體育安防的現(xiàn)狀與發(fā)展

　　隨著我國國民經(jīng)濟和國家體育事業(yè)的發(fā)展，國民的體育素質(zhì)得到了很大的提高，越來越多的國際性、綜合性體育盛會也陸續(xù)在中國幾大城市舉行。經(jīng)歷了從上世紀(jì)90年代的北京亞運會到21世紀(jì)的2008年北京奧運會、2010年廣州亞運會和2011年深圳大運會，各承辦城市的經(jīng)濟水平獲得了較快的增長。城市經(jīng)濟發(fā)展反哺于體育事業(yè)，各類新材料、新設(shè)備、新工藝也逐漸應(yīng)用到了新場館的建設(shè)、改造之中，為承接更大型、更高水平的體育盛會做好充分準(zhǔn)備。經(jīng)濟發(fā)展與體育事業(yè)的相互協(xié)調(diào)相互促進(jìn)，為城市經(jīng)濟的發(fā)展形成了一個良好的、向上發(fā)展的循環(huán)體系。

　　當(dāng)然，體育盛會的成功舉辦，離不開強大安保力量的支撐，體育場館作為一種特定的智能建筑或智能建筑群，具有空間大、人員密度大等特殊性，因此對安防系統(tǒng)提出了更高的要求。體育場館對安全防范系統(tǒng)的技術(shù)要求逐漸從簡單的被動防范轉(zhuǎn)向智能化的主動防御。

　　如果說新材料、新設(shè)備和新工藝的使用，會影響到一場體育盛會的整體水平，那安保體系及安保工作的好壞則將直接關(guān)乎到體育盛會能否成功、順利地舉辦。因此，安全防范系統(tǒng)的重要性不言而喻。視頻監(jiān)控系統(tǒng)作為體育場館安保技防的重要組成部分，它的有效存在，充分提高了安保人員的對安全工作的管理效力。

　　體育場館監(jiān)控現(xiàn)狀

　　體育場館的安保體系是一套完善的、功能強大的人防、技防混合體系。通過建設(shè)安全防范技術(shù)體系(技防)，在滿足對各單體建筑安全和管理的需要下，配合場館安保人員管理體系(人防)，實現(xiàn)人防與技防緊密結(jié)合。

　　視頻監(jiān)控系統(tǒng)是體育場館安全防范技術(shù)體系(技防)中的一個重要組成部分，建設(shè)一套完整的、可靠的、智能的、易操作的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，使其作為一個有機的整體對整個場館進(jìn)行監(jiān)控和管理，并接入體育場館安全防范技術(shù)體系，實現(xiàn)體育場館的安防智能化管理，是建立視頻監(jiān)控系統(tǒng)要達(dá)到的目標(biāo)。視頻監(jiān)控系統(tǒng)既是保證場館功能正常的重要保障系統(tǒng)之一，也是一旦緊急情況出現(xiàn)后的，第一時間處理的重要安防系統(tǒng)之一。

　　由于系統(tǒng)技術(shù)和架構(gòu)的限制，較早建設(shè)的體育場館的視頻監(jiān)控系統(tǒng)以模擬系統(tǒng)架構(gòu)為主，主要產(chǎn)品涉及到模擬監(jiān)控攝像機、模擬矩陣和硬盤錄像機。視頻監(jiān)控管理范圍以單體建筑管理為主。對于一般規(guī)模的體育場館或者中小型單體建筑的體育場館，由于建設(shè)投資的限制，視頻監(jiān)控早期簡單的模擬系統(tǒng)架構(gòu)還是有不少的市場需求存在。

　　隨著視頻監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展以及城市綜合性體育場館的建設(shè)，視頻監(jiān)控系統(tǒng)從模擬架構(gòu)衍生出以模擬攝像機、編解碼器為主要產(chǎn)品組成的半網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)架構(gòu)。其主要特點是將前端攝像機模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化信號進(jìn)行傳輸，至管理中心后，還原成模擬信號進(jìn)行電視墻顯示。其特點是廢棄了模擬架構(gòu)中的點對點傳輸方式，簡化了系統(tǒng)傳輸?shù)募軜?gòu)，可以利用結(jié)構(gòu)化綜合布線系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)信號的傳輸。但是從系統(tǒng)造價上，增加了編解碼設(shè)備以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的投入，提高了系統(tǒng)的投資成本。提高投資成本的結(jié)果是：監(jiān)控的畫面顯示效果還是和模擬架構(gòu)系統(tǒng)基本一致、而傳輸實時性上卻略遜色于模擬監(jiān)控。

