用于校园开放体育设施的智能服务管控平台研究

王 瑛

[同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司,上海 200092]

0 引 言

学校体育设施向社会开放工作在我国已经开展多年,广大健身锻炼活动的人员因此获益良多。但是对学校而言,开放各类室内外体育设施后,随之而来的校园安防工作、清洁工作以及管理工作额外增加。本文讨论了在现有学校安防管理系统基础上,对部分系统升级改造的可行性,并且在政府政务云的框架下,提出建立统一的校园开放体育设施的智能服务管控平台,用较少的管理人员实现校园安全以及锻炼者安全可控,体育设施服务优化。

1 学校设施安防管理系统规范基础

国家及各地方政府均针对学校建筑安防系统出台过国家及地方规范。本文以2019年上海市技防办的最新要求作为主要参照的地方规范。现行规范中校园安防设置要求以及联网要求的相关条例如表1所示,列举了GB/T 29315—2012《中小学、幼儿园安全技术防范系统要求》、《中小学学校(幼儿园)安全防范建设标准》以及DB31/T 329.6—2019《重点单位重要部位安全技术防范系统要求 第6部分:中小学、幼儿园、托育机构》中校园安防设置室外部分以及联网要求的相关条例[1-3]。

表1 现行规范中校园安防设置要求以及联网要求的相关条例

根据我国建筑设计规范,中小学校建筑通常是以封闭建筑的形式设计的,因此校园的周界设置都是以外围墙为界限。很多学校为了方便管理开放的体育锻炼区域,仅依靠设置栅栏封闭区域管理。这种周界设置方法并不能满足开放校园设施后的学校安防需求,需要采用更灵活的安防区域控制以及智能管理手段。校园管理周界的变化如图1所示,由固定边界转换为灵活边界。将第一道周界与第二道周界间区域定义为体育设施相关区域,如何利用安防措施更好实现两道周界间区域的安防管理是论述的重点。

2 体育设施相关区域安防管理措施

图1中,在重新定义校园安防周界后,可以根据现有的安防技术对校园安防进行模块化管理。体育设施相关区域安防管理措施如图2所示。

图1 校园管理周界的变化

图2 体育设施相关区域安防管理措施

2.1 出入口管理系统

近几年人脸识别技术飞速发展,广泛应用在安防领域,以上海市为例,进入学校必须进行人脸信息采集、身份认证,相关人脸信息与公安大数据平台联网。因此,人脸识别对于学校体育设施开放而言是基于已有安防设施进一步利用。采用人脸识别技术对出入口进行管控有如下优点:

(1)人脸识别一步完成体温探测、访客登记以及人流统计。可以对进出校园人员进行精确管控,减少闭园时安保收尾工作。

(2)实名身份认证,方便校园及时预警有犯罪记录人员进入校园的情况,可联动附近公安人员采取相应的措施。

(3)可设置积分管理体系对锻炼人员行为进行规范。积分数据可纳入个人征信平台。

2.2 停车管理系统

停车管理系统基于学校已有安防系统,仅需要开放体育设施开放时段的车位预约功能即可满足使用需求。以上海市为例,停车管理系统数据接入“市级公共停车信息平台”,实现停车预约、停车导航功能。

2.3 紧急报警系统

“使用人员多,管理人员少”是学校体育设施开放的一大痛点,学校内通常使用的紧急报警按钮不能满足这项使用需求,取而代之的是在学校主要道路以及体育场地安装若干个“一键求助可视对讲设备”。使用此套系统既可以帮助管理人员远程完成部分业务咨询任务,也可以帮助锻炼者在需要帮助时及时联系管理人员。此系统广播功能能自动提醒使用者使用时限(如室外网球场);配合视频识别系统及时规范锻炼人员不文明行为等[4]。

学校用一键求助可视对讲设备如图3所示。

图3 学校用一键求助可视对讲设备

“一键求助可视对讲系统”作为一套可独立使用的设备,系统成熟,造价不高,布线逻辑简单,非常适合应用在学校体育设施智能化管理之中。作为紧急报警手段,采用可视化的呼叫终端替代普通的紧急报警按钮更符合学校安防系统“及时告警,快速反应”的需求。

2.4 智能视频监控系统

根据现行校园安防规范,监控设备在校园内的覆盖率基本能满足监控的需求,但是视频监控更多的还是应用于事件的事后回溯,或者根据其他安防设备的报警信号联动相关区域的监控探头。尽管智能视频分析已被广泛应用于很多方面,如交通管理、建筑工地管控,但很少规模化应用于教育建筑,究其原因,中小学、幼儿园设施均由政府投资,作为一个封闭管理单位,教学时间内管理人员较为充裕,实现监控视频流大规模实时智能分析所需软、硬件成本较高,但实际获得的管理收益较低。校园体育设施开放后,学校内流动人员不再固定,而开放的时段恰恰是学校内管理人员最少的时候,急需人工智能辅助管理,在开放区域进行行为识别分析刻不容缓。使用智能视频监控系统可以实现实时视频巡更而非传统的利用巡更棒巡更,有效减轻人员负荷。配合警戒线功能,可以随时根据需求划分警戒区域,对图1中的第二道周界进行管控,实现智能周界管理。

