管名豪

（江蘇城鄉(xiāng)建設(shè)職業(yè)學(xué)院，江蘇 常州 213147）

一、研究背景與意義

近年來(lái)發(fā)生了許多校園安全事件，例如：2017年11月7日，秦皇島市一學(xué)校百名學(xué)生生活費(fèi)被盜，涉及金額3萬(wàn)多元。2018年10月26日，重慶一幼兒園門(mén)口發(fā)生砍人事件，造成14名學(xué)生受傷。觸目驚心的校園安全事件背后，除了對(duì)犯罪分子的譴責(zé)，相關(guān)職能部門(mén)還需要調(diào)查取證、還原事件經(jīng)過(guò)，分析事件發(fā)生原因。因此，校園視頻監(jiān)控系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中有沒(méi)有發(fā)揮作用、發(fā)揮了多少作用成為了“事后取證”的關(guān)鍵。

而目前對(duì)于校園視頻監(jiān)控系統(tǒng)的防范能力評(píng)價(jià)，主要是基于一線技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)，去判斷系統(tǒng)是否存在故障點(diǎn)、系統(tǒng)是否還有缺陷，較為主觀。且不能以系統(tǒng)中所有關(guān)鍵技術(shù)、設(shè)備為視角進(jìn)行科學(xué)量化評(píng)估。并且，由于校園視頻監(jiān)控系統(tǒng)由多種設(shè)備構(gòu)成，任何一個(gè)設(shè)備出現(xiàn)故障都將會(huì)給整個(gè)系統(tǒng)帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。而由于每個(gè)設(shè)備的重要程度不一樣，在系統(tǒng)中所起的作用也不一樣，帶給整個(gè)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)大小也將不一樣。因此，構(gòu)建科學(xué)合理的校園視頻監(jiān)控系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，是準(zhǔn)確評(píng)價(jià)校園視頻監(jiān)控系統(tǒng)防范能力的基礎(chǔ)，是保障校園安全、師生安全的前提。

二、校園視頻監(jiān)控系統(tǒng)

校園視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對(duì)校園內(nèi)重要場(chǎng)所、公共區(qū)域等部位進(jìn)行視頻實(shí)時(shí)監(jiān)視和24小時(shí)的圖像記錄，且保存時(shí)間應(yīng)當(dāng)符合有關(guān)規(guī)定。視頻監(jiān)控系統(tǒng)起到的主要作用是：實(shí)時(shí)監(jiān)視、事后取證[1]。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)既自為一體進(jìn)行安全防范工作，又可以根據(jù)需要與其他安防系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)。例如：當(dāng)入侵報(bào)警系統(tǒng)被觸發(fā)時(shí)，相關(guān)區(qū)域攝像機(jī)進(jìn)行定位、追蹤、錄像；當(dāng)校園周界的視頻監(jiān)控發(fā)現(xiàn)有非法入侵后，出入口控制系統(tǒng)立即在相關(guān)區(qū)域執(zhí)行關(guān)閉動(dòng)作，防止犯罪人員突破校園外圍防線后便再無(wú)技術(shù)防范措施。視頻監(jiān)控系統(tǒng)與其他安防系統(tǒng)協(xié)同工作，從技術(shù)層面“杜絕漏報(bào)，減少誤報(bào)”，保障校園安全。

目前，國(guó)內(nèi)校園視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要有：前端部分、傳輸部分、控制部分、記錄和顯示部分[2]，如下圖1所示。

圖1 校園視頻監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

三、校園視頻監(jiān)控系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

（一）校園視頻監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能

根據(jù)《安全防范工程技術(shù)規(guī)范GB50348》中關(guān)于視頻監(jiān)控系統(tǒng)檢驗(yàn)項(xiàng)目和要求，以及《視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)要求 GA/T367》可知，系統(tǒng)主要的功能包括：遙控設(shè)備、監(jiān)視與顯示、記錄與回放、視頻檢測(cè)與報(bào)警，如圖2所示。