　　為了滿足不斷發(fā)展的體育場館安保技防建設(shè)，提高視頻監(jiān)控對于體育場館的監(jiān)控管理效力。越來越多的高清、智能視頻監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用于大型體育場館的技防建設(shè)與改造之中。

　　如何實現(xiàn)視頻監(jiān)控的高清化、智能化?前面提到的模擬架構(gòu)和半網(wǎng)絡(luò)化架構(gòu)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)顯然滿足不了體育場館對高清、智能監(jiān)控的需求。

　　隨著視頻監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)高清攝像機和SDI接口的數(shù)字高清攝像機技術(shù)已非常成熟。由網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化攝像機為主構(gòu)成的純數(shù)字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)除了能實現(xiàn)高清監(jiān)控之外，攝像機輸出的原始數(shù)字化信號也避免了在半網(wǎng)絡(luò)化架構(gòu)中由于編解碼過程而引起的視頻信號衰減，保證了視頻信號的傳輸質(zhì)量。同時，隨著視頻監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化，智能分析的應(yīng)用也變得更加簡單。

　　高清、智能技術(shù)在體育場館監(jiān)控中的應(yīng)用

　　高清監(jiān)控應(yīng)用

　　體育場館的視頻監(jiān)控一般設(shè)在場館周界、室外停車場、場館出入口、檢錄廳、主賽場及看臺、熱身訓(xùn)練場、樓梯前室、電梯廳、電梯轎廂、重要機房等區(qū)域。

　　在大多數(shù)室外場所，如周界、室外停車場區(qū)域，一般建議采用標(biāo)清D1分辨率的固定或球型攝像機產(chǎn)品。而在室內(nèi)重點場所，如檢錄廳、場館出入口、比賽場館等作為運動員、來賓、要員及觀眾出入的通道和人員聚集區(qū)，則續(xù)架設(shè)高清(百萬像素)分辨率的攝像機產(chǎn)品實現(xiàn)高清視頻監(jiān)控。透過高清攝像機監(jiān)控覆蓋更大范圍以及更清晰的人員特征及活動情況。這無論是對于攝像機的清晰度、圖像的實時控制要求，還是對于視頻的傳輸、存儲、顯示設(shè)備的技術(shù)要求都相對較高。

　　從視頻監(jiān)控的技術(shù)角度出發(fā)，要實現(xiàn)真正意義上的高清監(jiān)控，滿足“看得清”的監(jiān)控需求，就必須在視頻的采集、編碼、傳輸、實時預(yù)覽、錄像存儲和回放等各個環(huán)節(jié)全面支持高清信號(視頻監(jiān)控系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)如圖1)。

　　將上述系統(tǒng)架構(gòu)與體育場館的實際情況相結(jié)合，可以清晰地把監(jiān)控系統(tǒng)分為前端子系統(tǒng)、傳輸子系統(tǒng)、存儲子系統(tǒng)以及顯示與控制等部分。

　　1、前端子系統(tǒng)高清技術(shù)選擇

　　前端子系統(tǒng)，主要涉及到監(jiān)控系統(tǒng)中的攝像機產(chǎn)品，根據(jù)監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展，目前攝像機實現(xiàn)高清分辨率，根據(jù)輸出信號類型的不同，主要有兩種技術(shù)：數(shù)字高清、網(wǎng)絡(luò)高清。

　　數(shù)字高清：

　　攝像機產(chǎn)品以數(shù)字信號輸出為主，接口一般為SDI或光纖接口，無損視頻碼流達(dá)到1500Mbps。由于無損視頻碼流太大，硬盤規(guī)格相對較小，目前不適合直接存儲，需通過具備雙操作系統(tǒng)的數(shù)字高清硬盤錄像機經(jīng)H.264(MPEG4-part10)編碼后再進(jìn)行本地化存儲。200萬像素經(jīng)編碼后，碼流一般為8Mbps。

