智慧监所实景孪生安防实战平台应用

肖振新 陈虹旭 李洪河 李晓明 周舟

1. 北京市第一看守所 2. 北京智汇云舟科技有限公司

引言

公安监管场所，承担着依法对被监管人员实行监管、教育、治疗和矫正的重要职责，担负着保障刑事诉讼和行政执法活动顺利进行、保障被监管人员合法权益的重要任务[1]。

2018年6月，公安部监所管理局印发了《关于推进智慧监管建设的指导意见》和《智慧监管建设技术指南》，对全国公安智慧监管建设工作进行了部署，明确了智慧监管建设的任务目标，开启了智慧监管工作的新阶段。要求公安监管场所采用稳定可靠的技术，升级、完善、整合安防系统和被监管人员信息系统，建设监所实战平台。监所实战平台建设要按照“动态信息主导勤务”的思路，实现被监管人员信息可视化、可共享，重在提高监所风险预警和突发事件处置能力[2]。

结合公安监管场所的日常业务，在安防系统建设中涉及的硬件、软件系统众多，且缺乏统一管理及直观可视化呈现，信息孤岛现象严重，具体应用现状如下：

（1）多个感知监测、智能分析等业务系统相互独立，不能形成一个统一的安防业务可视化应用系统，综合应用价值低；

（2）大量的视频监控画面，受到监控场所高度一致、监控环境相同、人员服装统一因素等影响，监控画面相似度高，位置信息辨认困难，根据视频画面，无法确认场景的准确空间位置，日常监视难度巨大；

（3）监所视频录像，在事件发生后进行调查取证时，只能进行分散画面单独回放，需要耗费大量时间、人力和精力，投入成本大、信息利用率低，没有充分发挥视频监控的实时性和主动性，无法进行快速有效回溯研判分析；

（4）多个监区及监室的视频画面、人员信息、安防动态、警情位置及状态、警员分布等数据空间感知不明确，无法形成宏观整体的观察，无法进行快速定位和应急响应。

因此，迫切需要一个统一平台来管理所有软硬件设备及系统，并通过三维立体的数据表达手段，构建精准客观的监管场所环境，做到立体直观、所见即所得的可视化感知和应用，进而达到降低执法时间、提高工作效率的目的，打造一种新型的智慧监所实景数字孪生安防实战警务应用平台，真正实现“安全强基固本、民警减负增效”。

一、实景孪生实战平台

智慧监所实景孪生安防实战平台，以三维地理信息系统（3DGIS，3DGeographic Information System）为底座，采用融入空间信息的实时感知高新技术和大数据分析方法，应用监控视频、物联感知、智能分析等数据实时感知和决策分层耦合的系统新模式，利用视频融合、数字孪生等技术，实现监所安防及多个业务子系统数据的实景一张图管理和呈现，是在传统安防集成平台的基础上，实现的实时动态数据与空间位置融合统一的创新应用，做到监所范围内全要素数据360度全方位直观有效管理。在监管场所三维场景中，可按监所建筑结构实现分层浏览，实现监控视频、监测信息、报警区域与空间场景时空统一，做到实时动态掌控目标区域及事件状态，提高事件感知、事件处置和综合监管能力，如图1所示。

二、技术路线

智慧监所实景孪生安防实战平台，是集监所内所有安防子系统的显示、交互、报警等功能于一体，统一集成在一个框架下完成相应的设备操作及管理，为监所安全提供统一的三维可视化管控系统[3]。平台设计技术路线如图2所示。

智慧监所实景孪生安防实战平台的核心是实景数字孪生引擎，通过实景数字孪生来构建实景监所的三维空间场景。通过数据接入服务器平台，实现现有或新建的监控视频、监测告警等多个安防业务子系统的接入和统一处理，用于支撑三维空间场景的音视频融合、场景视频巡查、人员场景定位、监测告警空间感知、可视化控制及事件处置，形成基于监所实景的三维立体动态活地图，支撑安防实战平台建设。

（一）实景孪生引擎底座

实景孪生引擎底座，以三维地理信息系统为核心底座，用于承载多源感知数据，构建安防实战实景孪生一张图。通过加载监所范围的遥感影像、数字高程、电子地图及三维模型等数据，为监所安防实战平台提供包括三维场景渲染、数据检索、空间融合感知等多种可视化应用服务。