圖2 校園視頻監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

如果直接對(duì)這些功能進(jìn)行評(píng)價(jià)，即使是專(zhuān)門(mén)從事安防工作的人員也只能定性地分析，分析結(jié)果也較為主觀且沒(méi)有說(shuō)服力。需要對(duì)這些功能的表征進(jìn)一步研究，尋求可以量化的性能指標(biāo)用以準(zhǔn)確地表征各功能的特性，同時(shí)這些性能指標(biāo)也便于數(shù)學(xué)化地研究校園視頻監(jiān)控系統(tǒng)防范能力。

（二）校園視頻監(jiān)控系統(tǒng)性能指標(biāo)的確定

1.遙控設(shè)備功能的性能指標(biāo)

遙控功能是指系統(tǒng)對(duì)前端設(shè)備的控制能準(zhǔn)確且平穩(wěn)。在實(shí)際的視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，前端受控部件主要是指云臺(tái)和球形一體化攝像機(jī)[3]。攝像機(jī)通過(guò)加裝云臺(tái)，可以擴(kuò)大監(jiān)控范圍，而球形一體化攝像機(jī)本身自帶云臺(tái)。對(duì)于以上兩種設(shè)備，遙控功能主要包括了云臺(tái)回轉(zhuǎn)范圍、旋轉(zhuǎn)速度、承重3個(gè)性能指標(biāo)。

云臺(tái)回轉(zhuǎn)范圍包括水平方向和垂直方向2個(gè)旋轉(zhuǎn)角度。云臺(tái)水平方向可旋轉(zhuǎn)360°，垂直方向可旋轉(zhuǎn)180°。云臺(tái)的旋轉(zhuǎn)速度反映了其從任一位置轉(zhuǎn)移到指定位置所需時(shí)間，一般的水平旋轉(zhuǎn)速度為10o/s，垂直速度為4o/s。

利用云臺(tái)回轉(zhuǎn)范圍率RRO、云臺(tái)旋轉(zhuǎn)速率比RVE可以很好地反映出系統(tǒng)中云臺(tái)的旋轉(zhuǎn)性能：

兩個(gè)比值結(jié)果越接近1表明云臺(tái)的旋轉(zhuǎn)性能越好。

而對(duì)于云臺(tái)的承重，可以利用承重率RBE來(lái)反映其承載性能：

同樣，當(dāng)RBE≤1表明云臺(tái)未超重，云臺(tái)平穩(wěn)。

2.監(jiān)視與顯示功能的性能指標(biāo)

監(jiān)視功能要求監(jiān)視的區(qū)域合理，區(qū)域照度符合設(shè)計(jì)要求，對(duì)要害部位進(jìn)行無(wú)盲區(qū)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。監(jiān)控功能包含了兩個(gè)指標(biāo)：監(jiān)視面積率、最低照度。

監(jiān)視面積率是指定區(qū)域內(nèi)所有攝像機(jī)的無(wú)重疊監(jiān)視面積總和與指定區(qū)域總面積的比值，用監(jiān)視面積率可以很直觀地反應(yīng)攝像機(jī)對(duì)指定區(qū)域有效監(jiān)控范圍。具體公式如下：

當(dāng)RS≥1時(shí)，表示攝像機(jī)監(jiān)視無(wú)盲區(qū)，否則表示有監(jiān)控死角存在。

攝像機(jī)的最低照度（也稱(chēng)靈敏度），是攝像機(jī)內(nèi)部器件CCD對(duì)光的敏感程度。通常用最低環(huán)境照度要求來(lái)表明攝像機(jī)靈敏度，攝像機(jī)所在環(huán)境的最低照度與該種攝像機(jī)的最低正常工作所需照度比值，可以反映該攝像機(jī)的環(huán)境照度性能，公式如下：

