校园视频监控系统评价指标体系研究

管名豪

（江苏城乡建设职业学院，江苏 常州 213147）

一、研究背景与意义

近年来发生了许多校园安全事件，例如：2017年11月7日，秦皇岛市一学校百名学生生活费被盗，涉及金额3万多元。2018年10月26日，重庆一幼儿园门口发生砍人事件，造成14名学生受伤。触目惊心的校园安全事件背后，除了对犯罪分子的谴责，相关职能部门还需要调查取证、还原事件经过，分析事件发生原因。因此，校园视频监控系统在运行过程中有没有发挥作用、发挥了多少作用成为了“事后取证”的关键。

而目前对于校园视频监控系统的防范能力评价，主要是基于一线技术人员的经验，去判断系统是否存在故障点、系统是否还有缺陷，较为主观。且不能以系统中所有关键技术、设备为视角进行科学量化评估。并且，由于校园视频监控系统由多种设备构成，任何一个设备出现故障都将会给整个系统带来风险。而由于每个设备的重要程度不一样，在系统中所起的作用也不一样，带给整个系统的风险大小也将不一样。因此，构建科学合理的校园视频监控系统评价指标体系，是准确评价校园视频监控系统防范能力的基础，是保障校园安全、师生安全的前提。

二、校园视频监控系统

校园视频监控系统主要负责对校园内重要场所、公共区域等部位进行视频实时监视和24小时的图像记录，且保存时间应当符合有关规定。视频监控系统起到的主要作用是：实时监视、事后取证[1]。

视频监控系统既自为一体进行安全防范工作，又可以根据需要与其他安防系统进行联动。例如：当入侵报警系统被触发时，相关区域摄像机进行定位、追踪、录像；当校园周界的视频监控发现有非法入侵后，出入口控制系统立即在相关区域执行关闭动作，防止犯罪人员突破校园外围防线后便再无技术防范措施。视频监控系统与其他安防系统协同工作，从技术层面“杜绝漏报，减少误报”，保障校园安全。

目前，国内校园视频监控系统主要有：前端部分、传输部分、控制部分、记录和显示部分[2]，如下图1所示。

图1 校园视频监控系统的结构

三、校园视频监控系统评价指标体系

（一）校园视频监控系统的主要功能

根据《安全防范工程技术规范GB50348》中关于视频监控系统检验项目和要求，以及《视频安防监控系统技术要求 GA/T367》可知，系统主要的功能包括：遥控设备、监视与显示、记录与回放、视频检测与报警，如图2所示。

图2 校园视频监控系统的结构

如果直接对这些功能进行评价，即使是专门从事安防工作的人员也只能定性地分析，分析结果也较为主观且没有说服力。需要对这些功能的表征进一步研究，寻求可以量化的性能指标用以准确地表征各功能的特性，同时这些性能指标也便于数学化地研究校园视频监控系统防范能力。

（二）校园视频监控系统性能指标的确定

1.遥控设备功能的性能指标

遥控功能是指系统对前端设备的控制能准确且平稳。在实际的视频监控系统中，前端受控部件主要是指云台和球形一体化摄像机[3]。摄像机通过加装云台，可以扩大监控范围，而球形一体化摄像机本身自带云台。对于以上两种设备，遥控功能主要包括了云台回转范围、旋转速度、承重3个性能指标。

云台回转范围包括水平方向和垂直方向2个旋转角度。云台水平方向可旋转360°，垂直方向可旋转180°。云台的旋转速度反映了其从任一位置转移到指定位置所需时间，一般的水平旋转速度为10o/s，垂直速度为4o/s。

利用云台回转范围率RRO、云台旋转速率比RVE可以很好地反映出系统中云台的旋转性能：

两个比值结果越接近1表明云台的旋转性能越好。

而对于云台的承重，可以利用承重率RBE来反映其承载性能：

同样，当RBE≤1表明云台未超重，云台平稳。

2.监视与显示功能的性能指标

监视功能要求监视的区域合理，区域照度符合设计要求，对要害部位进行无盲区的实时监测。监控功能包含了两个指标：监视面积率、最低照度。

监视面积率是指定区域内所有摄像机的无重叠监视面积总和与指定区域总面积的比值，用监视面积率可以很直观地反应摄像机对指定区域有效监控范围。具体公式如下：

当RS≥1时，表示摄像机监视无盲区，否则表示有监控死角存在。

摄像机的最低照度（也称灵敏度），是摄像机内部器件CCD对光的敏感程度。通常用最低环境照度要求来表明摄像机灵敏度，摄像机所在环境的最低照度与该种摄像机的最低正常工作所需照度比值，可以反映该摄像机的环境照度性能，公式如下：