（二）三维模型建设

三维建模是实景孪生应用的基础，针对监管场所覆盖范围，对室内室外进行三维模型建设，还原监管场所三维空间环境。室外三维建模一般通过倾斜摄影或人工建模方式实现，室内三维建模一般通过人工建模方式实现。人工建模，是以CAD图纸、现场测量、现状照片为基础，建立数字表面模型，通过实际照片映射描述真实纹理信息，实现的三维模型建设，兼顾建设速度和场景逼真度，是目前室内三维模型建设的最常用手段。

（三）数据接入转发服务

数据接入转发服务，主要完成和各系统的数据统一接入任务及标准化应用服务。流程为数据接入，并对接入后的数据进行清洗、过滤、统一化及数据转发服务如见图3所示。在数据接入中支持包括GB28181国标协议、HTTP接入、SOCKET服务通信、MQ消息对接列入模式、SDK集成接入模式、FTP文件共享服务、中间数据库、JMS等多种集成方式。

（四）多个安防业务子系统

各个安防业务子系统，可利旧，可新建，均用于支撑安防实战平台业务功能建设，最终实现在监管场所三维场景内精准位置集中显示并进行管控和联动。

主要系统及功能包括：

（1）以摄像机为主要硬件终端的视频监控平台，包括视频实时浏览，录像回放点播，球机云台控制等功能；

（2）以门禁控制器和读卡器为主要硬件终端的门禁系统，包括监区、监室、AB门等门禁控制；

（3）以报警设备为终端接入的综合报警系统，包括电子周界报警系统、监区红外检测报警系统、应急报警系统等；

（4）以广播电视为终端的点播系统，包括视频点播、音频广播、视频和音频节目的节目表、插播等功能；

（5）以RFID、UWB等设备为终端的人员定位系统，包括对在押人员、工作人员等的实时定位显示功能、历史轨迹回放检索、异常行为报警等功能；

（6）对讲、广播系统，实现监控中心和监室的双向对讲、语音通话功能；

（7）视频分析系统，实现对监区在押人员异常行为的实时分析、实时报警和报警处置流程；

（8）人员信息、案件信息等业务系统，实时显示各监室人员状态。

三、实景孪生安防实战创新应用

智慧监所实景孪生安防实战平台，是以安防集成管理为基础，在展示和应用上实现的三维立体可视化创新突破。以三维地理信息技术为核心，按经度、纬度、海拔等空间真实精准坐标位置，融合监控视频等非结构化大数据、智能分析数据和物联感知数据，构建智慧监所动态实景活地图，既响应“智慧监所”对实战平台的建设要求，又能实现对一线人员的减负增效。

实景孪生主要应用如下：

（一）视频融合监控

结合视频监控系统，通过视频融合技术，构建建设动态立体实景环境。实现对监室、周界等重点区域单一局部分散的视频还原成真实整体的三维动态虚实融合场景，做到实时视频画面和建筑结构、地理环境空间融合统一浏览和动态掌控。解决一线人员频繁手动操控等问题，节省人员成本，减少人脑分析过程，所见即所得。在录像回放时，实现录像画面与三维场景的时空融合回放，做到在宏观整体场景中可视化事件研判，可进行统一时间轴的所有视频快进、慢进等回放控制，提升事件查询和研判效率。

（二）实景音频监听

在实景监所三维场景中，结合音频监听系统，实现对监室环境进行实时音频监控，拾音器监听位置精准定位。支持音频异常监测报警、录音检索及回放功能。当音频超过检测标准时，自动弹出，三维场景定位到报警位置，从而可以快速查询发生违规的位置，并联动视频监控画面。通过视频与场景融合应用，实现监所场景、视频画面和监听音频的同步感知，做到场景、视觉和听觉的时空一体掌握。

（三）实景视频巡查

在实景监所三维场景中，实现场景化视频巡查，主要用于日常监区巡视业务。支持360度多视角实时场景浏览，支持倾斜和旋转、自动飞行浏览和漫游浏览，并能按监管场所的建筑结构进行分层浏览，透明化切换显示。

可设置巡查路线，自动实现在三维实景中直观浏览和路径调度，以上帝视角显示各个监室实时视频监控情况，可同步关联显示该监室的人员信息、人员状态、是否在监等信息，实现对被监管人员的实时动态掌控。支持前进、后退、加速、减速控制巡查过程。如果发现异常情况，可以进入到违规处置流程。对违规监室进行违规处置，保存违规证据的功能。

在视频巡查时，预案路径中会随机弹出打点图标，需电脑前浏览者点击打点，记录观看过程。标记的信息自动记录在观看者登记的名下，实现标记保存和巡查监督。线上的实景视频巡查方式，极大的减少了一线人员现场巡查工作，真正做到减负增效。

