视频智能分析技术在故宫安全技术防范中应用的探讨

　　张志方

　　【摘 要】故宫博物院成立于1925 年，是在明清皇宫及其收藏基础上建立起来的大型综合性古代艺术博物馆。当前故宫视频监控系统已经应用成熟，但海量的视频监控资源缺少智能分析手段，不能将庞大的视频资源充分利用，实现精准分析以达到预警效果。利用视频智能分析技术可以对故宫监控场景下的文物、古建、目标人员开展智能分析，能够及时发现存在的安全隐患或异常行为，是故宫安全技术防范能力提升的重要一环。

　　【关键词】故宫博物院；安全技术防范；视频智能分析；应用探讨

　　故宫博物院建立于1925年，是在明、清朝两代皇宫及其收藏的基础上建立起来的大型综合性博物馆，其文物收藏主要来源于清代宫中旧藏，院内共有藏品186 万件（套），其中珍贵文物占比高达90%。故宫是世界上现存规模最大、保存最完整的古代宫殿建筑群，是全国重点文物保护单位、世界文化遗产地、国家5A级旅游景区，每年承担着繁重的观众参观任务，安全工作压力巨大。与此同时，故宫还是我国对外交流的重要名片，国际交流频繁，经常承担国家重大外事任务。无论从地理位置，还是特殊身份来看，保障故宫安全都是重中之重。因此，要始终落实、落细常态化安全防范措施，科学精准有效构建安全防范屏障，切实做好故宫博物院的安全防范工作。

　　2013年故宫博物院开展了“平安故宫”工程项目，使故宫在防火、防盗、防恐、防突发事件等安全防范方面取得较大的进步，实现了故宫线下人防、物防、技防相结合的安全防范系统。为持续提升故宫安防能力，建设更加科学、牢靠的安防管理体系，开展好故宫安防常态化工作，结合故宫博物院“十四五”发展规划，2021 年底故宫博物院正式启动了“故宫安全防范项目”。根据故宫博物院安防系统现状以及存在的各种急需解决技术问题，逐步在故宫安防管理工作的制度化、精细化和数字化等方面做好坚实的系统建设，最终形成完善的安防管理体系。其中对视频监控系统开展能力提升工作增强视频智能分析能力，对故宫文物保护、安全隐患排查起到了至关重要的作用。不仅可以降低人力成本，减少人为干扰因素，还能够实现对安全隐患的提前感知预判，辅助工作人员提高管理效率，进一步提升故宫安防防控管理水平。

　　一、应用视频智能分析技术的意义

　　视频智能分析技术在博物馆安防行业的应用意义非常重要，在传统的视频监控系统应用中，视频监控录像都是由监控室值机人员进行24小时值守查看和人工分析判断，进而起到安全防护的作用，但是现在传统的视频监控系统已逐渐不适应新形势下安全防护要求。由于视频监控系统主要依赖人工24小时值守查看，对于故宫而言有3000多路监控画面、65块显示屏，值机人员对所有的监控场景情况并不能及时掌控并加以判断，往往视频监控只能发挥事后追溯还原事件的作用，无法实现事前预警，浪费了海量的视频资源。另外，即便是事后追溯，对于调取监控的效率也是极低的。如应用视频智能分析技术，这些问题就可以得到解决。

　　视频智能分析是一种计算机图像视觉技术，利用人工智能、图像处理、机器学习、人脸识别等先进技术，对大规模的视频图像数据进行分析、挖掘和推断的分析算法。它能够从数据中提取出有价值的信息，帮助使用者做出精准的判断、明智的决策。视频智能分析技术通过学习和训练算法，使安防系统具备自主决策和响应的能力，系统可以根据预先设定的规则和模型，自动识别异常情况并采取相应的措施，例如自动预警、报警、启动应急预案等，使安全响应更加迅速有效。视频智能分析技术能够处理大规模的视频数据，并通过数据挖掘和分析，总结事件规律及发展趋势。这样可以通过对历史数据和行为模式的分析，进行风险评估和预测，及时发现“异常情况”预防潜在的安全事件发生。由此看来，视频智能分析在安防领域中可以发挥巨大的作用。

　　二、视频智能分析的应用分类

　　（一）实时报警

　　传统的监控摄像机只能记录当前场景信息，如果有事件发生，除非监控室值机人员能够及时发现，否则很难在第一时间获取当前场景情况。应用视频智能分析技术可以对监控场景进行实时分析，如果分析目标场景的情况满足预设的报警条件时，就可以向值机人员发出报警信号得到及时地处置。所以加入视频智能分析技术，可以实现实时报警，减少人员对风险判断的主观性、提高报警准确性和处置效率。

