文/ 张敬锋 刘琼 李磊 马韵洁 杨超

摘要:当前，随着公共安全视频监控建设联网应用不断深化，其工作重点已由工程建设向视频监控智能化应用转变。为适应公共安全视频监控建设联网应用发展需求，提升整体科学性，迫切需要建立一套城市公共安全视频监控评估评价体系及系统，实现城市级视频监控系统的评估与评价。文章构建了城市视频监控系统的评估体系及视频监控系统的评价体系，最终给用户提供具备评估功能和评价功能的软件平台，对提高城市公共安全视频监控系统建设具有重要指导意义。

关键词:公共安全 视频监控 专家系统 评估体系 评价体系

1 引言

很多学者进行了基于公共安全视频监控系统的相关研究，丁雷[1]对无锡市智慧城市公共安全视频监控网络进行了设计，管名豪研究了校园视频监控系统评价指标体系 ，胡洁等构建了视频监控卡口系统后评价指标体系，闻辉等研究了智能视频监控系统的现状并进行了相关展望，瞿浩针对智能视频监控技术进行了研究探索，胡正平等基于视频监控系统的异常检测方法进行了研究，周培培等对视频监控中的人群异常行为进行了研究，马忠基于视频监控深度解析融合技术进行了实战应用研究等等。

上述研究大多针对视频监控技术及应用，面向视频监控系统评估评价体系的研究较少，即使建立了一些视频监控系统评价指标方法，但评价维度仍较为单一，未形成完整的指标体系，无法对视频监控系统的整体效能进行合理评价。

2城市公共安全视频监控系统评估评价理论体系架构

通过构建评估体系和评价体系，形成“评估评价体系理论基础”。在评估体系构建阶段，基于对视频监控系统软硬件架构的充分了解，确定评估体系的输出内容；并通过对系统规划经验的归纳总结，以及对系统规划影响因素的数学建模，完成评估方法的研究，形成城市公共安全视频监控系统的评估体系。同时对实现自动化评估所涉及的技术及模型进行研究，为后续软件平台的研发奠定基础。在评价体系构建阶段，基于视频监控系统的基本架构设计效能评价指标，并在评价模型构建理论的指导下，确定各项指标的评分标准和指标权重，形成城市公共安全视频监控系统的评价体系，如图1所示。

评估体系的研究实现了对未建城市视频监控系统规划的可量化；评价体系的研究实现对已建城市视频监控系统效能考评的系统化，从而达到城市公共安全视频监控系统评估、建设、评价的闭环，进一步实现视频监控系统评估评价理论体系的螺旋式上升，推动城市公共安全视频监控系统建设集约化、指标体系化、业务智能化，促进全域覆盖、全网共享、全时可用、全程可控的视频监控建设应用。

图1 城市公共安全视频监控系统评估评价理论体系架构

3 城市公共安全视频监控系统评估体系

3.1 评估指标体系设计

公共安全视频监控系统评估体系以空间地理信息系统数据为主，以公安关注度、区域活跃度等指标为辅对视频监控系统的前端、网络、存储、平台等方面的规划原则和方法进行研究，构建城市公共安全视频监控系统的评估体系，如图2所示。

图2 城市公共安全视频监控系统的评估体系

3.2 评估知识获取

3.2.1 前端评估知识获取

3.2.1.1 前端点位布设评估指标体系

根据《公共安全重点区域视频图像信息采集规范》（GB 37300）对重点区域视频采集要求并充分兼顾政府相关主管部门的管理需求，将影响前端选址的因素归纳为道路节点因素、路段重要度因素、单位重要度因素和场所重要度因素。同时，为适应城市不同区域之间的差异性，将区域活跃度、区域案事件态势和区域防范能力作为补充因素完善前端布点评估。指标内容如图3所示。

图3 城市公共安全视频监控摄像机数量评估指标

1）道路节点因素。城市道路可分为快速路、干路和支路三个等级。道路节点包括干道与干道交口、干道与支路交口、支路与支路交口。各类交口按形状分为T字形路口、十字形路口场景、五岔型路口和环形路口等。以十字形的干道与干道交口为例，布点方法是在一组相对的路缘交点附近安装高清枪机和高清球机，其中高清枪机定点监控对向的道路。

2）路段重要度因素。路段重要度从道路等级、路段类型、边界属性等方面考虑，包括交通干线情况、越障道路情况、过街设施情况、边界路段情况。路段监控布点的基本方法是在交通干线出入口及路段上设置车辆卡口摄像机，在交通干道两侧的人行道上安装人像卡口摄像机；在越障道路一端安装车辆卡口摄像机；在过街设施处安装人像卡口摄像机和高清球机；在边界路段上安装车辆卡口摄像机。

3）单位重要度因素。单位重要程度根据单位职能来决定。公共安全视频监控系统防控重点单位包括党政及涉外机构、基础物资供应单位、宣传广播单位、通信邮政单位、教育单位、医疗单位、科研单位和物资储备单位等。布点方法是在单位出入口布设高清球机；对于党政及涉外机构、医疗单位等还可在人员进出通道安装人像卡口摄像机，在车辆进出通道安装车辆卡口摄像机。

