校园监控系统建设中人工智能技术应用探索

2022-08-19王伯武

信息记录材料 2022年6期

王伯武

（盘锦职业技术学院辽宁盘锦 124000）

0 引言

随着科学技术以及信息技术的发展，智能化的监控方式在各个领域得到了广泛推广[1-2]。智能监控技术采用了图像处理、人脸识别和大数据分析、轨迹定位等数字信息处理技术，实现了智能化评估控制区域安全性的目的[3-4]。经过人工智能信息采集和自动响应，监控系统可以实现24 h 自动预警和突发安全事件处理。随着我国教育事业的全面性发展，大规模集成式校园教育不断出现，各类高校学生人数日益增多，学校设施种类和数量也在不断增加。学校作为学生学习理论知识和技能训练的场所，其安全性是教学功能实现的基础。同时由于学校人员众多，成员复杂，对其安全性提出了极大的挑战[5]。2015 年4 月，肯尼亚大学发生的恐怖袭击造成147 人死亡，为全世界学校安全敲响了警钟。学校安全是学生、家长乃至社会关注的焦点，因此在学校建立一个现代化、智能化、可靠的监控系统是迫切需求。

考虑到目前学校占地面积及人员的复杂性，常规地依靠安保人员进行安全保障是不可行的[6]，因此校园安全设施建设亟待完善高效智能化的校园监控系统。基于以上问题，选择校园监控系统建设和人工智能监控技术的应用进行研究。校园监控的智能化能够提高监控的效率和安全保障率，并可以自动进行安全预警和异常记录，能够最大程度保障校园安全和师生权益。本文首先阐述了人工智能化监控的需求，并基于此提出了智能化校园监控系统的构建方法，最后指出了人工智能技术在校园监控系统各个结构中的运用方式。本文提出的人工智能技术在监控系统中的运用可以为校园智能化监控系统的构建提供理论参考。

1 智能化监控系统概述

智能监控系统是通过对采集信息进行分析并以此为基础进行危险源的识别、跟踪、分析和目标评估。该监控系统无需人工操作和干预，提高了监控效率，降低了人力消耗。同时通过智能化监控系统的分析模块可以提供突发情况下的有效辅助信息，以便在危急情况下支持安保人员采取最有效的保障措施，最大程度减少操作错误。智能监控系统已经从最早的肉眼观测发展到最新的无人监控技术，从模拟监控信号发展到数字信号，效率、适用性和精准度得到大幅度提高[7]。

2 智能化监控系统功能需求

为了达到智能化保障监控区域安全性的需求，监控系统需要满足相应的功能需求。智能化监控系统的主要功能需求为：监控功能、记录功能、管理功能、预警功能和通信功能。

2.1 监控功能

监控功能是智能化校园监控系统构建的基础，也是校园监控系统必备的功能。监控功能首先需要在校园道路和建筑布置监控设备，然后通过影像设备进行实时播放监控内容，并结合存储设备对监控视频进行存储。对于关键设备和重要资料所处位置可设置监视器，监视器为高分辨率的视频观测设备，可以通过解码器单独显示，并连接到关键报警组件。

2.2 记录功能

对于监控设备得到的数据需要进行录制和存储。录制对象可以是移动拍摄视频或全天候监控视频。考虑到学校区域不同地理位置和建筑物重要性各不相同，必须以不同的方式进行信息记录。（1）生活区周边或学校实验楼：设置24h 实时监控录像。（2）办公室、资料室、教学区和寝室出入口：设置交通检查和监控设备。

2.3 管理功能

对于校园智能化监控系统需要设置专门的管理机构。管理机构可分为主管中心和分管中心。在校园中心位置可设立主管中心，并分别在北门、东门、南门和西门关键位置或教学楼、宿舍集中位置各建立分管中心。分管中心对所管辖区域进行监控管理，管理中心控制各个分管中心。

2.4 预警功能

预警功能主要针对两种异常情况进行预警，以方便管理者对突发情况和不安定因素进行处理。两种异常情况分别为：（1）动态报警功能：当移动物体处于限制区域或者出现违反学校规定行为时，系统平台会发出报警并自动弹开屏幕。（2）设备异常通知：如果显示图像丢失或者传输功能中断，系统平台会发出报警，并给出异常位置。

