智能视频技术在预防狱内安全事件的应用

    武洁　吴剡青　芦国庆　唐海腾　刘小琳

    

    摘要：近年来媒体经常曝出监狱犯人越狱、脱逃、自杀等负面信息，这些案件对社会和监狱造成了巨大的负面效应，同时也给监狱防范安全事件敲起了警钟。监狱安防的重要基础就是视频监控，此文章就此总结了监狱视频监控落后的现状，并对这一情况的原因从主观与客观两个方面进行了科学地分析。创新地提出了要建立一套先进的智能视频监控系统。通过建立数据库，更新识别技术，对人体行为建模，划分安全等级等一系列技术手段，对可能发生安全问题进行预测，有效预防各类安防问题的产生。这为减少监狱安全事件的发生，促进监狱内安防技术的进步和发展，推动监狱信息化的建设提供借鉴和启发。

    关键词 ：智能；监控；安全；预防

    中图分类号：TP37 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）13-0220-03

    监狱的作用是关押、改造服刑人员，是重要的国家机器。而监狱的安全则关系着社会和稳定、安宁。监狱在完善人防、物防的同时，技防作为辅助防范的手段也是必不可少的一部分。随着科学技术的不断发展，视频监控技术、智能监控技术日新月异。当视频监控作为整个监狱安防系统的基础，监狱为了加强对在押犯的管理，及时反映监区情况，加强安全保障，就要实现监狱智能视频监控设备的全方位的监控。现代化管理、人性化管理以及数字化的管理，将实现各个监区的无盲区监控，并能及时反映现场情况。

    经调查，目前监狱已经实现了监狱视频监控的全面覆盖，但是传统的视频监控模式，主要依靠专人值守，进行预警，并且大多数监控往往作为事后的侦查取证和研究案例的用途，很难起到预防和预警的作用，而且数据的定期删除，数据量大这些特点为监狱侦查带来了极大地不便，从而降低工作效率。传统的视频监控模式不能实现对狱内犯罪的有效预防，也不能对事先发现服刑人员的异常行为，进而采取相应的措施。同时当前监狱普遍对监狱视频信息化、情报化、警务化的应用缺乏统一的标准和规范。因此发展智能视频技术有很强的实践意义。

    1 监狱视频监控应用的现状

    视频监控系统通常是整个监狱安全控制系统的核心部分，建立完备的监管安全防范体系，搭建和完善覆盖面广、资源共享、综合应用的功能强大监控系统，为监狱安全防范设置一道无形屏障，是我们监狱监控系统建设的首要目标。

    监狱视频虽然实现了全面覆盖，但是监狱监控系统的水平参差不齐，由于数字视频监控、模拟视频监控、高清视频监控及智能视频监控都没有实现统一，因而视频监控没有实现全国资源共享；监狱安全防范系统虽然领域广，子系统比较多，但是相对独立，不同的子系统之间不能相互联通，无法做到信息共享，会形成信息孤岛[1]的现象。视频监控的存储时间、监狱各监控点监控数据没有统一在一个平台上、监控系统之间存在不兼容、各监控数据没有实现数据共享，更没有实现数据的集中分析、视频监控的作用更大是起到一种威慑作用，出现安全事件后也只能通过人工查找近一个月内的视频。而服刑人员有犯罪经验，狱内犯罪具有长期性和潜伏性。突发事件发生之后也没有办法统一核对及查找信息之间的相关性，并且因为需要投入大量的人力、物力、财力，在管理效率往往效率低下。所以视频监控的作用没有有效发挥，它的预防和预警也很难体现，技防还在初级阶段。因而不能高效的发挥安全预警和安全防范的作用。当前，国内监狱广泛使用数字化视频监控系统，它存在着图像分辨率低、监控范围小和扩展应用能力差等缺点，并且现在监狱广泛使用的是闭路监控系统，采用矩陈主机[2]控制，干警使用电视墙进行对前段监控画面的人为监控，同时这套系统采用长延时模拟录像进行录像和回放，由于此类视频监控系统是将人作为监控者本身，因此在监控能力上存在许多局限，导致在大多时候只能用于事后取证，无法起到预警、报警的作用。如此一来就降低了整个监狱安防系统的安全性和实用性，无法满足监狱这类安全性要求高的场所的需要。通过智能视频监控技术可以使传统视频监控系统的不足得到解决。

    2 监狱视频监控现状的原因分析

    目前监狱系统主要依靠专人值守，对视频显示器进行人工监视，监视范围大，当摄像头数以万计时，且专职人员的数量不足，专职人员在监控室中枯燥无味地盯着屏幕，很难时刻提高警惕，长时间的视觉疲劳会导致注意力下降，并且视频监控系统自带的报警精确度差，会出现误报、漏报的现象、报警时间不准确。如果要对录像数据分析进行就会困难重重，从而使整个系统的安全性和实用性降低，因此无法满足监狱这类需要非常高的安全级别的场所。原有的系统既浪费了人力、物力、财力，又没有起到预防的作用，并且造成报警不准确、不及时甚至出现错误、漏报的现象，没有起到预防的作用，并且造成报警不准确、不及时甚至出现错误、漏报的现象，没有起到预防的作用，监狱安全问题没有减少。

