陈海奇1 章益飞1 卻星旭2 王斌2
1、杭州大江东产业集聚区水利工程管理所 杭州 311228；2、浙江禹贡信息科技有限公司 杭州 310052
摘要
本应用的主要研究内容为基于视觉识别算法的主动侦测，并以此触发海塘堤防管理部门的管理手段介入。整体框架限定于对涉水违法行为的光学智能识别算法的开发、预警机制的研究和响应体系的建立，以及为实现这一目标的辅助设施的集成开发。视频监控系统和入侵探测报警系统作为安防领域的重要组成部分，应用范围广泛，已得到诸多行业的认可，此次研究内容将AI视频监控系统、入侵探测报警系统进行合理的联动集成使用，可带来诸多优质的扩展功能。
关键词：海塘江堤；AI智能视觉识别；入侵预警；联动集成
前言
近年来水利和环保部门通过在标准海塘建设和五水共治等项目中的巨大投入，使得不少堤段和江面环境大为改观，成为城市景观，吸引了广大群众前来赏景、休闲和运动。人流量的增加，使得沿江安全管理任务艰巨而繁重，尤其在钱塘江嘉兴段至杭州段沿岸，钱塘江涌潮的特殊性，使得防止出现人员安全事故的需求显得尤为急迫。
为了预防和减少因违规涉水而引起的人员伤亡事件的发生，海塘江堤巡查的工作量巨大，责任也较重，但是巡查人员有限，单凭人力，很难做到无缝管理。而各工程管理段原有的安防系统，主要作用仅对堤顶道路进行目视监测或事后查看和取证，无法主动发现翻越堤顶护栏或下水游玩等违法行为，并且缺乏事前防范和事中应急机制。
本应用研究在于研发一套海塘江堤入侵预警系统，让系统能主动介入堤防巡查工作，形成有效的人机联动闭环工作机制，大大提高工作效率，有效预防和减少涉水人员伤亡事情，及时制止违法系统。
1入侵预警技术路线
系统的关键技术具体有两项，一项是AI智能识别算法，另一项是预警机制研究，两者是独立统一的关系，AI智能识别算法布置在前端，预警系统布置在云服务器上。整个系统关键所在是AI智能识别算法的应用，预警系统起到辅助和决策分析作用。整个系统的技术路线如下图：
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图1 预警技术路线
1.1对涉水违法行为自动识别
行为自动识别是利用计算机技术实现视频内容的自动分析，目的是使机器视觉系统具有人眼一样的感知功能，基于视频流的运动人体行为识别是智能视频监控的主要研究内容，它从视频序列中检测、跟踪、识别运动人体，并对其行为进行理解和描述。基于行为分析的智能视频监控系统不仅能够实现自动实时报警，解决了传统监控系统的事后性，而且还可以节省大量的人力和财力，给社会带来极大地经济收益。
在该应用中，设备前端嵌入1套AI智能识别算法，AI智能识别算法的应用是对涉水违法等行为有效信息抓取的核心，基于图像识别的违法、违规及危险行为进行识别算法的深度开发，通过数据积累，扩充数据库容量，支撑算法的不断优化和学习。达到有效识别人、物目标，有效避免误报警，提高报警效率。精准对翻越堤顶护栏/挡浪墙、堤防迎水坡行走、游泳嬉水、违规垂钓、水面船只活动等入侵行为进行实时动态监控。实现自动分辨设定距离范围内涉水违法行为的监视，智能远程巡逻，快速发现异常行为。
同时采用人工智能算法，远距离人脸抓拍识别，实时抓拍人脸图片，并进行比对预警，及时发现和锁定历史高频违规、违法黑名单等高风险人员。
1.2对涉水违法行为自动预警机制
在制高点部署720°可旋转的星光级网络高清智能球机，实现对数公里范围内的水面、堤防岸线活动进行有效监控，并可搭配高清双目云台热成像相机，该相机支持可见光和红外热成像，在晚上的时候看的更远，透雾效果好，在夜晚对水面监控更可靠。潮水流速流向监测使用超声波多普勒流速流向仪，可以实时监测水域水流速和流向。涌潮压力监测统使用高精度压阻式数字压力传感器，同时通过相关配套潮压监测软件系统，可以实时远程监测水域涌潮压力。水位监测使用智能AI高清视频水位监测专用摄像头，高性能视频水位计专用摄像头中植入人工智能，支持深度学习算法，在人工智能x高清摄像机内部通过深度学习的算法解决了风浪、水体透明度、倒影、光照等因素的影响，直接识别水尺图像的水位，通过不断的优化算法，最终可将识别的水位精度控制在±2cm，
在云服务器上设置的入侵预警机制系统，可结合实时水位、来潮时间、潮位大小、现场地形、人员违法违规类型等边界条件来确定不同的预警策略，使得识别结果触发预警机制，及时将定位信息和关键帧传至最近巡查人员，并将突发事件的各阶段影像资料自动存档。
1.3信息发布系统，通过媒介发布预警信息
在预警机制启动时，集成信息声光报警开启，使用公共广播系统或LED大屏及时发布预警信息，必要时启动无人机快速自动定点飞行前往违法行为发生地，进行录像近距离取证和语音警告，通过语音实现远程的语言喊话功能，实现劝阻、吓阻，提高管理人员的管理效率和及时程度，并且在一定程度上避免了面对面的冲突，保护了管理人员的人身安全。同时附近巡查人员收到预警平台发出的定位信息和关键帧照片及视频证据，根据现场状况，可短时间前往现场进行处理。
2实验结果
为了验证本文提出海塘堤防视频监控入侵监测报警方法的性能，实验采用视频监控对钱塘江海塘堤防试验点区域进行长时间的视频监控，监视现场市民真实入侵行为和实验人员人为模拟入侵行为，随机抽取不同时间段50次报警结果，其结果如表 1 所示。
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抽样测试结果显示，第一次取样出现漏报情况，调整摄像机低照度情况下灵敏度后，未出现识别错误报警或漏报。
3结束语
本研究的意义，在于研发一套海塘江堤入侵预警系统，让视频监控和入侵探测报警在海塘江堤中组合应用，让系统能主动介入堤防巡查工作，形成有效的人机联动闭环工作机制，大大提高工作效率，有效预防和减少涉水人员伤亡事情，及时制止违法违规行为。可显著改善海塘江堤巡查管理人员不足的情况；有助于明显降低涉水人员安全事故的发生，促进和谐社会的建设；用先进科学技术增加水行政人员的管理手段，提高执法效率。
该算法实现完成及机器学习环境定型后，可以形成系列产品和适配服务，面向灌区、闸站、河道、山塘、小型水库等水利工程进行推广，最大限度的预防安全事故的发生。而预警机制的建立及实践，也可以为基层巡查指挥体系，水行政工作方式提供改进方式。
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基金项目：浙江省水利厅科技项目（RC1977）.
作者简介：陈海奇（1978—），男，工程师 .