4）场所重要度因素。场所重要度因素包括交通枢纽情况、车辆交易场、车辆落脚点情况、人群聚集场所情况、居住场所情况、金融交易场所情况、文化宗教场所情况、娱乐场所情况等。重要场所的布点方法是在场所出入口安装高清枪机和高清球机；对于体育馆等人群集散场所可在周边路段安装人像卡口摄像机。

5）区域活跃度因素。区域活跃度从区域内人口密度及车流量情况来判断。对于人口密集区域，布点方法是在次干道的人行道上补充人像卡口摄像机。对于车流密集区域，布点方法是在区域路段上补充车辆卡口摄像机。

6）区域案事件态势因素。区域案事件态势通过区域内公共安全违法犯罪案件的情况来反映。此类区域的布点方法是在次干道及支路路段上补充车辆卡口摄像机；在人行道路段上补充人像卡口摄像机。

7）区域防范能力因素。区域防范能力主要从人防、物防、技防三个方面的安全防范情况进行评估。安全防范能力较差的区域通常为三无小区和城中村。布点方法是在进出上述区域的路口安装高清枪机和高清球机；在区域出入口路段上安装人像卡口摄像机。

3.2.1.2前端点位数量评估指标体系

按监控目的可将视频监控系统所使用的图像采集设备分为两类：场景监控类设备和特征监控类设备。前者主要为高清枪机、高清球机，以识别人车的行动轨迹为目标。后者主要为人像卡口摄像机和车辆卡口摄像机，以识别人车特征为目标。

本文将影响公共安全视频监控系统应建摄像机数量的城市因素归纳为五个方面，具体内容如图4所示。

图4 城市所需公共安全视频监控摄像机数量评估指标

一是城市等级因素包括城市行政等级和城市规模等级。按行政等级可将城市分为直辖市、副省级城市/计划单列市、地级市、县级市。城市行政等级通常决定了城市发展水平和发展前景。按人口规模可将城市分为小城市、中等城市、大城市、特大城市等。

二是经济水平因素包括城区生产总值、城镇常住居民人均可支配收入、城镇居民恩格尔系数。城区生产总值不含城市所辖县域的国内生产总值情况，更真实的反映了城市的经济发展水平。城镇常住居民人均可支配收入标志了居民即期的消费能力，与城市基本公共服务的支出具有一定的相关性。城镇居民恩格尔系数是指食品支出占居民总消费支出的比例，反映了城市的富裕程度。

三是城市空间因素是指建成区面积和建成区路网密度。公共安全视频监控系统的前端设备布设在城市的各个角落，为实现“覆盖重点、连接成线、封闭成环、汇聚成网”的监控布点格局，必然需要使摄像机的安装密度达到一定标准。城市道路则是最为基础和重要的城市公共空间，将建成区路网密度作为城市空间因素可进一步反映出城市空间的情况。

四是城市人车因素包括城区人口数量和城市机动车保有量。城市人车因素是对城市空间因素的补充，可在一定程度上反映出城市公共空间的复杂程度，如城市小区数量、商场数量、加油站数量等。

五是公共安全态势包括暴恐案件发生频度、刑事案件发生率、治安案件发生率和收入基尼系数。收入基尼系数反映了社会成员的收入差距，系数越大表示不平等程度越高。收入基尼系数过大会引发一系列社会问题，进而造成社会动荡。

城市公共安全视频监控系统应建摄像机数量计算公式如下：

式中xi代表各种评估指标，如城市行政等级、城市规模等级等；yj是各类摄像机的数量，如高清枪机数量、高清球机数量等；fi是与yj相对应的评估函数，如高清枪机数量评估函数，高清球机数量评估函数。

3.2.2 网络评估知识获取

视频监控传输网络建设的目的是将各前端子系统集中联网并形成统一的专用网络。网络规划的合理与否，对于视频监控系统的稳定性具有重要影响。本部分从网络结构、传输带宽等方面研究视频监控系统传输网络的规划方法。

对于视频监控系统的传输网络推荐采用星形架构，其特点是易于扩展、故障隔离较容易、控制简单、网络维护方便。网络规划的基础内容就是接入带宽的设计。单个治安监控点的接入带宽计算公式为：

式中：M是单个治安监控点所接入的摄像机路数；si为第i路摄像机的码流；η网络带宽的利用率，一般不超过60%。系统总体接入带宽则为各治安监控点接入带宽之和。

3.2.3 存储评估知识获取

基于前端点位分布、网络架构设计等情况，实现存储架构、存储容量等内容的评估，为大规模的存储应用提供大容量、高性能、高可用、扩展性好的存储服务。

原始视频存储，单路视频需要的存储空间计算公式：

式中，c为单路视频需要的存储空间，单位为TB；m为监控摄像机的码流，单位为Mbps；d为监控视频的存储天数。

公共安全视频监控系统需要的存储空间计算公式：

式中，N是公共安全视频监控系统中监控的路数。

3.2.4 平台评估知识获取

首先根据国家标准规范对视频监控系统的平台功能进行规划，保证系统平台的基本功能不会缺失；然后考察与规划城市相似的其它城市视频监控系统平台的功能，选择特色功能作为规划功能进行补充。城市的相似性从城市面积、人口数量等方面进行判别。系统平台规划的整体设计如图5所示。

