展望安全防范新技术

文｜陕西省安防协会专家委员会 陈嘉伟

1 引言

安全防范产业何以能成为当今的朝阳产业？从国际环境看，“9·11”事件、伦敦地铁爆炸案的发生拉响了安全防范的警报；从国内环境看，随着人均GDP的提高、人们生活水平的提高，我国进入了发案率上升的时期。古人云：安居才能乐业。严峻的安全形势及人们对安全的关注与需求，正是安防行业发展的原动力。平安城市、平安中国的建设大大促进了安防行业的发展，几千亿元的大市场吸引着千军万马奔安防，也改变了人防、物防、技防三手段的排序——“技防”已被放在了首位。近几年来安防新技术、新产品的运用，大大提高了破案率和安防系统的威慑力。尤其是高清晰生物识别技术、视频报警技术、视频智能分析技术、智慧技术、数字技术、网络技术的应用，大大提升了安防系统的高科技含量；事前预防技术的发展使安防系统只能用于事后处理的被动局面大为改观。

2 安防技术的新发展

传统的视频监控、报警等安全防范技术已经比较成熟，且占据安防市场主流。但其技术水平较低，误报率较高，被突破的几率也较高，定位功能较原始，无法满足高风险单位的防护要求。国家重要文物单位、金融要害地，以及军事、内保重要地如果仅依赖于这些技术，即使实施多层次的立体防护，也仍然难以获得满意的防护效果。这种情况成为了推动视频监控、报警等安全防范技术进步的动力。

2.1 报警技术

主、被动红外和微波、振动、张力、压力、电子、声学等原理的报警技术（均基于模拟信号）日趋完善，但仍未能彻底解决因环境变化、外界扰动而致误报的问题。振动光缆技术近几年有了长足的发展；因具有耐季候变化、信号传输距离远、支持报警信号传输和光缆通信的合一、不产生电磁辐射，以及不受电磁干扰、雷电、雨、雪影响等优点，非常适合应用于高风险单位。数字对射技术的出现更是技术上的一大飞越：数字对射的发射端对探测到的报警信号进行数字化处理，而后打包发射，接收端只接收发射端的数字包，从而排除了大量的外界干扰信号，提高了报警的可靠性，降低了误报率。视频分析报警也是最近几年报警技术新的发展成果。总而言之，报警技术的发展方向是向高可靠、多技术途径、数字化迈进，走向网络化、智能化；报警产业下一步的发展方向应是在数字化基础上充分利用网络实现大范围的低误报、高可靠报警覆盖。报警的智能化大有可为，针对智能化报警还应加大研发力度。

2.2 出入口控制技术

生物识别技术和智能视频分析技术在出入口控制系统中有较广泛的运用。这些技术针对各类出入口，按通行对象所属种类及准入级别，对其进、出实施控制、管理和事件报警，效果较好。指纹、掌形、虹膜等识别技术正在迅速发展。人脸识别技术已运用于工程，但目前还不能运用于人员聚集的场所，尤其是大型广场。兼顾安保、考勤、消费的智能卡已广泛实现了一卡通。尤其值得一提的是，通过使用高清图像，上述技术还可获得更好的效果。此外，无线射频识别（RFID）技术也正广泛运用于出入口控制。

2.3 视频监控

在目前的安防系统中，视频监控的发展最为迅猛，可以用突飞猛进来形容。其发展主要集中在高还原性、宽视角，以及数字化、网络化、智能化、大系统、大安防、大平台等几个方向上。

2.3.1 高还原性

还原现场是视频监控永恒的课题。视频监控在高还原性方面的发展主要表现在高清和模糊图像还原上。

（1）高清视频监控

目前各种摄像机所具有的功能，如高分辨率、低照度、宽动态、大信噪比、自动增益、白平衡、降噪、去抖动、图像均衡、Gamma校正、背光补偿、日夜转换、强光抑制、夜间补光等，都是为实现较好的现场还原这一目的服务的。