　　數(shù)字高清監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸以點對點傳輸方式為主，一般適用于模擬系統(tǒng)的數(shù)字高清網(wǎng)絡(luò)改造。即在不改造原有傳輸線路的情況下，只需更換前端攝像機和后端存儲設(shè)備即可實現(xiàn)高清化監(jiān)控，高清視頻經(jīng)硬盤錄像機編碼和網(wǎng)絡(luò)化之后，可由監(jiān)控中心集中、統(tǒng)一管理。適合分區(qū)管理和集中管理、分區(qū)存儲和集中存儲的兩級管理模式。

　　網(wǎng)絡(luò)高清：

　　網(wǎng)絡(luò)高清，顧名思義，是通過網(wǎng)絡(luò)、以太網(wǎng)傳輸方式傳輸網(wǎng)絡(luò)高清視頻信號，在體育場館的視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，經(jīng)常采用星形架構(gòu)的以太網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)高清網(wǎng)絡(luò)視頻信號的傳輸。傳輸距離根據(jù)選用的線路不同，從百米到幾十公里，與之前模擬、數(shù)字這兩種方式相比，傳輸?shù)脑靸r相對較低，且性能穩(wěn)定，是目前在高清監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用范圍最廣的一種高性價比傳輸方式其攝像機產(chǎn)品以網(wǎng)絡(luò)高清信號輸出，接口為RJ45接口或光纖接口，視頻輸出格式為高清H.264(MPEG4-part10)格式，管理中心存儲設(shè)備支持高清網(wǎng)絡(luò)視頻的存儲，設(shè)備形態(tài)主要以網(wǎng)絡(luò)型硬盤錄像機(NVR)及磁盤陣列(IPSAN)為主，解碼及顯示設(shè)備支持高清視頻的解碼輸出與顯示。

　　高質(zhì)量的200萬高清碼流一般為8Mbps左右。網(wǎng)絡(luò)攝像機部署相對簡單，一根以太網(wǎng)線即可完成視頻傳輸、云臺控制、設(shè)備供電(需攝像機和交換機同時支持PoE供電)。設(shè)備集成度較高，通過最新的DSP芯片處理技術(shù)，可在一個攝像機上完成高清編碼、智能分析等功能，可減少后端服務(wù)器的投入，分散系統(tǒng)故障點。

　　網(wǎng)絡(luò)高清系統(tǒng)的傳輸可利用計算機網(wǎng)絡(luò)的星形傳輸結(jié)構(gòu)，相對數(shù)字高清系統(tǒng)的點位點傳輸方式，鏈路簡單，適用于新建的體育館高清監(jiān)控系統(tǒng)。

　　2、高清傳輸方式選擇

　　目前，高清視頻信號有模擬、數(shù)字、網(wǎng)絡(luò)三種傳輸方式。前兩種方式用于傳輸無損、無壓縮的模擬和數(shù)字高清信號。

　　模擬高清信號傳輸一般采用YPbPr分量傳輸，一路高清視頻信號需要三根同軸線纜同時傳輸，線纜使用量非常大。分量傳輸?shù)木嚯x雖然可以通過第三方設(shè)備延伸，但由于傳輸?shù)氖悄M信號，經(jīng)遠(yuǎn)距離傳輸后信號有損。因此，YPbPr分量傳輸不適合于高清監(jiān)控。

　　數(shù)字高清信號傳輸一般采用DVI、HDMI或者HD-SDI傳輸，其中DVI或HDMI的傳輸距離只有幾米，不適合用于監(jiān)控傳輸，HD-SDI雖可以傳輸百米左右，但對同軸電纜的要求很高，線纜的價格也非常昂貴，因此，對于系統(tǒng)中大規(guī)模的應(yīng)用也只能望而卻步。[nextpage]

　　網(wǎng)絡(luò)高清信號傳輸，顧名思義，是通過網(wǎng)絡(luò)傳輸方式傳輸網(wǎng)絡(luò)高清視頻信號，常采用星形架構(gòu)的以太網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)高清網(wǎng)絡(luò)視頻信號的傳輸。傳輸距離根據(jù)選用的線路不同，從百米到幾十公里，與之前模擬、數(shù)字這兩種方式相比，傳輸?shù)脑靸r相對較低，且性能穩(wěn)定，是目前在高清監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用范圍最廣的一種高性價比傳輸方式。

