感知技术让城市更“智慧”
时间：2016-03-01来源：数字音视工程网
一、背景概述
自2005年全国首批3111试点城市监控系统建设以来，我国平安城市的建设步伐已经进入到平稳阶段。随着城市经济建设和各项社会事业的快速发展，工业化、城市化进程不断推进，部分地区“城市病”问题日益严峻。为解决城市发展难题，实现城市可持续发展，平安城市“智慧化”已成为当今世界城市发展不可逆转的历史潮流。
智慧城市建设围绕惠民便民、服务经济两大主题，以新一代信息技术为支撑，实现对城市部件信息的感知、分析、处理和整合，实现更全面的感知、更智能的控制、更广泛的交互、更深度的融合和更紧密的协同。“更全面的感知”作为智慧城市的一个特征，要求智慧城市基础设施能够更深入收集各类数据和信息，以便整合和分析海量的跨地域、跨行业的数据和信息，为城市共享服务和运营管理提供基础的底层资源。而智能感知技术作为新一代信息技术，是智慧城市收集复杂数据和信息的关键手段，更是整个智慧城市感知体系的关键部分。
二、发展现状
智慧城市建设与发展应该解决“端到端”的问题，目前智慧城市主要以物联网、云计算和大数据技术为核心，实现“后端—智慧城市共享服务设施”的信息数据融合互联和共享应用。而目前大部分“前端—智慧城市基础设施”仅仅能提供原始的非结构化数据，这些非结构化数据对于“后端”应用来说可利用的价值不高，里面有很多无用信息，很难进行数据关联分析和应用。
因此智慧城市基础设施迫切需要采用具备智能感知技术的终端采集设备，为“后端”应用积累原始的、可识别的结构化数据，以便“后端”应用可以对这些结构化数据进行更高层次的碰撞、分析和利用，保证用于分析和判断的资料更为丰富，最后的研判结果也更为准确。由此可见，相对于物联网、云计算和大数据技术的日益成熟和广泛应用，智能感知技术的颠覆式创新将成为引领智慧城市发展的重要推动力。
三、技术介绍
智能感知技术根据对象和目标的不同，可以分为四大类：基于人体分析的感知技术、基于车辆分析的感知技术、基于行为分析的感知技术和基于图像分析的感知技术。技术分类如下图所示：
1.基于人体分析
1)人脸识别技术
该技术基于人的脸部特征信息进行身份识别。通过人脸图像采集及检测、人脸图像预处理和人脸图像匹配与识别，实现面部特征识别。
2)人体特征提取技术
该技术基于计算机视觉、图象处理与模式识别技术，对人体属性特征(性别、年龄段、身高、戴眼镜与否等)进行提取分析，实现人员身份识别。
应用范围：在智慧城市的公共安全领域，基于人体分析技术可以实现人员身份确认、重点人员预警、嫌犯逃犯追踪和人脸识别防盗。
2.基于行为分析
1)目标检测跟踪技术
该技术是指采用背景差分法或帧间差分法实现目标检测对象的提取和动态自动跟踪。
2)异常行为分析技术
该技术是基于双目识别技术，获取到目标人员的深度及三维信息(目标高度信息，提升目标行为分析和多目标检测的准确率、目标位置信息，提升多目标检测，尤其是目标间距检测、目标深度信息，提升多目标位置远近的判断)，实现越界、进入/离开区域、区域入侵、徘徊、人员聚焦、快速移动、非法停车、物品遗留/拿取等异常事件的自动侦测与报警，变被动监控为主动防控。
应用范围：
在智慧城市的公共安全领域，基于行为分析技术可以实现人员定位跟踪、危险行为预警、嫌疑人员提示和群体事件处突。
3.基于车辆分析
1)车牌识别技术
该技术是利用车辆的动态视频或静态图像通过车牌提取、图像预处理、特征提取、车牌字符识别等手段实现牌照号码、牌照颜色自动识别。
2)车辆特征提取技术
该技术是采用模式识别的方法，对动态场景中移动目标定位、识别、跟踪,、分析、判断目标特征和行为的技术，实现车辆类型、车身颜色、车标识别、系安全带与否、遮阳板遮挡与否等识别。
应用范围：在智慧城市的公共安全领域，基于车辆分析技术可以查处车辆套牌、打击车辆盗抢、事故逃逸、遏制车辆违法、交通秩序维护、协助查控涉案车辆、特勤任务、协助治安管理。
4.基于图像分析
1)视频质量诊断技术
该技术是通过对图像码流进行解码以及图像质量评估，对视频图像中存在的质量问题进行智能分析、判断和预警。在短时间内对大量的前端设备进行检测;实现清晰度异常(图像模糊)，亮度异常(过亮、过暗)，偏色，噪声干扰(雪花、条状、滚屏)，画面冻结，以及信号丢失等多种视频故障检测，做出准确判断并发出报警信息。