过去视频图像能达到标准清晰度（4CIF或D1）就很不错了。但4CIF的分辨率仅为704×576，D1也只有 720×576，而高清的清晰度则成倍甚至成几倍地提高了——720p的 分 辨 率 为 1280×720，1080p为1920×1080。标清的像素数为40万（4CIF），高清已达100万、200万，甚至上千万了。

（2）模糊图像还原

在某些应用领域中，当视频源不清晰，甚至十分模糊时，需要还原其本来面貌——采用影像降质诊断算法、高质量任意模糊去除算法、监控问题处理方法推荐机制、模式化场景处理综合方法、参数交叉遍历交互模式、渐进式自动配准流程等技术实现模糊图像还原。我国已布局的视频监控系统大部分没有解决夜间照明问题，所获得的夜间监控图像十分模糊，甚至难分辨，而夜间是发案率极高的时段；因此模糊图像还原具有较大的现实意义。此外，在某些情况下，模糊图像的还原还具有极高的刑侦及军事价值。

2.3.2 宽视角

普通摄像机的视角一般为几十度，广角摄像机的视角也达不到180°，用2～4个摄像机组成的一体化宽视角摄像机（即鱼眼摄像机）则能轻松地获得180°，甚至是360°的视角。

2.3.3 数字化、网络化、智能化

数字化是视频监控技术突飞猛进发展的基础。20世纪90年代以前，在模拟体制下无法实现远距离操控、系统规模不能任意扩充、难以实现大规模长时间的图像储存……随着视频监控技术数字化、网络化发展的兴起，随着数字视频监控图像损伤及延时两大弱点的逐渐克服，视频监控有了更广泛的应用——

（1）视频报警

早期的视频报警只能做到将画面的某个部位设为禁区，一旦有人进入禁区即报警而已。目前视频报警的功能和运用已得到了很大的扩展：

◆ 入侵检测报警（翻越报警），与红外对射报警相当，可以展现报警现场，可以做到多目标报警、多目标跟踪及跟踪交接；

◆ 非法停车检测报警，即当车辆停入禁停区域时报警；

◆ 徘徊检测报警，即当有人非法闯入禁区且徘徊不定时报警并实现PTZ自动跟踪；

◆ 遗弃物检测报警，即当有人故意将物体遗弃在公共场合或设定区域时报警；

◆ 物品搬移检测报警，即在原视场内的物体被搬移（丢失）时报警；

◆ 自动PTZ跟踪，即当目标车辆出现在摄像机视场后对其进行自动PTZ跟踪；目前在跟踪交接功能上尚不理想；

◆ 游泳池溺水检测报警，即利用水下、水上摄像机覆盖游泳池水面、水下全景，当发现泳者沉于池底或在水中挣扎的现象时进行报警；

◆人数统计，应用于场馆、景区、公共场所等区域，支持进入、离开等方向性统计，可在人数达到一定界限时报警，提示监控中心关注现场状况；

◆ 人员聚集检测，即监测特定或敏感区域（如广场、政府部门门口等）内的人员数量，当人群密度超过用户设定值时报警，减少由于人员聚集引发的不安定事件的发生；

◆ 行为异常检测，即针对案件高发区域，在特定时段检测暴力扭打、斗殴等激烈行为，提醒监控中心人员关注、处理；

◆ 行为异常分析，对目标场景内人群的剧烈运动（如扭打）等检测、报警。

视频报警的应用越来越多，且均基于视频监控，即根据监控画面的变化，运用特定的软件模块进行分析判断，然后发出报警信号，并对报警现场进行跟踪。视频报警对报警与警情现场的展现能够为处警者的正确决策、迅速处警提供充分的依据，具有利用其他物理原理实现的报警手段所不及的优势。此外，视频监控报警还提高了报警准确度，以及事件处理速度与事后检索效率。