　　目前，以太網(wǎng)帶寬已經(jīng)可以實現(xiàn)100/1000Mbps到桌面(終端設(shè)備)，核心單端口萬兆帶寬。因此，體育場館內(nèi)的局域網(wǎng)絡(luò)完全可以擔(dān)負(fù)起任何大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)高清監(jiān)控系統(tǒng)的高清信號傳輸。

　　對于廣域網(wǎng)而言，由于帶寬限制，網(wǎng)絡(luò)高清視頻在廣域網(wǎng)上傳輸存在限制，加強廣域網(wǎng)帶寬建設(shè)是解決高清傳輸和網(wǎng)絡(luò)帶寬問題的重要途徑。另外，對于同一視頻源多個用戶訪問時的重復(fù)占用帶寬問題，通過流媒體轉(zhuǎn)發(fā)、組播等技術(shù)的使用可以降低此類情況的帶寬重復(fù)占用。

　　3、存儲模式選擇

　　高清化、網(wǎng)絡(luò)化的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，一般采用IPSAN(iSCSI)、NVR等存儲方式進(jìn)行海量視頻數(shù)據(jù)的存儲。大型、多場館的體育建筑，建筑體相對分散，對于系統(tǒng)管理來說，一方面需要實現(xiàn)集中管理，另一方面也應(yīng)實現(xiàn)穩(wěn)定的本地化管理。在這里，建議使用NVR模式的存儲方式。NVR存儲模式，采用的NVR存儲設(shè)備自帶雙操作系統(tǒng)，支持本地化管理，確保了存儲功能及系統(tǒng)運行的穩(wěn)定(IPSAN與NVR存儲技術(shù)的對比見表1)。

　　4、高清顯示選擇

　　高清效果必須使用優(yōu)秀的顯示設(shè)備才能表現(xiàn)出來。后端的顯示設(shè)備一般有CRT、LCD、PDP三種。而高清顯示效果必須要使用大尺寸、具有高清分辨率的顯示器才能表現(xiàn)出來，現(xiàn)在采用的高清顯示，基本使用拼接大屏。目前拼接屏中DLP最成熟，但LCD拼接墻也正在逐漸搶占市場，從清晰度來說，LCD完全可以滿足1080P的使用要求。此外還有新的顯示技術(shù)(如OLED高清屏)等都已將高清晰指標(biāo)放在最重要的位置，而各類顯示屏也都將16∶9寬屏成為高清產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格。

　　在接口方面，高清數(shù)字接口也成為了液晶拼接屏的標(biāo)配，常見的DVI、HDMI、HD-SDI等接口都廣泛應(yīng)用在不同型號和廠家的顯示設(shè)備中。不同的接口有各自的優(yōu)點。譬如，DVI接口的傳輸完全采用了數(shù)字格式，保證了視頻源到顯示終端傳輸過程中信息的完整性，可以得到更快捷的傳輸速度以及更清晰的影像。再如HDMI接口，避免了DVI接口面積過大、不能傳輸音頻等缺點，雖然HDMI最高傳輸速度小于DVI(DVI可達(dá)8Gbps，HDMI為5Gbps，最高畫質(zhì)的HDTV信號傳輸需要2Gbps)，但其支持八聲道或單聲道的數(shù)碼音頻傳輸，無需單獨使用音頻連接線。同時其連接線的長度也可以達(dá)到20多米(DVI線在8米以上就會影響畫質(zhì))。與DVI接口相比，HDMI不僅擁有更高帶寬和更高分辨力等特性，還能集視頻傳輸和音頻傳輸于一身，大大簡化了線纜的連接。

　　智能分析應(yīng)用

　　體育場館在視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)中，基本確立了“全方位、立體式”的建設(shè)目標(biāo)，尤其在智能監(jiān)控系統(tǒng)部署上提出了全面監(jiān)控的要求，其中包括多種最新智能視頻技術(shù)的整合應(yīng)用。智能視頻分析主要包括兩大類：一類是基于背景建模技術(shù)的智能行為分析;另一類是基于特征識別技術(shù)的智能特征識別(如圖2所示)。智能行為分析，其原理主要是：對視頻流采用對運動目標(biāo)的檢測、跟蹤、分類技術(shù)，將視頻內(nèi)的目標(biāo)經(jīng)背景建模、前景目標(biāo)分割、跟蹤及分類等圖像識別算法，完成由圖像數(shù)據(jù)到事件參數(shù)的轉(zhuǎn)變，從而實現(xiàn)對各種突發(fā)事件的實時智能檢測。智能特征識別是通過建立特征識別無需背景模型而需要目標(biāo)物體的特征，因此機器會存有一個可以用于描述這些特征的數(shù)據(jù)庫，特征識別也就是在所得的圖像中尋找與特征庫里具有一定相似程度的物體以進(jìn)行匹配，如果特殊庫里描述的特征越多，得到的結(jié)果越正確，同時需要的計算量也越大。