2)视频摘要分析技术
该技术采用视频智能分析算法，能智能提取视频中的运动物体，实现快速结构化，并实现摘要播放，达到快速预览视频以定位到关键的内容，有效缩短查找线索的时间，减低人力排查的工作量，减少人工排查遗漏等情况。主要包括以下三个步骤：
l提取运动目标：将运动目标和背景分离，记录目标、目标轨迹以及背景的数据;
l摘要合成：通过一定的规则将不同时间出现的目标同时呈现在一段简短的视频内;
l摘要检索：选中摘要中任意的运动目标，回放该目标的原始视频，还原现场真实情况。
应用范围：在智慧城市的公共安全领域，视频质量诊断可以应用于智慧城市的运营服务领域，解决海量图像信息的运营维护、故障诊断和修复。视频摘要分析可以应用于视频图像侦查技术，方便公安、交警、民警以及刑侦人员高效快速的排查，得到有效的线索，可在几分钟内播放完一小时的视频，有效减少人力的投入
四、技术应用
1.基于人体分析技术应用
如果将人脸识别技术应用于刑侦过程中，警方就可以将依据监控画面中嫌疑人的图像，直接输入系统合成出计算机可以识别的照片，并将合成照片在全国身份证数据库中进行比对。原先往往需要民警走访数日乃至数月、分发上千张通缉图片才能找到的犯罪嫌疑人，现在只需将图片输入该系统，便能快速将嫌疑人范围缩小到一定的范围以内，理想情况下甚至能直接锁定罪犯，大大提高了刑侦效率。
客流统计分析系统是基于人体分析技术的典型应用，该系统采用人体特征提取技术，实现对画面中特定区域(如大门、楼梯口)的人头、头肩等特征部位进行识别，以此来区分人和其他物体，并根据其运动轨迹来判断人的出入关系，最后得出任意时间段内进入人数量和离开人数量。该系统应用于商超零售行业，可以提供商场中每个客流监控点的客流数据，将这些数据汇总到商场数据中心并进行分析汇总，从时间和空间维度对商场中客流的分布以图表的形式进行展示，达到如下效果：
1)评估营销策略效果，提高销量：
l通过客流量的对比，有效评估所举办、推广的活动，对营销和促销投资回报进行有效评估。
l通过对历史销量和客流量的对比，可以有效的分析商品种类及各项管理策略对流量及销量的影响，进而更好的进行管理决策，提高销量。
2)考核服务质量及商铺租金价位：
l通过客流量、销量和成交量的统计，可以计算客流人群的平均购买量和提袋率，为评估商场服务质量及工作人员水平提供依据。
l通过对客流量的统计，可以客观决定柜台、商铺租金价位水平。
3)差异化经营，降低成本
l通过对不同楼层和不同区域的客流量统计，可以使管理人员统计各个区域的吸引率和繁忙度，从而对铺位及服务人员进行合理分布，提高销售量，降低成本。
l显示当前客流状态和变化趋势，对流量较大的区域采取预防突发事件的措施，并可实时观察商场当前的停留人数，控制商场运作成本。
2.基于行为分析技术应用
智能监控跟踪系统是基于行为分析技术的典型应用，该系统采用目标跟踪检测和异常行为分析技术，具备穿越警戒线、入侵检测、进入\离开区域、自动跟踪等功能，可以很好地解决各种环境下遇到的难题，可以对进入区域的物体进行跟踪显示，保证细节外还可以对物体的运动轨迹进行记录，方便日后取证。
3.基于车辆分析技术应用
车辆违停抓拍系统是基于车辆分析技术的典型应用，该系统采用车牌识别技术和车辆特征提取技术，部署于在禁停区、重要路段、各类交通违法行为多发的场所，简化手动抓拍取证业务中的人工干预程度，实现违法行为的自动化取证，提高取证效率，避免处罚纠纷。
4.基于图像分析技术应用
视频摘要分析系统是基于图像分析技术的典型应用，该系统采用视频摘要分析技术，从视频录像中获取相对应的目标出现到离开过程中的数据，并将几个目标以一定的方式进行组合，实现摘要播放，达到快速预览视频以定位到关键的内容，可以解决海量视频分析完全依赖人工的问题。让管理人员只需查看摘要视频即可快速将可疑目标锁定。
五、结束语
通过各种感知技术的广泛应用，能够为智慧城市基础设施提供更加智能的技术手段，实现信息数据的全面透彻感知和特征提取，为智慧城市数据大碰撞和顶层业务应用提供更多有价值的数据信息，从而逐步构建城市智慧服务体系，从而进一步为城市民众提供有针对性的新服务和新模式。