（2）视频智能分析

上述视频报警本身就是基于视频智能分析实现的，当然更复杂的视频智能分析应用还有待开发。

智能视频分析有两种模式：前端DSP嵌入式以及后台服务器处理式（如图1所示）。前端点式工作的系统架构不够灵活；在大规模、大系统、大范围布局要求的推动下，基于后台PC处理的智能视频分析模式有了较快发展。

通过应用智能视频分析能够真正实现7×24小时全天候监控——监控系统能自动进行视频智能监控；值班人员只需对告警图像进行确认和处理，无需时时紧盯多个监控屏幕，监控效率能得到大幅提高。智能视觉摄像机可以在远距离、光线不足、低对比度、环境伪装等的挑战下识别人眼无法分辨的细微变化，从而发现入侵行为；能自动报警，并可自动跟踪、跟踪交接、形成联防；更可贵的是能支撑预防、预警，推动人防、技防的结合，改变以往只能在事件发生后分析查证的被动局面。视频智能分析的技术原理目前有两种：基于背景建模技术以及基于光流变化的异常事件检测分析。

图1 服务器处理式智能视频分析原理图

通过应用视频智能分析还可实现视频侦查智能搜索、快速定位。目前为了取证一段录像，需连续不断地调阅历史录像，造成大量人力、物力的浪费。而从海量存储中迅速准确地找到用户感兴趣的片段这个棘手问题，正是可以利用视频智能分析来解决的，比如在DVR中填入IP地址、用户名、密码、端口号、设备类型、通道号、文件类型、开始时间、结束时间，使得用户通过简单的操作即可从DVR中找到所需的图像（人脸、车牌）等。

应用视频智能分析还能实现视频质量诊断，实现视频系统的智能化故障分析与预警，对视频图像的雪花、滚屏、模糊、偏色、画面冻结、增益失衡、云台失控、视频信号丢失等多种摄像头故障、视频信号干扰、视频质量下降进行准确的判断和报警。监控系统按照诊断预案自动对摄像头进行检测，并记录检测结果。用户可通过Web网页对系统运行情况进行监控，接收、处理报警，查询历史信息，系统可根据摄像头所在区域、品牌、故障类型、故障严重程度等不同属性进行统计分析。

图2为视频质量诊断系统结构图。

人脸识别技术是最典型、最需要开发的视频智能分析技术，涉及人脸图像采集、人脸定位、人脸识别预处理、身份确认以及身份查找等一系列相关技术。

目前人脸识别技术有三种模式，分别基于可见光、近红外与三维人脸技术。基于红外光和三维识别技术的人脸识别都需要专门的采集条件支持；因此对于大规模应用而言，理想的人脸识别方式是采用基于可见光的人脸识别技术。

人脸识别之所以被普遍看好且已在不同领域（如追逃、重点部位门禁、取款机等）得到应用，主要是因为其自然性和不为被测个体察觉的特点。目前人脸识别抓拍率可达95%左右；在人脸部位区域分辨率不低于120×120个像素（比较好的系统支持分辨率的下限可降至80×80个像素）的前提下，人脸建模成功率在65%左右；经对比识别后，人脸识别的成功率能达到60%左右（但并非所有系统都能达到这个水平）。要满足抓拍建模等的需要，应选用高清摄像机。

图2 视频质量诊断系统结构图

此外，利用行为分析方法对出现异常行为的人进行跟踪分析的产品也正走上市场。

笔者认为，就当前的技术水平而言，智能视频监控、视频智能分析只是所属领域初步的研发成果，尚有较多的不尽实用之处。对于“大厅广众”、人员集聚的场合来说，采用人脸识别的方法找出嫌疑人是困难的。而从技术角度讲，视频分析的效果也受限于系统核心组件的运算、交换、对比能力。但总地来说，视频识别、视频智能分析、视频报警、视频报警后的自动跟踪和跟踪交接等开辟了智能视频的新领域，让智能安防初现端倪。