　　體育場館智能分析的應(yīng)用，主要包括以下幾點。

　　· 非法闖入人員自動檢測、報警。為防止有人未經(jīng)許可闖入體育場館，出現(xiàn)漏票、逃票等情況，需要對館區(qū)周界區(qū)域進(jìn)行視頻智能分析，對周界入侵行為進(jìn)行檢測;當(dāng)檢測到有目標(biāo)入侵場館周界即產(chǎn)生報警，并驅(qū)動球機進(jìn)行自動跟蹤，對入侵目標(biāo)進(jìn)行取證;

　　· 異常事件的自動檢測。對館內(nèi)重要區(qū)域的視頻進(jìn)行智能分析，對多種異常事件進(jìn)行檢測，包括徘徊、物品拿取、物品放置、涂鴉、違章停車等異常事件的檢測;

　　· 設(shè)備運行狀態(tài)的自檢測。為了保障體育場館視頻監(jiān)控系統(tǒng)的正常運作，系統(tǒng)需要支持?jǐn)z像機異常狀態(tài)檢測功能，對攝像機的多種異常狀態(tài)進(jìn)行檢測，包括視頻線斷開、攝像機被破壞及攝像機被移動等;

　　· 事后快速取證。為了在發(fā)生異常事件后，快速定位及取證，系統(tǒng)需要具有事件后檢索功能，能夠?qū)ο到y(tǒng)內(nèi)任意一路視頻進(jìn)行快速事件檢索，及時定位異常事件發(fā)生的時間點;

　　· 客流量統(tǒng)計。體育場館舉辦各類賽事、表演時是客流量最高的時候，一方面高密度的客流量給商家?guī)睚嫶蟮纳虣C;另一方面，密集的客流量也增加了安保、服務(wù)等管理上困難。因此，如果能掌握正確的客流量數(shù)據(jù)，就能幫助我們做出正確的決策。

　　客流量統(tǒng)計數(shù)據(jù)是體育場館在管理和決策方面不可缺少的數(shù)據(jù)。而對相關(guān)職能部門而言，得到相對確切的客流量統(tǒng)計數(shù)據(jù)，可以指導(dǎo)合理的安保措施，服務(wù)措施，同時也可以更加有效的配置公共資源，提高公共資源的利用率，更好的為公眾服務(wù)。

　　結(jié)語

　　隨著高端應(yīng)用的日趨成熟，越來越多的體育場館視頻監(jiān)控將會從“看得見”到“看得清”的方向轉(zhuǎn)變，高清、智能技術(shù)將是視頻監(jiān)控系統(tǒng)在體育場館中的主流應(yīng)用技術(shù)。同時，配套的智能后檢索、云存儲的技術(shù)應(yīng)用也將大大提高信息獲取的效率，降低管理人員從海量數(shù)據(jù)中獲取價值信息的工作強度，提高安保的智能化管理水平。

　　隨著視頻監(jiān)控技術(shù)和3D建模技術(shù)、智能分析技術(shù)、傳感技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。體育場館的視頻監(jiān)控系統(tǒng)將是一個以3D地圖為顯示載體，以視頻監(jiān)控畫面為主要顯示內(nèi)容，重點突出體育場館內(nèi)各類人員活動信息、具備對異常情況進(jìn)行主動防御和提醒的3D實景展示系統(tǒng)。屆時3D地圖技術(shù)、傳感技術(shù)與數(shù)據(jù)與圖像顯示技術(shù)等技術(shù)數(shù)據(jù)的融合、分析、利用和展現(xiàn)將是整個視頻監(jiān)控系統(tǒng)后3D時代的技術(shù)難點所在。