■ 文/王永升 夏宇 公安部第一研究所副研究員
文物安全是文物工作的底線、紅線和生命線。文化部、國家文物局推進的第三次全國文物普查和第一次全國可移動文物普查過程中，共普查登記不可移動文物76.7萬處、國有可移動文物1.08億件（套）。近年來，在黨中央、國務院的高度重視下，各級文物行政部門堅持“保護為主、搶救第一、合理利用、加強管理”的文物工作方針，按照《國務院關於進一步加強文物工作的指導意見》（國發〔2016〕17號）和《國務院辦公廳關於進一步加強文物安全工作的實施意見》（國辦 發〔2017〕81號）要求，實施文物平安工程，文物保護基礎工作不斷夯實，保護經費和保護力量持續增長，文物保護狀況明顯改善。但隨著經濟社會快速發展，文物安全形勢依然嚴峻，盜竊盜掘等文物犯罪屢打不止，一些地方不可移動文物遭受破壞嚴重，文物建築火災事故多發，文物工作面臨著一些新的問題和困難。據國家文物局統計，2016年度各級文物行政部門督察督辦或者配合相關部門處置文物安全案件（事故）137起。其中，盜掘古文化遺址古墓葬案件103起，盜竊、搶劫文物案件12起，故意或者過失損毀文物案件2起，失職造成珍貴文物損毀流失1起，文物火災事故14起，其他文物安全事故5起。
面對日益繁重的文物保護任務和高標準的保護要求，採用成熟的智能視頻分析技術和設備，利用智能視頻安防監控系統主動性防範功能，實現事前智能預警、事中聯動處置、事後高清取證的防範效果，發揮科技創新的引領作用，提高文物安全防範的科技含量和裝備水平，是現代信息技術條件下文物安全防範的必由之路。
智能視頻分析原理及實現方法
智能視頻分析（IVA：Intelligent Video Analytics）是使用計算機圖像視覺分析技術，通過對監控場景的視頻圖像內容進行分析、識別或優化，提取場景中的關鍵信息，產生高層的語義理解，並形成相應事件和告警的監控方式。基於計算機視覺的智能視頻分析融合了圖像處理、模式識別、人工智能、自動控制及計算機科學等多個學科領域的技術，可以通過在攝像機監控場景中預設的不同報警規則，從監控畫面中分離出背景和對象，針對“條件、對象、事件”進行判斷，一旦目標在場景中出現了違反預定義規則的行為，系統會自動發出報警，驅動本地報警設備向後端監控中心發送報警數據。監控工作站自動彈出報警信息併發出警示音，用戶可以通過點擊報警信息，實現報警時監控場景的複核並採取相應處置措施。
智能視頻監控技術藉助於處理器芯片的強大計算功能，對視頻畫面中的海量數據進行高速分析，過濾掉用戶不關心的信息，為監控者提供有用的關鍵信息。與傳統視頻監控系統相比，智能視頻監控系統能從原始視頻中分析挖掘出有價值的信息，變人工伺服為主動識別，變事後查證為事前預警、事中分析，能將安保值班人員從低效緊盯屏幕的繁重勞動中解脫出來，極大地提高了安全防範工作的主動性和智能化程度。
目前，廣泛應用的智能視頻分析技術基本分為四大類：視頻分析類、視頻識別類、視頻診斷類和視頻改善類。
視頻分析類主要是在監控圖像中找出目標，並檢測目標的運動特徵屬性，如目標相對的像素點位置、目標的移動方向及相對像素點移動速度、目標本身在畫面中的形狀及其改變等。常用的視頻分析類功能模塊包括：越界偵測、目標移動方向偵測、目標運動/停止狀態偵測、目標出現/消失偵測、目標密度偵測、人/車流量統計、徘徊偵測、尾隨偵測、PTZ自動追蹤、感煙/感溫/火焰等火災探測等。
視頻識別類主要是採用圖像識別、圖像比對及模式匹配等技術，通過對人、車、物等目標相關特徵信息的提取與分析，將目標特徵信息與數據庫中已有特徵信息進行比較，根據相似程度對人、車、物等目標的身份信息進行判斷。常用的視頻識別類功能模塊包括：人臉識別、車輛特徵識別等。