（四）实景人员定位

在实景监所三维场景中，结合人员定位系统，实现三维场景中警务人员或在押人员在监所内的实时定位及轨迹存储业务应用。

对警务人员在监区内巡视时，实时动态显示警员位置，实现巡视过程的位置记录，并形成历史轨迹，做到巡视监督。

实现在押人员位置在三维监管场所地理信息空间场景中精准位置显示。针对重点犯人，显示身份信息和心率等身体状态信息。可通过不同颜色表示不同类型的人员，当发生在押人员进入禁止区域的行为，将会发生报警，并提示附近警员位置信息，便于快速处置。通过指定目标人员、目标时间段的方式，实现对在押人员的三维场景中轨迹检索和回放，同时伴随录像回放进行同步播放，直观精准。

（五）实景门禁控制

在实景监所三维场景中，结合门禁控制系统，实现在三维场景中实时展示各种门的状态。并可以控制门的开关操作，所见即所得。

当长时间不关门或者输入多次错误密码，会产生相应的告警。对报警的联动策略进行设置，包括关联的视频源以及该视频源的告警联动策略设置；当门禁发生报警时，自动飞跃到报警点位置，动画显示报警提示，并联动附近视频实现实景掌控。

（六）实景分析处置

在实景监所三维场景中，结合视频分析系统，实现在三维场景中实时展示打架斗殴、攀高、半夜起身、徘徊等智能行为分析告警提示，自动联动三维场景并飞跃到报警点。帮助值守人员及时发现并处理突发状况，视觉直观、位置准确，提高违法、违规事件的迅速处置能力。

（七）实景对讲广播

在实景监所三维场景中，结合对讲广播系统，可以在平台上直接对选定监室进行广播，接收监室发起的对讲请求。对讲广播建立时，三维场景自动飞跃到目标监室，并自动打开视频融合，实现实景可视化实时显示对讲广播过程，简单高效。

（八）实景环境监测

在实景监所三维场景中，结合动环监测系统，实现在三维空间精准位置动态叠加温湿度、防漏水、空调、消防、用水、用电等多源传感感知数据，直观有效感知。

（九）实景周界掌控

在实景监所三维场景中，结合周界报警系统，实现在监所场景中图形化方式显示电子围栏周界的防区图，实时显示系统设备工作状态。当告警发送时，自动联动三维场景飞跃到告警地点精准位置显示，以语音播报、声光提示、动画提示等方式展示报警点信息，自动联动附近的视频监控资源。做到告警位置、视频画面与地理场景时空统一，高效用于直观掌控和事件处置。

四、应用成效

智慧监所实景孪生安防实战平台，在北京某监所，已得到现场充分验证。集成了视频、音频、门禁、报警、人员定位、雷达等多种物联网子系统，实现从分散到集中，从割裂到统一，从线下到线上的统一二/三维一体化管理，彻底改变了用户的工作模式和流程。

平台提供了视频巡查、监室点名、报警处置、违规处置、应急预案等多个业务模块。通过监室点名应用，实现日常点名工作时间从240分钟缩短到10分钟，点名准确率提升到100%，极大提升工作效率；通过视频巡查应用，实现日常巡查工作从45分钟缩短到5分钟，既做到了减负增效，又实现了巡查工作数字化记录和考核；通过报警处置应用，实现了任意系统对任意系统的位置关联，报警事件自动关联相关预案，自动展示附近警力部署，自动关联相关设备，做到简单直观高效处置。

智慧监所实景孪生安防实战平台，整合了动态业务数据，实现了立体管控、综合感知、智能联动及可视化处置等服务和应用，实现了“动态信息主导勤务”，降低了执法时间、提高了工作效率，用一种沉浸式所见即所得的新型智慧监所安防实战警务应用方式，真正实现了“安全强基固本、民警减负增效”。

五、结语

智慧监所实景孪生安防实战平台，通过真实动态的监所空间场景，进行对各个安防业务系统的关联和集成，升级、完善、整合信息化系统及平台，构建出实景监所动态活地图，实现了一种新型的智慧监所安防实战警务应用模式，体现了以“全领域智慧防控、全要素智慧管理、全方位智慧服务、全业务智慧指导”为核心目标的体系架构，推动物联网、大数据、人工智能、数字孪生和公安智慧监所深度融合，实现全局立体可视化高效指挥和智慧监管，将进一步推动形成智慧监所安防实战应用新方向。