　　（二）数据统计

　　视频智能分析的应用可以进行科学的人流监测，然后运用数据做成报表，提高了工作的效率，也可以为人流疏导和防踩踏事件向管理人员提供实时、直观、准确的观众人数数据，还可以向游客提供合理的参观路线和游览决策等数据。

　　（三）属性识别

　　视频智能分析技术的属性识别是对监控画面中的目标根据不同的属性进行自动识别，通过对实时及历史监控视频数据进行智能分析，获取如性别、年龄段、衣着颜色、衣着款式、携带物、运动状态等多维属性特征，并建立活动目标模型，快速解析与定位目标人员。也可对物体状态进行识别，如识别吸烟、火焰等。

　　（四）图像处理

　　图像处理类智能分析技术是把监控画面通过技术处理以后，把不清楚模糊的画面运用科学的计算方法来对其进行处理，调高画面清晰度，实现清晰的监控视频画面。以便对监控场景进行更好地分析与判断[1]。

　　三、视频智能分析在故宫安全技术防范中应用的探讨

　　（一）视频智能分析在故宫消防中的应用探讨

　　故宫博物院作为世界上现存规模最大、保存最完整的古代木质宫殿建筑群，一旦发生火灾将会造成无法弥补的损失。室内低矮建筑防火通常可以利用感烟火灾探测器、空气采样火灾探测器等多种方式进行探测，但故宫总占地面积为72万平方米，存在诸多室内高大空间及室外空旷空间，如在这些地方发生火情，不能第一时间发现处置，也会对木质古建筑造成巨大威胁。

　　2013年起故宫正式实行全面“禁烟”，火源的消除，降低了火灾风险，但极个别游客的不文明吸烟行为，仍对古建筑安全产生隐患。通过应用视频智能分析技术，利用现有的监控摄像机对故宫室外空旷空间、高大古建筑内部进行监控，能够在没有火灾探测器的室外空旷空间或是高大古建筑内部火灾探测器周围温度和烟雾浓度都还没有到达报警阈值时，通过检测监控画面中烟雾和火焰的亮度、颜色信息、纹理、边界粗糙度、圆形度、面积以及火焰的运动特性等特征参数[2]，结合预先学习的大量火灾初期烟雾、火焰的视频数据进行比较辨识，一旦特征数据吻合，就能够触发报警信号并显示现场最直观的视频图像，在极早期发现火灾风险。这一技术对于常见可燃物的烟雾、火焰的识别准确率和报警灵敏度均可达到较高水平。也可以通过加装热成像摄像机或红外摄像机，将视频图像转化为温度信息。结合视频智能分析算法，检测出温度异常的区域，发现潜在的隐患。

　　（二）视频智能分析在故宫安防中的应用探讨

　　1.故宫正在打造“四层防护圈”的安防理念，“四层防护圈”分别指城墙、红墙、院墙+卡口、殿宇墙，通过对边界及卡口的严密防护，做到“进出有感知，异常即报警”，形成完整有效的防护圈。视频智能分析技术在这“四层防护圈”的建设中，均可以发挥其重要的作用。例如：在故宫的四个城门洞设置具备人脸识别功能的监控摄像机，通过视频智能分析算法和人脸识别技术，对视频监控图像或摄像机捕获的静态图像进行分析，并将人脸与已知数据库中的人脸进行比对。可以实现观众从步入故宫参观到参观结束的闭合管理。系统自动比对入院和出院信息，辅助每天故宫的封门检查工作，减少观众滞留带来的风险隐患；通过在城墙上设置的监控摄像机，利用视频智能分析技术，在所监控的画面上设置虚拟绊线（与城墙的物理边界一致），并制定人员穿越虚拟绊线的规则。当有人员企图翻越城墙时，系统即向值机人员发出报警信息，可以结合城墙上现有的微波缆式报警器复合使用，提高监测准确度；通过在重要的通道卡口设置清晰度高、夜视效果好的监控摄像机，利用视频智能分析技术，对人脸、人体、人员路径进行智能分析与判断，进行实时抓拍，在抓拍库中选择多张人脸图像确定其采集的时间和地点作为轨迹的暂存图片，系统会根据暂存架中的多张人脸图像，自动在系统地图上按时间顺序形成目标人员轨迹，提高工作人员寻找目标人员的效率。还可以通过智能分析，掌握目标人员在博物馆中的动态，从而了解目标人群在博物馆中关注点等相关信息，也可为展览策划提供辅助决策。通过视频智能分析技术可以对文物展厅、文创商店等室内人员密集场所进行出入口的流量智能统计，计算当前展厅、商店的观众入场数量，在大屏幕或公众号上实时通过客流量热力图直观地反映出来，并显示拥挤程度百分比，如果数值超过预设值，就发出预警。如此，能够为安全管理部门提供实时、直观、准确的观众人数数据，方便及时展开人流疏导、预防踩踏；也可为观众提供合理的参观路线，为世界文化遗产保护提供数据支撑。