2.5 通信功能

智能化监控系统的局域网可以提供对移动终端、监控硬件的实时访问，并且对于管理人员提供文字、视频交流模块。对于使用者操作过程中出现的问题可以通过信息提交模块向技术人员反映，在监控过程中出现的安全问题可以通过留言模块提交给管理层。

3 智能化监控系统关键设计模块

智能化监控系统的核心功能是通过对采集的信息进行分析，对可能出现的不安定因素进行预警和控制。因此对于智能化监控系统的设计，主要包含以下模块：对校园信息的采集系统；对校园出现的不安全因素的控制系统以及系统运行过程中的数据传输和系统管理。其中信息采集系统和控制系统是实现智能监控功能的模块，系统管理和网络传输是维持监控系统稳定运行的辅助模块。

3.1 信息采集系统

智能监控系统的基础是采集相关信息，进而才能进行信息数据分析。信息采集系统的组成部分见图1。信息采集系统主要由视频获取、防盗报警、学校巡逻、人脸识别、人员行为判断等部分组成[8-10]。

3.2 安全控制中心

安全控制中心有信息搜索、信息处理、设备管理和应急方案制定等功能，主要由数据分析处理系统、数据存储、防火墙设置、解码系统和危险源控制等结构构成。安全控制的核心任务是对危害校园安全的危险源和危险行为进行预警和控制，主要功能包括实时预警、指引安保人员到场、制定危险控制方案、人员疏散和危险程度评估等。

3.3 系统管理平台

系统管理平台用于对监控系统进行维护、操作和优化。系统管理平台不仅支持监控位置查询、监控硬件控制、信息查询、视频调取、视频播放、语音功能、功能调控、远程服务、路线设定等常规服务功能，而且能够实现视频管理、预警管理、监控参数设置、网络安全管理和防火墙任务等监控系统管理功能。

3.4 传输网络系统

智能校园监控系统主要通过网络进行数据传输和分析，一旦传输系统出现故障，会直接造成信息延误、传输错误，严重影响危险源的及时管控，且损失往往是不可预测的。目前最好的方案是建立专门的安全控制网络，以便确保传输系统的稳定性和安全性。可采用三层网络结构（主交换机层、汇聚交换机层和用户接入层）来实现系统信息传输的负载均衡。

（1）核心层：核心层位于学校网络管理中心。学校的安全监控中心通过光纤连接到核心层，且信息存储位于网络管理核心层。

（2）汇聚层：校园内所有建筑均配备汇聚交换机，通过各个数据点搜集数据，并汇聚到核心层。

（3）访问层：访问层由48 或24 个端口的交换机组成，操作人员可以通过访问层的交换机进行校园监控系统访问、操作和相关安全问题处理。

4 人工智能技术在监控系统中的运用

人工智能技术在监控系统中运用的核心结构为：信息采集、安全监控和平台管理。信息采集用于校园人员、车辆等相关安全因素信息搜集；监控系统对采集到的信息进行分析，对可能出现的危险物体和危险行为进行预警和控制；管理平台对整个监控系统进行管理，并制定相关安全控制措施，三者的关系见表1。本节以实际校园为例，对人工智能技术在各个核心功能结构中的运用方式进行论述。

表1 智能监控的核心功能结构及相互关系

4.1 实例分析

某职业学校A，占地面积三十多公顷，建筑面积2 000余亩。学校有食堂、体育馆、教学楼、图书馆、行政办公楼、操场和实验场地等场所。学校全日制在校生近7 000人，由于疫情管理规定，学校实行全封闭式管理，治安管理压力较大。为了使相关职能部门能够清楚了解校园区域的安全状况，有效提高学校的安全水平，需要构建智能化校园安全监控系统。监控系统构建的主体思想为：通过在学校的主要道路设立视频监控站，实时观测关键位置物体和人员行为状态，结合监控系统将监控影像实时传输到监控中心，相关管理人员通过监控系统进行危险源跟踪和校园安全控制，并对可能出现的不安全行为进行管理。

