摘要：本文介绍了智能视频分析技术的发展概况，并具体阐述了智能视频监控系统在中海油LNG终端第一次应用的设计方案，着重介绍系统架构、前端设备的接入、传输系统设计、DLP大屏幕投影显示、VistaScape软件的功能。
  关键词：智能视频监控系统；VistaScape；周界报警；安防

    Abstract: The development of intelligent video analysis technology is introduced. The application scheme of the intelligent video surveillance system in Cnooc LNG Terminal is presented in this paper, including the system configuration, the connection of the front cameras, the design of the transmission system, wide DLP projection screen, and the function of VistaScape software.

    Key words: intelligent video surveillance system; VistaScape; Perimeter alarm; Security and protection 

    1 浙江LNG项目介绍

    天然气，在世界能源产业中扮演着越来越重要的角色。自上世纪90年代中期开始，中海油受国家委托，率先启动进口LNG(liquefied natural gas)试点工作。浙江LNG项目由LNG接收站、LNG专用码头及与之配套的天然气管道项目组成，是中海油与浙江省合作的重大能源项目。项目占地46.9公顷，一期总投资约70亿元，包括建设一座可停靠8万～26.6万立方米LNG运输船的单泊位接卸码头和三座16万立方米混凝土全容罐。一期工程计划于2012年建成投产，投产后每年可处理300万吨LNG。二期工程设计规模将达600万吨/年。

    2 智能视频分析技术的发展

    在安全防范领域中，周界报警是最基本、应用最广泛的安全防范技术之一。对于一个防范体系来说，周界报警系统是第一道防线，也是防范难度较大的防线。周界报警技术手段包括震动电缆／光纤、泄漏电缆、主动红外探测器、主动红外墙和脉冲电子围栏等。这些技术在一定程度上达到了防范的效果，但对应用环境有一定的要求，同时需要其他安防技术措施(如电视监控联动)配合使用才能基本满足需求。但电视监控存在的不足也是显而易见的，首先是无法在事件发生前预报、也不能在事件发生时及时报告并跟踪目标，只能在事后提供相关的图像；其次从防控效率来说，一般安防控制中心值班人员每天要面对数十个甚至上百个监视画面，对于画面中出现的所有异常行为或突发事件不能做到一个不漏地及时报告。

    众多研究表明，一个人同时观察两个监视器时，10 分钟内会错过45％的有用信息；22 分钟后会错过95％的有用信息，当人同时观察更多个显示器时，注意力更加分散。因此，人们需要一种不知疲倦的“智能眼”，以便能准确判断可疑目标和突发事件，并及时预报、报警和锁定目标，以提高中心值班人员的防控效率。

    智能视频分析周界报警系统与以往的周界报警技术最大的区别在于：以往的周界报警探测技术所获取的传感信号所携带的信息量很有限，使报警控制系统无从分辨这些经处理的报警信号是否真正有效，只能由人工去辨别。而智能视频分析技术依靠的是CCD传感器，该传感器提供的是携带大量信息的图像信号，智能视频分析就是从图像信号中提取所需的信息，根据应用场所的具体情况和用户需求，策划事件报告方案，制定相应的规则，使该周界报警系统达到理想的使用效果。

    智能视频分析技术的主要优势主要有以下几点：

    ①主动响应现场的侵犯行为，报警发出时间为毫秒级。

    ②当发现可疑目标或事件时，自动预警、报警、锁定和跟踪目标。这使保安人员对所发生的安防事件事先有充分的准备时间，事件发生时能迅速出击，锁定并始终掌握目标的踪迹，及时准确地处理安防事件。

    ③高效的数据检索和分析功能，能够快速在视频录像记录中查询到调查对象的图像信息，大大提高了工作效率。

    ④减轻安防管理人员的工作强度，缓解工作压力，提高工作效率。

    ⑤适应各种恶劣天气、光线条件。

    智能视频分析技术已经在中国大规模应用：青藏铁路全线1300路通道采用视频分析，对全线铁路进行入侵保护；北京地铁5号线，权限23个车站，重点区域采用丢炸弹探测及入侵探测；北京航空信息中心机房，采用入侵探测及防尾随；浦东机场、首都机场及已经多条在建铁路项目，均使用视频分析技术……