    其次智能视频监控技术人仍然处于初级阶段，技术不太成熟，没有形成完善的系统；干警的技术不够熟练，没有专职的人员最大化得利用视频监控的优势，从而降低了利用率，因而没有起到预防的作用；由于各子系统之间没有进行联动，资源不能共享，面对在押犯的脱逃，不能及时的控制监区情况和其他人员，对于逃犯的去向不能进行跟踪，从而增加了脱逃的频率。

    同时监狱视频很难进行分析、检测和预警，不能从繁杂无序的图像信息中造出重要的线索和情报，由于在技术上的难点以及现实生活中的存在的种种不确定因素导致智能视频监控的分析运用存在很大的局限性，不能对特殊的行为进行筛选、分析，对输入的图像进行逻辑抽象以此形成视频的索引，这样就提高了视频检索的效率等功能。

    并且监控录像的储存采用DVR前端储存，录像安全性不高，如果一方面的磁盘故障，整块盘上的录像内容将无法恢复，此外对于视频的储存地方随意，有犯人进入的可能，可能造成内容的丢失和删除，以致难以作为线索帮助破案。

    3 预防监狱安全事件的措施

    监狱视频监控室是整个驾驭安防系统的基础，它是监狱安防、技防水平的重要工具，它对监督犯人改造、对犯人的震慑、防范突发事件起到了不可替代的作用。为了减少安全事件的发生，要完善监狱视频监控在监狱中的作用包括对大数据的处理、完善视频智能分析技术、电子警戒线等技术。这个高科技手段能及时辨别出犯人做出异常行为，通过视频直观地看出干警在监狱中的部署情况。以此有效的弥补警力不足而造成在空间和时间上的对犯人脱管，提前防范各类安全隐患，在最大限度的情况下降低误报和漏报的现象，从而更有效的协助干警预防并处理危机。如图1所示。

    3.1数据库的建立

    现代监狱的信息化建设，无论是整个安防系统还是各个监区的视频监控、电子门禁、电子巡逻等多重安防系统，这些都没有和监狱工作联系在一起。作为独立的安防系统，只有相互联系在一起形成一个拥有一个公共的统一的平台才有利于监狱安全事件的预防。通过视频监控对服刑人员正常行为的数据的搜集进行归类建立数据库，通过计算机不断完善该数据库，提高报警的准确度。在秉持着前端内置[3]分析构架理念的同时，能为监狱提供一站式服务的智能视频监控系统。

    通过收集归纳整理不同年龄、不同性别、不同刑种服刑人员的正常行为和非正常行为的数据，建立服刑人员正常行为数据库和非正常行为数据库，对规定时间内犯人应该在哪个区域有怎么样的动作进行设定，并将数据库和智能视频监控的系统通过计算机进行连接，形成智能监控体系。由于在特定的情况下服刑人员的正常行为和非正常行为的属性会相互转换，所以需要使数据库进行机器学习，对不同年龄、不同刑种、不同性别的服刑人员进行分析，逐步添加未出现的或者改变属性的正常行为特征，根据不同的监狱、不同的生活环境不断完善数据库，避免出现监控的漏洞。一旦视频监控发现异常现象，就会自动报警提示跟踪并且自动剪切画面保存；对犯人活动的路线、时间进行数据的收集，例如晚上熄灯后人起来去厕所如果不是按照正常路线行走、在厕所附近逗留时间过长、和其他犯人同行，触碰红外警戒线都会发出报警，提醒值班干警。如此一来就能在犯人做出犯罪行为之前将其制止。

    对于监狱内的所有路线进行数据处理，比如通往生产车间的路线有几条，不同监区去往车间的路线不同，进行分类；明确红外警戒线的位置，在屏幕红线标出；如果犯人不按照规定的路线去往车间或者长时间在红外警戒线周围徘徊，那么主机就下达指令对摄像机进行云台旋转和镜头算放，锁定嫌疑目标对其警告并自动视频跟踪，把嫌疑目标在主屏中显示放大，以便可以更加清晰地看到目标特征，以有利的对其即将采取的行为进行的判断，并为事后对照取证留下必要的证据。

    3.2智能识别技术

    监狱的周界一直都是是监狱安防的重点区域，也是犯人越狱脱逃的必经之路，利用境界线检测功能，进行智能虚拟警戒线报警功能[4]。在围墙四周通过设置红外警戒线进行周界报警，如果有人翻越围墙，马上就能报警，以便及时阻止在押人员逃脱或者外部侵入。

    在监狱中的一些特定区域，比如操场监舍，当有人或者车辆出现或消失在画面的某个区域，就将其认定为出现行为或者消失行为。这是主要针对中的特定区域产生的存在识别分析，当事物从外界进入到区域内，或者是离开区域就会进行自动进行跟踪便于干警在复杂环境中快速找到目标。