視頻診斷類主要是針對視頻圖像出現的信號丟失、圖像模糊、圖像過亮、圖像過暗、圖像偏色、畫面凍結、雲臺失控、噪聲干擾、條紋干擾、視頻遮擋等前端攝像機故障、視頻信號干擾、視頻質量下降等進行監測、分析、判斷和報警，保障視頻監控系統有效運行。視頻質量診斷功能通常通過後端管理平臺實現，在視頻監控系統日常使用和運行維護中的作用十分明顯。
視頻改善類主要是將模糊不清或抖動嚴重的監控畫面進行優化處理，以增加視頻的可監控性能。常用的視頻改善類功能模塊包括：低照度圖像增強、失焦圖像復原、雨雪霧等惡劣天氣圖像增強、人臉超分辨率重建、車牌超分辨率重建、高速運動目標圖像復原、視頻穩像等。
智能視頻分析常用的實現方式包括前端分佈式智能分析、後端集中式智能分析或二者的組合應用。前端分佈式智能分析是將智能分析算法內嵌於前端攝像機DSP或類似嵌入式系統中，前端攝像機採集視頻圖像的同時，完成相關的智能分析功能，並向後端監控中心傳送監控圖像和智能分析結果；後端集中式智能分析是智能分析功能由後端監控中心服務器（含智能分析軟件）統一完成，前端攝像機僅採集、傳送監控圖像。隨著視頻安防監控相關軟硬件技術的不斷髮展，目前大部分主流廠商已將越界偵測、區域入侵、人員聚集、物品遺留/拿取等偵測功能以及車牌識別、過線計數等功能內置於前端智能攝像機，一定程度上減少了後端硬件設備的投資。對於業務應用要求高、需要複雜分析算法實現的智能分析功能，可採用前端分佈式和後端集中式智能分析相結合的方式實現。
智能視頻分析技術在文物安全防範中的應用
文物按存在形態分類，一般分為可移動文物和不可移動文物。可移動文物主要指館藏文物和流散文物，包括石器、陶器、銅器、金銀器、瓷器、漆器、玉器、書畫、古文獻等。不可移動文物基本上都是文物史蹟，包括古建築、石窟寺、石刻、古遺址、古墓葬、紀念建築、近代現代重要建築等。智能視頻分析技術在文物安全防範領域主要應用在周界防護、藏品/展品及不可移動文物保護、安全管理、系統智能運維等方面。
周界防護
周界是指需要進行實體防範或/和技術防範的某個區域的邊界。多數博物館外周界直接與紛繁複雜的周邊環境毗鄰，新建博物館在規劃建設時又大多采用通透式、開放式設計，而古遺址、古墓葬等由於保護範圍面積巨大，更是難以建設完整的實體防護設施，在博物館和文物保護單位周界防護方面，人防和物防的難度相對較大。因此，結合博物館和文物保護單位的周界情況和展陳特點，採用成熟的智能視頻分析技術進行周界防護，是完善縱深防護體系、感知風險事件的前沿保障。用於周界防護的智能視頻分析技術主要包括越界偵測、人臉識別、車輛特徵識別等。
越界偵測是通過對監控圖像序列的處理和分析，識別目標的越界行為，並對潛在的危險行為進行報警。實際應用中，在博物館、文物保護單位和考古發掘現場等外周界、重要區域周界安裝具有智能分析功能的視頻監控裝置，用戶根據安全防範需求，在視頻圖像中劃定雙向或單向絆線，當系統檢測到有運動目標跨越絆線時，自動發出越界報警，直觀地提示安全保衛人員及時處置。
人臉識別是基於人的臉部特徵信息進行身份識別的一種生物識別技術，系統通過人臉圖像採集及檢測、人臉圖像預處理、人臉圖像特徵提取以及匹配與識別，實現遠距離、用戶非配合狀態下的快速身份識別。實際應用中，在博物館和文物保護單位周界出入口安裝視頻監控裝置，系統通過採集、分析、鑑別出入人員人臉圖像信息進行身份識別，確定人員的通行權限，併為檢索查證提供便利。通常情況下，人臉識別系統需與出入口控制執行裝置（電控鎖、速通門等）配合使用，實現對人員出入的有序管理。
