4.2.1 区域入侵检测

　　对于重点治安防控区，可在三维场景中划定禁止进入的区域，实现人、车或其他运动物体进入禁区自动报警，同时关联对应的视频摄像头以提醒监控管理人员进行识别和处置。

　　4.2.2 穿越警戒线检测

　　对于重点治安防控区，可在三维场景中划定禁止穿越线，当运动物体或人穿越时自动报警，同时关联对应的视频摄像头以提醒监控管理人员进行识别和处置。

　　4.2.3 剧烈运动检测

　　系统可进行剧烈运动检测，如打架斗殴，抢夺抢劫，经分析发现有剧烈运动立即报警，同时关联对应的视频摄像头以提醒监控管理人员进行识别和处置。

　　4.2.4 遗留物体预警

　　系统可进行遗留物检测，发现有遗弃物体立即报警。同时关联对应的视频摄像头以提醒监控管理人员进行识别和处置。

　　4.2.5 物品被盗或移动检测

　　系统可对特殊物品进行被盗或移动检测，如物品有消失或移动则报警，同时关联对应的视频摄像头以提醒监控管理人员进行识别和处置。

　　4.2.6 人体检测与统计

　　图像分析服务可在设定的区域范围内进行人体检测，可以区分人体和其它类型的动物，并可以进行人数统计，如对于XXX广场的所有摄像头人数统计同时出现50人或以上，系统自动进行预警提醒。以提醒指挥中心监控管理人员和现场民警对人流进行有效疏导。

　　我们采用高斯模板在兴趣区滑动,然后计算卷积距离并与阈值做比较。最后对置信区域做框匹配，从而得到可能的人体分布，如下图所示。

　　4.2.7 人群事件检测

　　系统可对设定区域进行人群事件检测，如人群聚集、游行、拥挤、骚动、排队等进行检测分析。以提醒监控指挥人员进行识别和处置。

　　应用范围：敏感区域、重点单位周边。

　　4.2.8 滞留徘徊预警

　　系统可对设定区域进行滞留徘徊预警，可预先设定徘徊滞留人数和时间，以提醒监控指挥人员进行处置。

　　应用范围：重点单位、机场周边。

　　4.2.9 烟雾、火焰检测

　　基于智能视频分析，系统提供烟雾、火焰检测，一旦检测到烟雾或火焰，系统将报警提醒监控管理人员予以识别和应急处置。

　　应用范围：重点单位、XXX路面、火车站、汽车站、地铁站、机场、商业中心等。

　　4.3 多源信息融合

　　可在系统虚拟环境中设置信息点POI说明，增加图标和设置热区，以及设置三维条幅。同时系统可以接入第三方传感器实时数据，如：消防传感器数据，安防传感器数据，如在某商业中心三维场景中显示安防和消防传感器信息，实现虚拟现实信息融合。

　　第五章系统设备选型

　　5.1 设备选型原则

　　先进性、实用性：设备选型时考虑先进性与实用性相结合，从实用的角度出发，选择目前国内的主流型号；

　　事务处理能力、I/O处理能力：系统应用在于其数据量大、数据有效期长，这就决定了未来信息系统运行中主要的瓶颈在于系统的I/O处理能力，选择I/O处理能力强的服务器和高效的存储解决方案是选型中的要点；

　　安全可靠性：系统需要7*24小时不间断的运行，对系统的可靠性要求很高，在选型时不仅要求选择单机可靠性高（如采用多路CPU、内存CHIPKILL技术、冗余电源等），而且要选择能够提供好的集群解决方案的品牌；

　　可扩充、升级能力：在系统选型时，要考虑到系统今后的发展情况，在设备选型时留有一定的余地；

　　厂家的售后服务：衡量厂家售后服务水平的标准主要包括：产品的质量、响应时间、备品备件的储备、故障诊断手段、故障排除时间、售后服务的体系；

　　高性价比：提供给用户以较低的价格获得先进的功能和最优的性能。

编辑：广翰楼