自2005年全国首批3111试点城市监控系统建设以来，我国平安城市的建设步伐已经进入到平稳阶段。随着城市经济建设和各项社会事业的快速发展，工业化、城市化进程不断推进，部分地区“城市病”问题日益严峻。为解决城市发展难题，实现城市可持续发展，平安城市“智慧化”已成为当今世界城市发展不可逆转的历史潮流。
智慧城市建设围绕惠民便民、服务经济两大主题，以新一代信息技术为支撑，实现对城市部件信息的感知、分析、处理和整合，实现更全面的感知、更智能的控制、更广泛的交互、更深度的融合和更紧密的协同。“更全面的感知”作为智慧城市的一个特征，要求智慧城市基础设施能够更深入收集各类数据和信息，以便整合和分析海量的跨地域、跨行业的数据和信息，为城市共享服务和运营管理提供基础的底层资源。而智能感知技术作为新一代信息技术，是智慧城市收集复杂数据和信息的关键手段，更是整个智慧城市感知体系的关键部分。
二、发展现状
智慧城市建设与发展应该解决“端到端”的问题，目前智慧城市主要以物联网、云计算和大数据技术为核心，实现“后端—智慧城市共享服务设施”的信息数据融合互联和共享应用。而目前大部分“前端—智慧城市基础设施”仅仅能提供原始的非结构化数据，这些非结构化数据对于“后端”应用来说可利用的价值不高，里面有很多无用信息，很难进行数据关联分析和应用。
因此智慧城市基础设施迫切需要采用具备智能感知技术的终端采集设备，为“后端”应用积累原始的、可识别的结构化数据，以便“后端”应用可以对这些结构化数据进行更高层次的碰撞、分析和利用，保证用于分析和判断的资料更为丰富，最后的研判结果也更为准确。由此可见，相对于物联网、云计算和大数据技术的日益成熟和广泛应用，智能感知技术的颠覆式创新将成为引领智慧城市发展的重要推动力。
三、技术介绍
智能感知技术根据对象和目标的不同，可以分为四大类：基于人体分析的感知技术、基于车辆分析的感知技术、基于行为分析的感知技术和基于图像分析的感知技术。技术分类如下图所示：
1.基于人体分析
1)人脸识别技术
该技术基于人的脸部特征信息进行身份识别。通过人脸图像采集及检测、人脸图像预处理和人脸图像匹配与识别，实现面部特征识别。
2)人体特征提取技术
该技术基于计算机视觉、图象处理与模式识别技术，对人体属性特征(性别、年龄段、身高、戴眼镜与否等)进行提取分析，实现人员身份识别。
应用范围：在智慧城市的公共安全领域，基于人体分析技术可以实现人员身份确认、重点人员预警、嫌犯逃犯追踪和人脸识别防盗。
2.基于行为分析
1)目标检测跟踪技术
该技术是指采用背景差分法或帧间差分法实现目标检测对象的提取和动态自动跟踪。
2)异常行为分析技术
该技术是基于双目识别技术，获取到目标人员的深度及三维信息(目标高度信息，提升目标行为分析和多目标检测的准确率、目标位置信息，提升多目标检测，尤其是目标间距检测、目标深度信息，提升多目标位置远近的判断)，实现越界、进入/离开区域、区域入侵、徘徊、人员聚焦、快速移动、非法停车、物品遗留/拿取等异常事件的自动侦测与报警，变被动监控为主动防控。
应用范围：
在智慧城市的公共安全领域，基于行为分析技术可以实现人员定位跟踪、危险行为预警、嫌疑人员提示和群体事件处突。
3.基于车辆分析
1)车牌识别技术
该技术是利用车辆的动态视频或静态图像通过车牌提取、图像预处理、特征提取、车牌字符识别等手段实现牌照号码、牌照颜色自动识别。
2)车辆特征提取技术
该技术是采用模式识别的方法，对动态场景中移动目标定位、识别、跟踪,、分析、判断目标特征和行为的技术，实现车辆类型、车身颜色、车标识别、系安全带与否、遮阳板遮挡与否等识别。
应用范围：在智慧城市的公共安全领域，基于车辆分析技术可以查处车辆套牌、打击车辆盗抢、事故逃逸、遏制车辆违法、交通秩序维护、协助查控涉案车辆、特勤任务、协助治安管理。
4.基于图像分析
1)视频质量诊断技术
该技术是通过对图像码流进行解码以及图像质量评估，对视频图像中存在的质量问题进行智能分析、判断和预警。在短时间内对大量的前端设备进行检测;实现清晰度异常(图像模糊)，亮度异常(过亮、过暗)，偏色，噪声干扰(雪花、条状、滚屏)，画面冻结，以及信号丢失等多种视频故障检测，做出准确判断并发出报警信息。
2)视频摘要分析技术