    在监狱通道或者其他关键场所，智能视频监控通过上传数据库进行比对，进行运动目标逆行检测[5]，对规定方向对反方向运动的人、物体和和综合车辆进行检测，同时在监控中产生逆行识别，当比对出异常行为，智能视频监控分析系统就会发出报警通知值班干警和目标最近的干警。

    智能视频监控分析系统能有效识别滞留物，响应速度比普通的监控系统更快，可以高效地识别可疑的事物，如在特点场所留下了可疑物品、违禁物品等，或者当罪犯长时间停留在敏感区域时，采取警告。同时在有这些情况发生时，网络视频监控系统能够自动发出警报以提醒相关人员密切关注监控画面，以防意外的危险情况发生[6]。

    智能分析系统采用最新的视频图像的分析技术，识别画面中的各种物体，包括人体的识别，车辆的识别以及箱子，包等各个物体的识别，如果出现不正常的物品包括箱子的质量、材料以及大小，车辆的型号、是否以前出现过、车子中的人员以及行驶速度，人员识别进行人脸、指纹以及语音输入等方法进行识别出现异常，智能视频监控立即进行报警提醒值班人员并且使用门闸进行拦截。

    对于进出的车辆进行自动识别并记录车牌号码、出入时间自动区别是内部车还是外来车辆、记录车辆的进出时间和行驶方向，对于模糊车辆进行情况查询，自动锁住无运输任务的非内部车辆。

    3.3划分安全等级

    对行为特征进行分类，设立不同的安全等级，针对不同的安全等级，并与其他监狱安防设施进行联动，采取不同的方式的预警。当发现一些低危害行为比如未按要求着装、佩戴统一的标记；未按时起床等视频监控自动进行喇叭播报提醒。当发现一些高危险的行为比如打架斗殴，携带车间工具外出，劳动时没有严格遵守操作规程和安全生产规定、违章作业、擅自使用绝缘、攀岩、挖掘物品，私藏手机、现金、毒品、刀具等违禁品，使用监狱单警联动报警器直接通知在岗狱警，并强制开启门禁道闸。对于夜晚行动的行为应严格要求，尤其是高戒备和集中关押的重点犯人要密切关注，通过对视频分析系统，可以时刻关注其起床动作，并采用DVR自身移动侦测功能来进行分析，根据移动的速度和像素之间的变化产生报警。

    3.4人体行为建模

    这一技术是将人体划分成由头、躯干、四肢等不同身体部的小区域块利用高斯分布[6]建立人体和场景的模型，通过跟踪各个小区域块来完成整个人的跟踪。这样能准确对人体的行为进行分析，对于“打架斗殴”“扫地”“小跑”等行为进行报警。首先是利用高效的帧差算法检测运动目标区域，并输出相应的运动目标图像，然后对运动目标图像进行边缘检测，从而获取大致的范围，运用提取人体手臂姿态信息的纹理特征进行计算，将人体手臂区域的纹理和运动特征转化成图像运动值进行归一化的对比，最后综合归一化的图像运动量，一定的图像顺序及相关定时器的信息来判断是否有打架的发生，同时系统会及时实施报警联动。通过分析人体的模型即手臂的行为，不仅仅能准确定位是否为打架行为还能彻底杜绝“扫地”“小跑”“剧烈运动”等行为。

    智能视频监控技术的出现，实现了监控方式由被动到主动的转变，能够实现全天候不间断的对视频进行检测，自动发现监控画面中的异常情况，从而能够更加有效的协助安全人员处理危机，并且把漏报误报的现象降到最低，满足监狱安防的最大需求，能够对于监督犯人的改造、防范监狱的突发事件起到了不可替代的作用。

    智能视频监控充分体现了全方位、高标准的要求，能做到全方位、全天候的对监狱实施现代化的管理，采用一流的数字监控和报警等先进设备，力求实现监控、监听、报警、对讲、广播等多种功能为一体的智能视频监控系统，并以数字化，高智能化进行支持，使其在应用上进行可行性的操作和使用。

    在高新技术数字化发展的今天，数字，智能，高清，整合是监狱系统对视频监控的新要求，实现“向科技要警力”的途径。而实现科技强警，则是预防安全事件的发生的一项重要工作。监狱信息现代化建设，就是加快促进狱政管理工作实现现代化、规范化，是新形势下现代监狱发展需要。

    参考文献：

    [1] 奚吉，蒋银忠.基于物联网和视频分析技术的监狱智能监控系统[J].电子器件，2014，37（6）：1183-1184.

    [2] 李进亮.论智能视频监控技术在监狱中应用[J].信息技术与应用，2016（4）：163-164.

    [3] 彭旑婧.国外智能视频监控技术的发展和应用[J].信息化建设，2015（12）：47-48.

    [4] 阮锐.建设监狱智能管理平台的意义与作用[J].中国公共安全，2014（10）：140-141.

    [5] 韩秋平.智能视频分析跟踪监控系统在监狱中的应用分析[J].中国安防，2014（16）：97-99.

    [6] 刘鹏翼.浅析网络视频监控的智能化[J].信息化建设，2015（11）：303-304.