    根据浙江LNG现场操作者反应：由于位于港口边，偷窃事件时有发生，先期建成的码头，原先安装的用于监控的摄像头已经有几个被偷窃了。基于以上技术发展分析，浙江LNG终端设计采用智能视频监控系统，也是中海油终端第一次采用智能视频监控系统。

    3 系统设计介绍

    （1）系统设计整体要求

    智能视频监控系统是为了建立一套综合、统一、完善、信息化、集成度高的安防管理系统, 系统应能通过中央控制软件，将闭路监控系统、周界图像分析及周界报警系统集成到一个控制平台，为生产提供更稳定的保障,降低因安全事件而带来的各种影响，通过高科技技术手段对厂区围界进行保护，及时发现和制止非法闯入人员，借助声光报警、图像信号、电子地图，提示值班人员进行处理，自动跟踪锁定、自动生成事件报告记录。

    （2）系统架构
   
                  
                                   图1 智能视频监控系统的结构和接口

    浙江LNG终端采用Siemens的Vistascape解决方案，系统结构和接口如图1所示。整个智能视频监控系统由两部分组成，一是前端的图像信息采集及传输系统；二是后端的视频分析管理系统与显示系统。

    （3）前端设备的接入
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    固定侦测摄像机接入

    系统的固定侦测设备接入功能除了具有固定摄像机接入作用外，还具有对视频的智能分析功能。在侦测到摄像机可视范围内有移动物体时，系统中的固定探测设备接入功能会产生一个事件纪录，并把该纪录发送到传感器应用引擎做行为对比。该事件纪录包括物体的三维坐标，根据行为数据库判断而产生的目标物体类别，并记录目标物体的高度、宽度、速度和移动方向。

    本项目中的固定侦测摄像机采用低照度、自动日夜转换功能、黑白-彩色转换、质量可靠的PELCO摄像机。
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    联动摄像机接入

    系统的PTZ摄像机接入功能可以使系统接入来自PTZ（Pan/Tilt/Zoom）云台摄像机的视频图像，还具有对视频的智能分析功能，并使客户在显示设备上对云台摄像机进行旋转，俯仰，变焦和定焦等控制。该功能还能够根据设定自动切、换巡视摄像机视频，或由系统探测到报警信息自动触发。

    本项目中的联动摄像机采用PTZ控制功能、自动日夜转换功能、黑白-彩色转换、质量可靠的PELCO摄像机。

    （4）传输系统

    光传输系统具有以下优点：频带宽、通信容量大，抗电磁干扰， 无串音干扰、保密性好， 光纤线径细、重量轻、柔软，便于敷设。浙江LNG厂区骨干网传输系统采用光纤环形冗余以太网（HIPER-Ring），用以传输话音、仪表数据、视频信号和广播报警信号。核心交换机采用赫思曼(Hirschman)的模块化骨干网工业交换机。视频监控信号接入骨干网传输系统结构图如图2所示：
   
           
                    图2 视频监控信号接入骨干网传输系统结构图

    厂区的核心交换机位于码头控制室、海水控制室、行政楼和主控楼，以环形冗余以太网（HIPER-Ring）的形式组成厂区的光纤骨干网。厂区周界的两种类型的摄像机（固定侦测摄像机和联动摄像机）就近接入位于海水控制室、行政楼、主控楼的交换机。

    考虑到距离问题，在口岸监控室和货运门卫室分别放置了光端机，用以接入附近的摄像机，口岸监控室的光端机通过光纤接入码头控制室的交换机，而货运门卫室的光端机就近接入主控楼的交换机。

    目前整个厂区总共布置6台固定侦测摄像机和2台联动摄像机，后期可根据需要增加相应的固定侦测摄像机和联动摄像机。

    （5）显示系统

    大屏幕显示系统是整个显示系统的核心，具有多画面分割显示和大图像拼接显示的功能，配有专用的控制软件，负责控制DLP（Digital Light Procession）投影机的图像拼接、色彩和显示效果的调整，选择需要显示的信号和图像。该系统具有以下强大功能：全屏显示，高分辨率应用；多路Video信号显示；视频信号以窗口的形式在显示墙上任意位置放大、缩小、跨屏移动及全屏显示；每通道的视频图像可以任意切换显示；可以接入并显示各种网络和计算机信号；控制主机通过RS232连接拼接单元、RGB矩阵、视频矩阵等设备，所有控制功能都在控制主机上完成。
该项目在主控楼的中控室配置59”的DLP大屏。