（3）其他应用

视频监控不仅可以运用于公共安全领域，也广泛运用于行业管理、生产管理、企业管理、无人值守场地管理、公共场所（如超市、广场、网吧、宾馆、娱乐场所、洗浴中心等）的管理；更可走向家庭管理，运用于考场、幼儿园，让家长们能够通过互联网随时查看孩子的一举一动。

数字化后的必然趋势是网络化。数字化是前提，网络化是基础（运用基础）。唯有实现网络化，才能真正实现资源共享，才能利用网络的优势，实现大范围联网，实现远程监控，实现一点对多点、多点对一点，实现大并发码流。基于IP网络，可以在运用层上实现多机互联、互通、互控，方便扩容。

2.4 安全防范系统的整体结构

安全防范系统的整体结构正经历着质的改变，非常明显的表现是：视频监控系统从模拟结构走向数模（模数）结合结构，乃至全数字式结构；其他安防子系统也正发生着同样的变化；数字视频更促进了网络视频（IP视频）的发展。图3所示的是一个原理性的全数字安防系统。从图中可见，音频、视频及报警信息都汇聚于数字化的控制管理中心。由于数字化和网络化的发展，大型安全防范系统迅速崛起，各地平安城市的建设更催化了安防技术及大型安防系统的发展，不同产品、多系统的互联、互通、互控已成为大型联网系统的基本要求。图4为平安城市高清视频监控系统拓扑结构图。

2.5 通信方式

在建筑物内，有线通信占了主导地位；而旷野、江河、空中以及车、船、飞机中的视频监控乃至安全防范的信息传输靠的则是无线通信。我国工业和信息化部的《关于固定无线视频传输系统使用频率的通知》（[2008]332号）及《关于专用移动无线视频传输系统使用频率的通知》（[2008]333号）规定了无线视频传输的相应频点。

图3 数字视频监控系统原理图

此外， RFID技术也已经广泛应用于安防（主要是出入口控制）、生产、物流、资产管理、交通等领域，在安防领域中的应用保持着快速增长的势头。RFID是一种自动识别技术，其原理是以无线射频方式进行非接触双向数据通信，从而对目标加以识别。

2.6 传输、信息处理/控制、管理、显示/记录

在数字化、网络化发展的推动下，视频监控的传输介质铜退光进的趋势十分明显。远距离传输光缆已显示出其优越性，网线也加入到了传输介质之中。EPON技术的运用使一根光缆可以同时接纳上百个前端。数字信息的处理比模拟信息的处理更方便、更快捷，可以实现一点对多点、多点对一点（模拟体制下只能点对点）的互联、互通、互控，可以支持大并发码流。控制方式从第一代的RS232串口通信、第二代的RS485总线，发展到了现在的现场总线、CAN总线和LonWorks总线，使得监控系统的管理更方便、功能更强大了，存储IP化了。IP-SAN的出现改变了存储系统因依附于服务器而存在扩展能力差（服务器内置硬盘的存储方式受空间和接口数量的限制基本上不具备扩展能力；要增加存储空间，必须更新或增加服务器）、空间利用率低（存储资源内置的方式严重制约了存储系统的服务器存储空间共享的能力，即使单台服务器有多余的存储空间也很难提供给其他服务器直接使用）、数据安全性差（重要的数据缺乏可靠的备份和恢复措施，不能应对磁盘故障和人为操作失误、病毒侵袭、黑客攻击等软灾难）等弱点的状况。IP-SAN在防基础设备灾难（机房电力故障、磁盘阵列故障等）、防软灾难（人为操作失误、系统软件Bug、病毒侵袭、黑客攻击等）、提供多层次快速可靠的恢复手段方面更可靠，容量更大，并且附带并发功能。云存储、云计算更优于IP-SAN，但云存储也带来了突出的网络安全问题。