車輛特徵識別是計算機視頻圖像識別技術在車輛信息識別中的一種應用，能夠將識別區域內運動中的車輛信息從複雜背景中提取出來，通過車輛信息提取、圖像預處理、特徵提取、車牌識別等技術，進行車輛牌照、車身顏色、車型、車款、車標等車輛特徵識別。實際應用中，在博物館和文物保護單位周界出入口安裝視頻監控裝置，系統通過採集、分析、識別出入車輛特徵信息，確定車輛的通行權限，併為檢索查證提供便利。通常情況下，車輛特徵識別系統需與出入口控制執行裝置（欄杆機、車輛路障等）配合使用，實現對車輛出入的有序管理。
藏品/展品及不可移動文物保護
在博物館和文物保護單位安全防範工作中，藏品/展品及不可移動文物的保護是重中之重，充分運用智能視頻技術加強文物庫房、陳列展品和重要目標的防護，是確保文物安全的現實要求，也是阻止違法犯罪的重要手段。用於藏品/展品及不可移動文物安全防護的智能視頻分析技術主要包括人臉識別、區域入侵偵測、物品拿取偵測等。
在文物庫區/庫房出入口安裝視頻監控裝置，利用人臉識別技術非強制性、非接觸性及良好的防偽、反欺詐、準確、可靠、直觀、方便等特點，實現人臉圖像採集、識別、比對、身份確認和安全驗證，可有效避免傳統出入口控制技術中密碼易被洩露盜用、指紋易被複制拒識、卡片易被竊取冒用等風險。
在文物庫區、展廳、藏品/展品卸運交接區及重要不可移動文物保護區域等處安裝視頻監控裝置，採用區域入侵偵測技術，偵測視頻中是否有物體進入防護區域，根據判斷結果發出報警信息，可直觀、及時、有效地發現重要保護區域中出現的異常情況，提高安全保衛人員的處置效率，增強藏品/展品及不可移動文物防盜竊、防搶劫、防破壞的效能。
對於特別重要的藏品/展品，還可以採用物品拿取偵測技術，用於檢測所設置的特定區域內是否有物品被拿取，當發現有物品被拿取時，系統會根據判斷結果及時發出報警信息，安全保衛人員針對意外情況快速採取措施，最大程度地降低損失。
安全管理
安全管理是博物館和文物保護單位日常工作的重要組成部分，在信息化條件下，運用智能視頻分析技術實現人、車、物、環境的動態管理，是保證文物處於最佳安全狀態的根本環節。用於博物館和文物保護單位安全管理的智能視頻分析技術主要包括人/車流量檢測與統計、物品遺留偵測、徘徊偵測、人員聚集檢測、人群異常行為檢測及智能視頻火災探測等。
人/車流量檢測與統計是指對過往人員和車輛進行智能識別、分析、統計的功能，當人員或車輛通過劃定的界線、進入劃定的區域時，觸發自動識別、自動記錄和自動統計，當人員數量或車輛數量達到設定的閾值時，系統會觸發報警。實際應用中，在博物館和文物保護單位、陳列展區或參觀景區的觀眾/車輛主要出入口安裝視頻監控裝置，在視頻圖像中劃定檢測界線或區域，進出的人員/車輛通過時，觸發前端攝像機的記錄和識別功能，對進入或離開該區域的人/車數量進行實時記錄和彙總。當進入該區域的人數達到設定的上限時，觸發報警功能，方便安全保衛人員有效地控制進入參觀區域的人員/車輛數量，避免參觀區域超負荷運轉。同時，通過對人/車流量檢測與統計數據的分析，還可以為文博展陳設計、應急預案制定、交通出行優化及資源合理利用等提供科學的依據。
物品遺留偵測技術用於檢測所設置的特定區域內是否有物品遺留，當發現有物品遺留時，系統會觸發報警。實際應用中，在博物館和文物保護單位的公眾服務區、陳列展覽區及其他重要區域安裝視頻監控裝置，在視頻圖像中劃定檢測區域，當有滿足預設尺寸範圍的物品被遺留在檢測區域內並停留時間達到預設閾值時，系統自動觸發報警，並在視頻圖像中物品停放位置產生告警提示框，直觀地提醒安全保衛人員注意有異常物品遺留。