    （6）VistaScape处理软件

    在视频智能分析软件的市场需求急剧增长的刺激下，国外提供视频智能分析软件产品的厂商已经有许多：Siemens、Verint、Vidient、Westec、Interactive、Visual Defence、Nextiva、NiceVision、ioimage、TASC、MATE、Ov、Dallmeier、Ivbox、Viseowave等，他们都能提供视频智能分析产品。国内的众多企业也开始了对智能视频分析软件的尝试。

    经过对各厂商的比选，浙江LNG终端采用Siemens的Vistascape解决方案，Vistascape软件是浙江LNG终端视频监控系统的核心软件，费用也比较昂贵。该软件具有以下基本功能：
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    在三维电子地图设置虚拟围界。可以在电子地图上设置虚拟的现场屏障，当出现任何非法活动时，系统能够自动发出警报。并在GIS电子地图以及3D模拟界面上精确显示报警的位置，在事件管理界面自动产生报警信息以及弹出相应反应预案提示操作员，同时也在视频管理界面显示并预置位现场摄像机图像、显示入侵者的行进轨迹、同时录像以备检阅、联动并控制相应辅助设备等。
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    能设置各前端设备的参数，同时联动相对应的摄像机，将图像显示在指定的监视器上，同时记录相应的报警图像信息，每个报警事件至少具有30秒的录像。
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   能够提供自动和手动修危险/报警等级功能，可以任意设置多达99个设施整体安防等级；
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    使用智能视频动态分析技术，系统必须24小时全天侯可靠工作，能够有效排除雨、雪、雾及自然杂草的干扰；
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    可自动识别捕捉到的目标物，能够有效排除小动物、空中飞行杂物的干扰，基于10个像素便可以判断目标物大小，速度和方向，并区分为人、车、大船、小船、鸟等类型，对于不明物体以问号显示其类型； 
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    自动为每个监视目标物分配一个唯一的ID号，每个探测区域可分配50个ID，管理员可根据ID号查询该目标物的运行轨迹，以及当前所处位置；
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    可显示目标物的实时运行轨迹，可以随时报告出目标物的类型、尺寸、进入区域时间、地点、移动的速度等信息；
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    可自动追踪目标，在监控范围内自动切换各摄像机并保持画面不间断；在PTZ摄像机监控范围内，自动追踪监控目标而不需要人手操作即可实现。
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    提供图像稳定功能，能够有效防止画面抖动带来的影响，图像提供对水面反射、旗帜摆动、树木摇摆等环境影响的过滤器；
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    设置的虚拟防区中安防策略可根据目标物的类型、尺寸大小、移动方向、移动速度等条件触发报警；
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    集成PTZ摄像机，能够监控所有周界区域，满足全方位多角度监控需要，具有快速变焦、云台旋转、俯仰能力功能，便于中控操作。

    4 结论

    智能视频监控系统具有应用范围广、对现场的适应性强、防范措施灵活、误报极少、适应各种气候条件，以及报警迅速、准确并牢牢锁定目标等优点。

    目前，该技术主要存在的问题是成本较高，因此，它仅在重大项目上有所运用。但随着SONY、Siemens以及国内的专业产品商的介入，其势必将打破目前的垄断局面，成本会有所下降，应用领域将不断扩大。

    浙江LNG终端项目是中海油第一个采用智能视频监控系统的项目，该项目按计划将在2012年底建成投产，该系统的实际使用情况对今后终端的建设具有参考价值。

    参考文献：

    [1] 陈育智．智能视频分析技术在周界报警系统中的应用[J].自动化仪表．2009，30（11）：14-18.

    [2] 宋松．大连大窑湾保税港区周界防范及视频监控系统实施方案[J]．智能建筑与城市信息. 2008,144 (11)：84-87.

    作者简介： 蒋徐标 (1979- )，男 ，工程师，硕士，主要从事海洋石油仪控、通信系统设计工作。

    摘自《自动化博览》2011年第六期