该技术采用视频智能分析算法，能智能提取视频中的运动物体，实现快速结构化，并实现摘要播放，达到快速预览视频以定位到关键的内容，有效缩短查找线索的时间，减低人力排查的工作量，减少人工排查遗漏等情况。主要包括以下三个步骤：
l提取运动目标：将运动目标和背景分离，记录目标、目标轨迹以及背景的数据;
l摘要合成：通过一定的规则将不同时间出现的目标同时呈现在一段简短的视频内;
l摘要检索：选中摘要中任意的运动目标，回放该目标的原始视频，还原现场真实情况。
应用范围：在智慧城市的公共安全领域，视频质量诊断可以应用于智慧城市的运营服务领域，解决海量图像信息的运营维护、故障诊断和修复。视频摘要分析可以应用于视频图像侦查技术，方便公安、交警、民警以及刑侦人员高效快速的排查，得到有效的线索，可在几分钟内播放完一小时的视频，有效减少人力的投入
四、技术应用
1.基于人体分析技术应用
如果将人脸识别技术应用于刑侦过程中，警方就可以将依据监控画面中嫌疑人的图像，直接输入系统合成出计算机可以识别的照片，并将合成照片在全国身份证数据库中进行比对。原先往往需要民警走访数日乃至数月、分发上千张通缉图片才能找到的犯罪嫌疑人，现在只需将图片输入该系统，便能快速将嫌疑人范围缩小到一定的范围以内，理想情况下甚至能直接锁定罪犯，大大提高了刑侦效率。
客流统计分析系统是基于人体分析技术的典型应用，该系统采用人体特征提取技术，实现对画面中特定区域(如大门、楼梯口)的人头、头肩等特征部位进行识别，以此来区分人和其他物体，并根据其运动轨迹来判断人的出入关系，最后得出任意时间段内进入人数量和离开人数量。该系统应用于商超零售行业，可以提供商场中每个客流监控点的客流数据，将这些数据汇总到商场数据中心并进行分析汇总，从时间和空间维度对商场中客流的分布以图表的形式进行展示，达到如下效果：
1)评估营销策略效果，提高销量：
l通过客流量的对比，有效评估所举办、推广的活动，对营销和促销投资回报进行有效评估。
l通过对历史销量和客流量的对比，可以有效的分析商品种类及各项管理策略对流量及销量的影响，进而更好的进行管理决策，提高销量。
2)考核服务质量及商铺租金价位：
l通过客流量、销量和成交量的统计，可以计算客流人群的平均购买量和提袋率，为评估商场服务质量及工作人员水平提供依据。
l通过对客流量的统计，可以客观决定柜台、商铺租金价位水平。
3)差异化经营，降低成本
l通过对不同楼层和不同区域的客流量统计，可以使管理人员统计各个区域的吸引率和繁忙度，从而对铺位及服务人员进行合理分布，提高销售量，降低成本。
l显示当前客流状态和变化趋势，对流量较大的区域采取预防突发事件的措施，并可实时观察商场当前的停留人数，控制商场运作成本。
2.基于行为分析技术应用
智能监控跟踪系统是基于行为分析技术的典型应用，该系统采用目标跟踪检测和异常行为分析技术，具备穿越警戒线、入侵检测、进入\离开区域、自动跟踪等功能，可以很好地解决各种环境下遇到的难题，可以对进入区域的物体进行跟踪显示，保证细节外还可以对物体的运动轨迹进行记录，方便日后取证。
3.基于车辆分析技术应用
车辆违停抓拍系统是基于车辆分析技术的典型应用，该系统采用车牌识别技术和车辆特征提取技术，部署于在禁停区、重要路段、各类交通违法行为多发的场所，简化手动抓拍取证业务中的人工干预程度，实现违法行为的自动化取证，提高取证效率，避免处罚纠纷。
4.基于图像分析技术应用
视频摘要分析系统是基于图像分析技术的典型应用，该系统采用视频摘要分析技术，从视频录像中获取相对应的目标出现到离开过程中的数据，并将几个目标以一定的方式进行组合，实现摘要播放，达到快速预览视频以定位到关键的内容，可以解决海量视频分析完全依赖人工的问题。让管理人员只需查看摘要视频即可快速将可疑目标锁定。
五、结束语
通过各种感知技术的广泛应用，能够为智慧城市基础设施提供更加智能的技术手段，实现信息数据的全面透彻感知和特征提取，为智慧城市数据大碰撞和顶层业务应用提供更多有价值的数据信息，从而逐步构建城市智慧服务体系，从而进一步为城市民众提供有针对性的新服务和新模式。
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