徘徊偵測技術用於實時偵測、分析目標在設定區域內的活動情況，並對超過設定時間閾值的徘徊、滯留等異常行為發出報警。實際應用中，在博物館、文物保護單位和考古發掘現場等外周界、重要區域周界安裝具有智能分析功能的視頻監控裝置，實時分析監控區域內目標的徘徊、滯留情況，及時發出異常行為預警，提醒安全保衛人員關注和處置。
人員聚集檢測技術用於實時監測設定區域內人員的密度，並對人員密集程度超過設定的閾值的情況發出報警。實際應用中，在博物館和文物保護單位的出入口、公眾服務區、陳列展覽區及其他重要區域安裝視頻監控裝置，實時監測人員進出和活動情況，發生人員聚集情況及時進行預警提示，有效控制全局人數、疏導局部人流、維護參觀秩序、預防群體性事件發生。
人群異常行為檢測技術用於對監控圖像中人員突然加速、快速移動、人群騷亂等反常行為進行實時監測併發出報警。實際應用中，在博物館和文物保護單位的出入口、公眾服務區、陳列展覽區及其他重要區域安裝視頻監控裝置，及時發現人群異常行為並預警，以便安全保衛人員及時調度處置，控制突發事件的進一步惡化。
智能視頻火災探測技術是在背景建立、更新及前景提取的基礎上，對視頻序列的分析和處理，自動檢測監控場景中是否存在煙霧或火焰，並計算起火點的位置。智能視頻分析技術在消防領域的產品形態統稱為圖像型火災探測器，按探測原理可分為圖像型感煙火災探測器、圖像型火焰火災探測器等，採用視頻圖像方式分析燃燒或加熱過程中產生的煙霧/火焰，進行火災探測報警。實際應用中，在博物館和文物保護單位室內高大空間及古建築、文物保護範圍內林木茂密區周邊安裝視頻監控裝置，通過採集近紅外圖像和可見光圖像，利用智能視頻分析對煙霧、火焰的顏色、形狀、紋理、變化趨勢、邊緣特性、頻率特性等進行分析判斷，實現煙霧和火焰實時探測、火災早期預警、直觀展示火場信息、準確定位起火點位置等功能，對於預防電氣類熱災害、人為意外性熱災害及自然災害、迅速啟動應急預案、及時控制火情具有重要的作用。
系統智能運維
隨著博物館和文物保護單位安全防範系統建設的不斷完善，大量視頻監控設備的應用在提升技防效能的同時，也給系統的運行維護帶來了巨大的壓力，傳統的依靠人工評測的方式對圖像質量進行遍歷巡檢已經遠不能滿足高清數字化視頻監控系統應用和維護的需要。採用智能視頻診斷技術，通過對攝像機拍錄的圖像序列進行自動分析，對前端攝像機故障、視頻信號干擾、視頻質量下降、視頻遮擋、場景變更等進行監測、分析、判斷和報警，結合視頻質量診斷系統的設備管理、任務管理、質量診斷管理、檢查結果管理、維修管理、統計分析管理等功能，幫助運維人員實時掌握視頻監控設備的運行情況，及時進行設備維修保養，實現視頻監控系統運行維護的自動化和智能化，提高視頻監控系統的運維效率。
結語
隨著信息時代、人工智能時代的到來，在文物安全防範中將科技作為重要輔助手段已成共識，智能視頻分析技術的應用為充分發揮視頻監控系統效能、有效提升文物安全管理水平提供了更多可能。智能視頻分析應用是一個覆蓋廣泛的系統性工程，涉及圖像處理、計算機視覺、模式識別、人工智能、通信和網絡等諸多技術領域，在博物館、文物保護單位和考古發掘現場等實際應用場所，需根據建築形態、文物種類、風險等級、管理模式等因素，結合人防和物防條件，採用與保護對象風險等級相適應的智能視頻分析技術和裝備，進一步推動文物安全保護與現代科技融合創新，拓展智能視頻分析技術在文物安全防範中的應用廣度和深度，為寶貴文化遺產保護、中華優秀文化傳承提供技術支撐。
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