开放体育设施区域智能视频分析系统行为识别分析内容如图4所示。

图4 开放体育设施区域智能视频分析系统行为识别分析内容

所有进入校园的人员在进入校园时已进行人脸识别,在系统中登记了身份,因此行为识别分析中的人脸识别更多的是应用于发生其他事件时人员身份信息匹配。

智能视频分析系统根据分析设备的设置位置可以分为近端、远端及云端。近端分析采用内嵌智能算法的专业摄像机或者就近安装在摄像机附近的专业开发工控机内。远端分析通常是将视频流集中推送到学校消防安保控制中心,利用边缘计算技术进行视频分析。云端分析则是将视频流推送上云,基于近年来兴起的云计算技术进行视频分析,通常由第三方统一进行管理。智能视频分析系统分析设备设置位置优缺点对比如表2所示。

表2 智能视频分析系统分析设备设置位置优缺点对比

(1)数据库实时性。仅对预约人员开放的学校体育设施,若采用网上实名预约,可提前获得人脸识别生物信息,在运营前更新前端设备的数据库,则可采用近端分析实现智能视频分析。但对于大多数学校体育设施,人员进出信息并不能提前获取,必须根据出入口收集的人脸识别信息实时更新数据库。

(2)视频传输需求。不同视频格式所需的比特率并不相同,现在比较主流的是采用1080P的监控摄像头,每路所产生的比特率约为4 Mbps,经数据压缩后,码流基本在2～4 Mbps。若一个体育设施开放区域内约有15个摄像头,平均码流为3 Mbps,则这些摄像头所需的上行带宽约为3 Mbps(视频格式的比特率)×15(摄像机的路数)=45 Mbps(上行带宽)。对于远端分析系统,现主流安防设备所在的智能化专网基本为万兆带宽,因此并行这些数据流量毫无问题。而云端分析系统则需经过运营商网络传输,上、下行的带宽大小就会限制系统的传输规模。例如电信光纤宽带上、下行比理论值为1∶10,若使用500 Mbps宽带,理论可以获得的上行带宽为50 Mbps,可以达到传输15路监控数据至云端分析的要求。但经过调研多地的签约数据发现,大多数地区的上行带宽均小于40 Mbps。因此,将所有数据均上传至云端进行分析是不可行的。

(3)系统先进性。智能分析系统作为一套先进的分析系统,需要大量数据去支撑算法的更新,构建新策略,实现量变到质变的突破。实际使用中,采用近端或远端分析的系统由于训练样本数量限制以及系统维护的频率较低,投入使用后基本不会更新系统策略,很少会拓展出新功能。若采用云端分析,基于大数据收集的样本可对视频流进行后期处理及深度分析,挖掘事件潜在的规律和关联,优化算法、更新策略,并且可一个中心同时管理多个学校的开放体育设施区域。

基于上述分析方式优缺点,推荐采用边(边缘计算)云(云端分析)结合的视频分析策略。本地视频流边缘计算,实现智能分析的基本功能后,将相关报警视频流或者可疑视频流上传至云端,由云端进行后期处理。云端同时收到报警信息,对违规行为记录建档。

3 适用于校园开放体育设施的智能服务管控平台

出入口管理系统、停车管理系统、紧急报警系统以及智能视频监控系统设置需求突破了传统学校安防设置要求,更加人性化、智能化。将这几大系统整合后,可以构建一个基于政府大数据的智能服务管控平台。

由政府投资建设的智能安防平台不仅能够做到人脸识别信息安全有保障、隐私可控,若有危险人员进入也可自动发送提醒至公安平台,并在后台进行轨迹追踪,对潜在犯罪行为做到预防为主;结束开放后,校园内滞留人员可防可控;实现各类特殊事件自动巡查、实时告警、管理人员主动介入、事件实时跟踪;实现管理人员最少化,安全最大化。适用于校园开放体育设施的智能服务管控平台如图5所示。

图5 适用于校园开放体育设施的智能服务管控平台

校园停车开放预约不仅可以实现公共停车位资源共享,也鼓励更多市民去公共交通不便利的学校开展体育锻炼。辅以配套的体育设备租赁、售卖以及场地租赁,可以尽可能地为此公益平台带来一部分的收入。“一键求助可视对讲系统”也可以帮助使用者最快得到人性化的服务,弥补现在各类学校体育开放设施服务功能的不足。基于智能服务管控平台的体育设施使用流程如图6所示。

图6 基于智能服务管控平台的体育设施使用流程

在非体育设施开放时段,学校可断开与设施开放平台的通信连接,维护学校教学隐私。但提升后的各项安防软硬件设施可更好地为校园管理服务,相关行为识别的告警信息也可通过教育专网送递教育主管部门的相关平台,优化校园监管。

4 结 语

更新学校体育设施开放区域相关出入口管理系统、停车管理系统、紧急报警系统以及智能视频监控系统的设施,符合智能化系统设计的发展性与先进性,可以极大程度优化校园管理。根据边云结合的技术,提出基于政府主导的统一智能服务管控平台,可以精简管理人员数量,充分发挥政务云平台的优势,提升开放体育设施区域服务品质。