当RIL≥1时表示摄像机最低照度符合要求，否则表示摄像机不能全天候监控。

显示功能要求图像清晰稳定地显示，这就要求摄像机的图像分辨率、信噪比等性能良好。

图像分辨率指在视频采集、传输、回放过程中的图像质量，单位是像素点数，由水平像素×垂直像素表示。如果对记录图像质量要求不高，CIF（Common Intermediate Format，352×288）格式基本可以满足监控要求，CIF存储量在60MB/h左右。但在一些重要场合，则需要高清晰度的D1（704×480）格式图像，D1格式存储量在300MB/h左右[5]。根据摄像机的实际分辨率与D1格式的比值，可以反映图像分辨率性能状态：

当RRE≥1表示图像清晰度高，否则表示图像细节可能会不清楚。

图像信噪比与清晰度指标一样，也是反映图像质量高低的重要指标。信号的最大保真度输出与不可避免的电平噪声的比率即为信噪比，通常以dB计算，比率越大越好。典型值为46dB；若为50dB，则图像质量良好，但图像仍有少量噪声；如果达到60dB，则图像质量非常好，不出现噪声[6]。根据摄像机实际信噪比与信噪比性能优良的60dB的比值，可以反映摄像机信噪比性能状况，公式如下：

当RSNR≥1表示图像质量优良，没有噪声，否则图像可能存在噪声。

3.记录与回放功能的性能指标

记录功能要求图像连续稳定，这就需要用于存储录像、图片的硬盘容量足够大，从而便于调用复看已经过去一段时间的录像。根据《江苏省高等学校安全管理规定》，视频监控系统应采用数字硬盘录像机等作为图像记录设备，24小时进行图像记录，保存时间应当不少于30天[7]。这里，可以用录像实际保存天数与要求的最低保存天数的比值来衡量记录功能的性能，公式如下：

当RSA≥1表示记录内容保存时间符合规定要求，可以保存至少30天，否则表示记录内容不能保存30天。

摄像机将现场的画面拍摄后，经过系统传输，最终显示在监视器上。而存储在硬盘中的视频数据，需要调用复看时，也将显示在监视器上。此时，监视器性能的优劣将直接影响监视、回放的功能。对于监视器来说，目前主要采用CRT、LCD等屏幕。尽管LCD屏幕是属于较新的屏幕显示方式，具有省电、轻薄的优点，但是它仍然无法取代传统的CRT监视器。因为LCD本身不发光，如果装于室外，便无法辨识；另外，LCD存在视角问题，观看角度一旦偏斜，就会看不清楚。所以，对于视频监控系统的回放功能，主要还是针对CRT的性能指标进行研究。其主要包括了通频带、分辨率、灰度等级3个指标。

通频带（也称为通带宽度），这项指标反映了监视器重现图像的质量。频带宽度越宽，图像细节越清楚，高清晰度监视器频响在10MHz以上。分辨率也是反映监视器重现图像能力的指标，分辨率以行数表示。通常工程业务级别不低于600行，高清监视器超过800行。灰度等级是测量显示器亮度和暗度的技术指标，最高为9级，一般要求不小于8级[8]。

这里采用通带宽度比RTB、分辨率比RMR、灰度比RGL作为衡量回放功能的性能指标：

当RTB≥1、RMR≥1且RGL＝1表示监视器显示性能良好，三个指标任一不满足则会影响监视、回放图像质量。

4.视频检测与报警功能的性能指标

视频检测与报警功能包括了：视频动态检测、遮挡检测、丢失检测及相关报警联动功能。当发生异常情况时，视频监控系统能准确地、快速地做出响应，联动其他设备或者发出报警信号。这包括了两个性能指标：准确报警率RAR、响应平均时间差率RART。准确报警率可以进过多次重复测试得到，响应平均时间差率则可以由多次重复测试的响应平均时间TAR得到：

若RAR=1表示能准确进行报警，RAR＜1表示存在漏报警现象，RAR＞1表示存在误报警现象；若0≤RART＜1表示系统能及时进行报警，且当RART的值越接近1时表示响应时间越短，当RART的值为负数时表示实际响应时间已经超过规定响应时间。

（三）校园安防系统防范能力评估指标体系的建立

通过以上研究可以得出：在进行校园视频监控系统防范能力评价时，系统的防范能力功能共4项，4项功能所涉及性能指标共13个，具体如图3所示。

本校园视频监控系统评价指标体系的特点是：

1.指标体系的层次明确，指标有实际意义。指标体系是根据相关技术规范，综合考虑了系统的结构、主要设备建立起来的，层次清晰，且功能层、指标层所对应的实际设备明确，指标可进行数值测量。

2.性能指标较多，且具有不可共度性。可以量化的13个指标由于涉及实际设备，各性能的计量单位不同，因此本文对各性能指标进行了归一化处理。但有些指标值越大越好，有些指标值越小越好，有些指标值稳定在某个固定值或某个区间为最佳，因此指标间具有不可共度性。另外，对于某一项具体的功能，有些只有两个性能指标，有些有三个指标，显然，这些指标对于它们所属功能的重要程度也是不一样的。

图3 校园视频监控系统评价指标体系

四、结语

本研究建立了可以量化的校园视频监控系统评价指标体系，为进行系统评价做好了准备。后续需要采用科学合理的评价方法即能对校园视频监控系统进行数学化、客观的评价。