　　2.故宫博物院共有藏品1863404件/套，包含可移动文物和不可移动文物。故宫院内就存在如铁缸铜缸、盆景、奇石等这些都是不可移动的文物，它们的安全也同等重要。除了利用护栏、警戒线等传统物理方式隔离出相对安全的空间保障文物安全，在应用视频智能分析技术后，可以根据现场需要分别设置区域入侵侦测，当警戒区域内出现情况，值机人员可第一时间发现并协同现场工作人员进行处置。也可以对指定区域或物品进行状态检测，针对系统所划定的区域内的物品状态变化（与初始状态相比突然消失或突然出现）进行检测、对比和分析，可以判断例如院落内不可移动文物是否遗失、广场上是否存在可疑物等，自动向值机人员发出报警信息并采取处理措施，有效地控制潜在危险。

　　3.故宫博物院地处首都政治核心区域，安全等级高，安全工作压力巨大。所谓故宫无小事，事事连政治。如何进一步提升防恐、防爆、防突发事件的应急响应，已成为故宫博物院新的重要挑战。利用视频智能分析技术可以在监控图像实现对检测区域内人员拉横幅、张贴横幅或者面板的行为进行预警，对故宫院内开放区域进行监测，判断是否有未经批准擅自拉起横幅的情况。如果检测到有乱拉横幅现象，则标记位置，发送乱拉横幅预警，并在电子地图上显示报警位置，通知工作人员及时处理。

　　四、进行视频智能分析的监控摄像机安装要求

　　合理选择摄像机及其安装位置与角度，可以在条件允许的情况下尽量降低监控场景的复杂度，凸显有效的信息。对于不同的应用场景，摄像机的选用和安装是不同的：人脸识别摄像机宜采用高精度快速识别设备，能够灵活应对不同环境下的变化，能够适应光线暗弱的环境、倾斜角度变化等条件下的人脸特征识别。具有抗干扰能力，在人群拥挤的环境下，能够正确识别目标人脸，不被周围干扰因素所影响。通过网络连接，将识别结果实时传输至服务器上进行分析记录；监控摄像机安装前需对在保护对象本体上安装的位置及安装条件进行勘察、规划和评估，保证设备安装对保护对象本体的最小干预和可恢复性，设置在不易受外界损伤的场所，注意隐蔽性，外涂颜色与环境协调，充分利用原有支架，不在古建上重新打孔、开槽；室内摄像机安装高度2.5m～5.0m为宜，室外安装高度3.5m～10m为宜，室外摄像机加装能适应现场环境的多功能防护罩，一般安装在大殿屋檐下角部位置，位置高、视野好、覆盖面广。如需逆光安装时，需选用具有逆光补偿功能的摄像机；开展视频智能分析的摄像机，最低光照强度需达到1Lux（彩色）、0.1Lux（黑白）。

　　结语

　　视频智能分析技术在博物馆消防、安防领域有着巨大的发展前景。随着大数据和计算能力的不断发展，视频智能分析技术的应用将能够实现更精确和实时地预测。这将为博物馆的管理者提供更准确的警报和预警信息，以便更好地应对安全风险。视频智能分析技术还可以实现自主决策和协同决策，通过分析和理解大量数据，可以根据预定的策略和规则，自动采取措施应对安全事件，提高响应的速度和精确性。深度学习和迁移学习等新兴技术具有更强大的分析能力和泛化能力。这将使得视频智能分析技术更加适应不同场景和数据类型的需求，从而提高系统的效率和准确性。总的来说，视频智能分析技术在博物馆领域的应用前景广阔，能够提供更智能、高效和准确的安全解决方案。

　　应用视频智能分析技术能够切实提升故宫博物院安全技术防范系统科学化、智能化能力，在保障院落格局、保护故宫古建筑本体的前提下，筑牢文物安全底线，进一步提升故宫安防整体防控管理水平，实现“设施最完善、技术最先进、管理最严格”的故宫安防体系，确保故宫安全。

　　参考文献：

　　[1] 史峰. 试析智能分析技术在视频监控系统中的集成应用[J]. 科技创新与应用,2016(20):88.

　　[2] 闫家伟, 张苗, 宋文华. 智能视频分析技术在火灾防控中的应用[J]. 南开大学学报（自然科学版）,2021,54(3):108-112.