图5 整体架构图

共性功能规划：共性功能是指依据国家标准规范，视频监控系统平台应具备的功能。相关标准规范有《公安视频图像智能化建设应用指南（2020）》《公共安全视频监控联网系统信息传输、交换、控制技术要求》（GB/T 28181-2016）等。

专业、专题类功能规划：是指依照《公安视频图像智能化建设应用指南（2020）》同时借鉴其它城市的视频监控系统平台功能进行规划。规划方法是：统计开展平安城市建设的城市目录，形成城市库；获取各地视频监控系统平台的功能列表，提取出除基础功能以外的专业、专题类功能，以城市为单位建立一系列的平台功能集合；以城市面积、人口等指标作为城市的特征向量，计算待规划城市与城市库中各城市的相似度；将相似度较高的若干城市共有的平台功能作为实战功能，将相似度较高的若干城市的平台差异功能作为可选功能。

3.3 评估模型推理机设计

推理机是城市公共安全视频监控专家评估系统的核心部分之一，专家系统推理性能由推理机来决定，推理机在知识获取所形成的知识库的基础上进行推导，本评估模型采用“生产规则”的知识表示方式。推理机是计算机程序，程序的编写是由专家系统的推理方法和策略决定的，该程序去模拟人类的思维方式求解城市公共安全视频监控系统规划相关问题。其程序由推理方法模块和推理控制策略模块组成。推理机利用知识库事实表中的事实，按一定的方法和策略求出问题的结论，并将输出城市公共安全视频监控系统规划结果送给用户界面展示。推理机逻辑结构如图6所示。

图6 推理机逻辑结构

4 城市公共安全视频监控系统评价体系

4.1 评价指标体系设计

基于影响视频监控系统效能的关键因素，设计评价指标，在评价指标的基础上设计神经网络，通过对神经网络的训练完成评价模型的构建，形成评价体系。最终实现对视频监控系统整体效能评价、系统优化分析。

公共安全视频监控系统的效能评价是指借助一定的指标体系，按照一定的标准，综合评判系统满足目标要求的程度。效能评价的目的是判断系统的可用性。因此，评价体系的构建围绕“可用性”进行。整体研究思路是：基于监控系统中视频信息流涉及的主要功能环节——采集、传输、存储、分析，分别从前端、网络、存储、平台四个方面调研、设计关于监控系统可用性的评价指标，形成三级评价指标体系；研究评价指标体系的评分方法和赋权方法，制定科学的指标评分方案和指标赋权方案。评价体系研究框架如图7所示。

图7 评价体系研究框架

4.2 评价模型构建

城市公共安全视频监控系统是一个城市构建治安防控体系的重要措施，监控系统的效能直接制约了监控系统在城市公共安全防护中所起的作用和效果。对视频监控系统的评价按照“感、传、支、用”四个维度考虑评价考核的指标，感知层即前端采集子系统；传输层即网络子系统；支撑层即视频及视频数据的存储能力，以存储子系统作为考核维度；应用层即平台的使用方面，以平台子系统作为考核维度。评价模型架构图如图8所示。

图8 评价模型架构图

5 城市公共安全视频监控评估评价系统

软件平台的研发以评估体系和评价体系为基础，从现有城市公共安全视频监控系统获取相关数据，通过专家系统技术和深度学习技术对数据进行智能分析处理，实现城市公共安全视频监控系统的智能规划功能和自动评价功能，并对结果进行可视化展示，软件整体架构如图9所示：

图9 软件平台架构图

数据层：主要导入城市路网数据、重点单位分布数据、案事件数据、已建监控点位数据、监控系统运维数据等与城市公共安全视频监控系统规划和考核的相关数据。

支撑层：主要是专家评估系统和深度学习系统，前者主要包括基于视频监控系统规划方法构建的知识库，以及实现知识应用的推理机；后者以评价指标为输入节点，网络隐层的结构包含了指标的评分标准和评价模型。

应用层：提供软件平台的应用功能，包括监控布点规划、网络架构规划、存储架构规划、平台性能规划等评估功能，以及系统效能考核、系统优化分析等评价功能。

用户层：面向公安系统中负责城市公共安全视频监控系统管理和建设的部门，以及涉及视频监控系统业务的安防企业。

6结语

本文研究影响城市公共安全视频监控系统设计建设以及系统效能的因素，构建科学评估评价城市公共安全视频监控系统建设水平的指标体系。依据此指标体系研究系统效能缺陷诊断方法，在融合空间地理信息的基础上，实现设计评估、效能评价的智能分析和可视化展示，为解决公共安全视频监控系统建设前难以进行精准规划，建设后难以对系统效能进行综合评价等问题提供了有效解决方法。

参考文献

[1]丁雷.无锡市智慧城市公共安全视频监控网络设计与建设[J].电视技术,2018,42 (5) : 112-120．

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