智能校园安防系统的设计与实现

引言

校园安全已经成为一个社会高度关注的热点问题。随着信息技术的飞速发展，新技术不断涌现。智能视频监控系统融合了视频处理、计算机视觉以及人工智能等多个领域的先进技术，在图像与事件之间建立映射关系，使计算机从纷繁的视频图像中分辨、识别出关键目标物体并分析理解其行为。智能视频分析系统对输入的视频流采用对运动目标的监测、跟踪、分类技术，将视频内的目标经背景建模、目标分割、跟踪及分类等图像识别算法，完成由图像到事件参数的转变,从而实现对各种突发事件的实时检测，包括区域入侵检测、穿越警戒面检测、徘徊检测、物品拿取防止检测和人流统计等。

1系统总体结构

智能校园安防系统前端采用高清和标清网络摄像机，通过视频专网接入到监控中心的交换机中，通过视频综合平台实现视频信号的解码上墙及智能分析，通过监控平台软件的控制实现对视频的统一实时查看、录像和管理，通过流媒体软件实现对视频流的转发。

系统由前端设备、信号传输和监控室三个部分组成，系统结构如图1所示。前端设备主要由摄像机组成，根据现场不同的环境和应用选用不同的摄像机，如在出入口选择红外摄像机及快速球机，在楼梯口和走廊设置红外枪式摄像机,在周界可以选用红外摄像机和快速球机，在校园室外开阔区域选用室外球型摄像机等。网络是视频监控系统的承载平台,采用以太网传输技术，以交换机为核心设计，监控中心存储设备、流媒体服务器、管理电脑、视屏综合平台等接入监控局域网，实现视频信号的存储与浏览。监控室实现对监控报警系统的统一管理和控制，包括存储、显示系统、报警主机及管理和网络设备等组成。

2视频图像存储设计

监控室选用IPSAN作为存储设备，采用集中存储的存储架构，通过存储服务器提供丰富的存储策略，如中心报警录像、冗余录像、电视墙显示录像和录像备份。存储管理服务器集中管理监控中心和区域的存储设备，监控它们的工作状态，对存储设备产生的报警进行提示，管理和分配录像任务，部署录像计划以及设定录像参数等。所有存储设备都采用千兆以太网接入监控专网，IPSAN存储构架如图2所示。

单个通道24h存储1天的计算公式为:

Z(GB)=码流大小(Mb/s)+8X3600(s)X24(h)X1(d)^1024

以一路视频图像在7天、15天、30天所需要的占用空间估算(实际配置还需要考虑格式化、RAID、设备的开销等)，如表1所歹U。若以存储200路高清720P图像30天计算，则需要容量186TB。因此，考虑到格式化损耗以及RAID5功能，设计时可以选择两台A1048R进行集中存储。

表1存储容量设计单位：GB7天15天30天222475950

3系统主要功能实现

整个校园监控分为三道防线来布防。第一道防线为校园周界、大门出入口，该部分主要采用周界防范报警+周界监控+出入口监控的方式来实现。通过分析发现最近发生的校园事件，犯罪分子主要是通过学校出入口强行闯入校园，所以视频监控一定要把好出入口关，预防并及时发现隐患。校园周界采用室外快球摄像机和红外摄像机全天候记录视频信息；大门出入口及其他与外界相通的出入口，应选能全天候清楚地辨别出入人员的面部特征及机动车牌号的摄像机。报警系统发出报警信号后，监控中心人员应及时动作，视频监控等应定位事故发生区域，视频监控可实现与报警系统的联动，由此可实现有目的的、精确的跟踪。

第二道防线为校园内室外(包括操场、主要道路口等)，该部分主要采用室外快球摄像机。

第三道防线为各教学楼、办公楼、宿舍楼等，通过安装在大门出入口、楼梯口、走廊等位置红外摄像机等不同类型的摄像机来实现相应区域的监控。图3所示是本系统的功能结构图。

图3系统功能结构图

本系统主要包括预警功能、监视功能、录像功能、联网服务功能、周界防范报警联动功能、管理功能以及扩展接口。

(1)预警功能

预警功能采用周界防范等报警系统并配合视频监控等第一时间来发现事故点，有关部门根据应急预案迅速反应，把事故损失控制到最小范围。

监视功能

监视采用高品质摄像机来获得监视范围内清晰的视频图像，满足学校不同部位的监控要求。

录像功能

前端网络摄像的视频信号通过网络接入监控中心的磁盘阵列，通过IPSAN方式存储数据，录像保存时间可达到30天以上，以供事后调查取证。

联网服务功能

网络摄像机、视频综合平台及监控平台软件应通过视频专网相连，从而形成联网监控系统，并为以后的网络摄像机接入和上级平台的接入预留端口。

周界防范报警联动功能

周界防范报警联动功能主要实现报警系统和视频监控系统的联动，在监视器上显示报警所在位置的视频画面，提醒值班人员快速处理。

管理功能

管理人员或授权访问人员可通过访问监控系统，实时浏览监控画面、回放历史监控图像、下载监控资料等。

预留扩展接口

预留扩展接口主要是满足今后监控点位的增加需要。此外，在上述校园监控的基本功能基础上，重点设计和实现了校园安防的智能视频分析子系统，实现视频监控从被动防御到主动防御的变革，可以进行多种行为分析，包括穿越警戒线、区域入侵等多元化分析，重点实现了跨线检测、区域入侵检测和异常事件检测功能，智能分析子系统功能如图4所示。

图4中的跨线检测主要应用于各警戒区域、停车场区域及大门口，自动检测运动目标穿越警戒线的行为，支持单向、双向或者多条警戒线组合功能。

区域入侵检测则主要应用于禁区入侵报警功能，对贵重物品、危险物品或者事故易发区域设定越界自动报警并语音提示功能，支持检测多目标同时出现在区域内部功能。

系统中的异常事件检测功能，一是物品拿取检测，应用于有贵重物品的智能看守。当物品被盗、被移动时发出主动报警信号，并在图像上示意出被盗物品所在位置。二是遗弃物检测，当有遗弃物或可疑物遗留超过用户设定时间时，则实现关联报警。

图4智能视频分析子系统功能结构图

4结语

因为学校频频出治安事件，所以必须要加强学校的安防工作，安防工作一般通过技防加人防的手段来实施。其中，技防为安防工作提供第一手资料及能为事后取证提供资料，所以技防是整个安防系统中重要的一部分，而视频监控和周界防范又是安防中技防的重要手段。因此，本文针对目前校园安防中存在的不足，基于智能视频分析和IPSAN存储构架设计了智能校园安防系统，包括前端设备、信号传输和监控室三部分，主要实现了预警功能、监视功能、录像功能、联网服务功能、周界防范报警联动功能；重点阐述了智能分析子系统中跨线检测、区域入侵检测和异常事件检测功能的实现。实际应用表明，系统运行稳定，功能完整，可应用于高校校园的安全监控。

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