4.2 信息采集处理系统

4.2.1 视频监控

视频监控的目的是通过在关键位置、教学楼和道路安装摄像头进行视频拍摄，以便对师生行为进行监督，同时方便对可能出现的危险源或者行为纠纷进行判断。视频监控的录像和拍照数据可作为后续分析和调查的依据。该模块系统主要包括信息采集设备（摄像头）、数据存储设备、安全控制组件（中央控制中心）和后数据存储单元，具体结构见图2。

4.2.2 入侵报警系统

需要在学校关键位置设置非法入侵报警系统，比如学校出入口、学生寝室、实验室、财务室、教师通道以及存储学校关键数据和文件资料的房间。入侵报警系统在出现陌生人非法入侵关键位置时会立即向违规者发出警报。报警区摄像机捕捉到的视频信息会被传输到监控室内的主监视器，主监视器通过分析判定制定相关反应策略，入侵报警系统组成部分见图3。

4.2.3 访问控制

门禁的主要职责是控制校园不同类别人员的访问权限，这是校园内部人身、财产和物品安全的有效保障。如果被许可人是授权人，控制器将启动电子锁并打开相关的可控门。出入控制点的参数应根据项目的实际需要、安全水平、控制区域的重要性和控制模式的差异确定。一般控制模式包括单面刷、双面刷、读卡密码、人脸识别门等。不同的控制模式也可以混合使用，以增加访问控制的适应性。

4.2.4 车辆管理

车辆管理机构需要对校园车辆运行轨迹和停留位置进行全天候监控和管理。利用车辆信息采集和位置定位等人工智能技术，实现自动登记、扫描车牌放行、实时位置更新和黑名单编制功能，方便管理层对车辆信息记录和可能出现的违规行为进行管理。

4.2.5 校园巡逻

校园巡逻模块的主要功能是监控和管理学校秩序，并实现准确处理突发事件。根据该大学校区的总体布局和园区内建筑的内部设计，在道路节点上合理布置巡逻结合点，设置巡逻线路，以获取更详细校园状态信息。一旦发生安全事件，人工智能技术结合校园地形图立即制定巡逻人员行动路线，方便巡逻人员可以提供及时报警和现场处理服务。建筑物内的巡逻队主要分布在各建筑物每层的出入管理位置、楼梯间、楼梯间和主要楼层走廊，并结合人工智能监控系统保障建筑物安全。

4.2.6 行为控制

行为控制模块主要任务是对师生出现违反学校规定行为或者出现不安全行为时进行预警和制止，并记录相关时间和行为信息。控制的行为包括区域入侵、非法穿越检测区域和进出风险区域。一旦监测系统发现校园人员行为出现异常，人工智能技术将及时提供报警信息并向巡逻人员发送位置信息和事件危险程度评估，从而大幅度提高学校行为控制能力和突发情况的反应能力。

4.2.7 视频质量诊断

视频质量诊断是保证监控系统稳定运行的基础，也是提供更精确视频信息的保障。视频质量诊断模块的主要功能是在设备故障或视频图像质量问题的情况下智能评估图像质量。人工智能系统可结合问题性质和特点，制定相关问题的参考方案，以便有效防止系统硬件造成的图像质量损失。

4.3 安全监控中心设置

安全监控中心管理学校内的所有监控和信息处理设备，对校园内的所有监控区域进行实时控制，并为平台用户提供视频录制、信息查看、设备管理等服务。各子系统与安全监控中心通过数据传输连接一起，并统一由监控中心控制，实现数字化和智能化的校园综合安全管理，监控中心系统的结构见图4。

4.4 系统管理平台的开发

系统管理平台提供实时监控、信息搜索、大数据处理、备用电源启闭、视频播放、危险预警、数据调取等服务。智能化监控中的系统管理平台不仅能进行常规监控系统的管理，还具有智能分析、智能识别、危险判断、漏洞预警和模块运用功能。

管理平台设置3 个用户权限：操作人员、管理人员和技术人员。首先在系统中录入相关人员信息和权限范围。当用户执行相关操作时，结合人工智能数据调取和分析技术，系统会主动确认用户权限，以确保用户具有合适的优先级。最高管理者还可以进行获取、修改和取消网络权限。操作人员主要对视频信息进行处理和参数设定；管理人员对信息进行分析并给出相应的管理策略；技术人员负责对系统出现的故障进行维修和定期维护。