图4 平安城市高清视频监控系统拓扑结构图

显示系统的新发展则表现在清晰度更高、亮度更高、寿命更长、无缝拼接更成熟等方面。

2.7 物联网接入

无论从物联网——物物相联的网络的直观定义，还是从物联网三大组成部分的结构及功能上看，安全防范系统都是物联网的组成部分。小到一栋建筑物、一个小区，大到一个地区、一个市、一个省，乃至全国范围，安全防范系统均在物联网中。全国各大、中、小城市都在进行平安城市建设，各市、各省、全国的大联网正在铺开。安全防范系统前端的摄像机、报警器就相当于物联网的视频传感器、数字传感器、音频传感器等。有区别的是安防大联网的标准、规范已经具备，而物联网的标准、规范正在起步，或正在酝酿之中。安防联网系统的标准和规范与物联网的标准尚有接口关系需要探讨，传输协议、传输格式需要研究。所谓的安防联网系统，其实就是物联网的边缘网络；要将其接入到物联网的主干网中去，还需进行地址变换。而目前互联网使用的32bit地址码仅有40亿个，已面临枯竭，不少系统和产品已采用或支持IPv6协议；该协议的地址码为128bit，地址空间是32bit的IPv4的296倍，但目前还存在可扩展性问题、安全问题，以及可控、可管问题。当下全世界都在探索未来网络，期待着能理想承载物联网骨干网络的未来网络的诞生。相信安防行业的发展不久就会迎来智慧安防的新局面。

图5 四级安防集成管理平台的逻辑结构图

2.8 集成管理平台

集成管理平台是城市监控报警联网系统的核心系统软件。就功能而言，它应能对联网系统内的视频、音频、报警等各种信息资源进行集成及处理，对联网系统的设备、用户、安全、业务等进行综合管理。目前各厂家正在各显其能地大力开发自己的集成管理平台，而从管理平台的设备配置、软件模块种类、应具有的强大兼容性和多种接口来看，有几个品牌的管理平台已在省、市、区（县）、派出所等各级平台建设上树立了样板。图5为四级管理平台的逻辑结构图。

3 结束语

综上所述，无论是视频监控技术还是其他安防子系统的技术，其发展趋势均以数字化为前提，以网络运用为基础，以智能化、智慧化为方向。在这种趋势下，信息采集、传输、信息处理/控制、管理、显示/记录等方面的新技术如雨后春笋般不断涌现；而这些新技术不断转化为产品并运用于实际工程，不仅改变了三大基本防范手段的排序，彰显了技术防范的重要作用，而且正在改变着安防“事件”事后处理的固有模式。

应当指出的是，如果将信息采集—分析判断—形成决策指令—执行决策指令这一真正“智能”的循环过程作为衡量标准，当今的视频监控及其他安防子系统距离真正实现“智能化”仍各有一定的差距，只能说在某些局部、某些环节有了“智能”的表现。让我们共同期待真正能投入实用，且满足实际要求的智能化产品的问世，期待智慧化产品的出现，期待中国安防行业不断掌握安防技术和安防产品的核心技术，如DSP芯片的开发等，让中国安防技术走上更高层次。

1 GB 50348-2004 安全防范工程技术规范

2 GA/T 669.1-2008 城市监控报警联网系统技术标准第1部分：通用技术要求

3 GA/T 669.4-2008 城市监控报警联网系统技术标准第4部分：视音频编、解码技术要求

4 GA/T 669.5-2008 城市监控报警联网系统技术标准第5部分：信息传输、交换、控制技术要求

5 GA/T 669.6-2008 城市监控报警联网系统技术标准第6部分：视音频显示、存储、播放技术要求

6 GA/T 669.7-2008 城市监控报警联网系统技术标准第7部分：管理平台技术要求

7 GA/T 669.8-2008 城市监控报警联网系统技术标准第8部分：传输网络技术要求

8 GA/T 669.10-2008 城市监控报警联网系统技术标准第10部分：无线视音频监控系统技术要求