當(dāng)RIL≥1時(shí)表示攝像機(jī)最低照度符合要求，否則表示攝像機(jī)不能全天候監(jiān)控。

顯示功能要求圖像清晰穩(wěn)定地顯示，這就要求攝像機(jī)的圖像分辨率、信噪比等性能良好。

圖像分辨率指在視頻采集、傳輸、回放過(guò)程中的圖像質(zhì)量，單位是像素點(diǎn)數(shù)，由水平像素×垂直像素表示。如果對(duì)記錄圖像質(zhì)量要求不高，CIF（Common Intermediate Format，352×288）格式基本可以滿足監(jiān)控要求，CIF存儲(chǔ)量在60MB/h左右。但在一些重要場(chǎng)合，則需要高清晰度的D1（704×480）格式圖像，D1格式存儲(chǔ)量在300MB/h左右[5]。根據(jù)攝像機(jī)的實(shí)際分辨率與D1格式的比值，可以反映圖像分辨率性能狀態(tài)：

當(dāng)RRE≥1表示圖像清晰度高，否則表示圖像細(xì)節(jié)可能會(huì)不清楚。

圖像信噪比與清晰度指標(biāo)一樣，也是反映圖像質(zhì)量高低的重要指標(biāo)。信號(hào)的最大保真度輸出與不可避免的電平噪聲的比率即為信噪比，通常以dB計(jì)算，比率越大越好。典型值為46dB；若為50dB，則圖像質(zhì)量良好，但圖像仍有少量噪聲；如果達(dá)到60dB，則圖像質(zhì)量非常好，不出現(xiàn)噪聲[6]。根據(jù)攝像機(jī)實(shí)際信噪比與信噪比性能優(yōu)良的60dB的比值，可以反映攝像機(jī)信噪比性能狀況，公式如下：

當(dāng)RSNR≥1表示圖像質(zhì)量?jī)?yōu)良，沒(méi)有噪聲，否則圖像可能存在噪聲。

3.記錄與回放功能的性能指標(biāo)

記錄功能要求圖像連續(xù)穩(wěn)定，這就需要用于存儲(chǔ)錄像、圖片的硬盤(pán)容量足夠大，從而便于調(diào)用復(fù)看已經(jīng)過(guò)去一段時(shí)間的錄像。根據(jù)《江蘇省高等學(xué)校安全管理規(guī)定》，視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)采用數(shù)字硬盤(pán)錄像機(jī)等作為圖像記錄設(shè)備，24小時(shí)進(jìn)行圖像記錄，保存時(shí)間應(yīng)當(dāng)不少于30天[7]。這里，可以用錄像實(shí)際保存天數(shù)與要求的最低保存天數(shù)的比值來(lái)衡量記錄功能的性能，公式如下：

當(dāng)RSA≥1表示記錄內(nèi)容保存時(shí)間符合規(guī)定要求，可以保存至少30天，否則表示記錄內(nèi)容不能保存30天。

攝像機(jī)將現(xiàn)場(chǎng)的畫(huà)面拍攝后，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)傳輸，最終顯示在監(jiān)視器上。而存儲(chǔ)在硬盤(pán)中的視頻數(shù)據(jù)，需要調(diào)用復(fù)看時(shí)，也將顯示在監(jiān)視器上。此時(shí)，監(jiān)視器性能的優(yōu)劣將直接影響監(jiān)視、回放的功能。對(duì)于監(jiān)視器來(lái)說(shuō)，目前主要采用CRT、LCD等屏幕。盡管LCD屏幕是屬于較新的屏幕顯示方式，具有省電、輕薄的優(yōu)點(diǎn)，但是它仍然無(wú)法取代傳統(tǒng)的CRT監(jiān)視器。因?yàn)長(zhǎng)CD本身不發(fā)光，如果裝于室外，便無(wú)法辨識(shí)；另外，LCD存在視角問(wèn)題，觀看角度一旦偏斜，就會(huì)看不清楚。所以，對(duì)于視頻監(jiān)控系統(tǒng)的回放功能，主要還是針對(duì)CRT的性能指標(biāo)進(jìn)行研究。其主要包括了通頻帶、分辨率、灰度等級(jí)3個(gè)指標(biāo)。

通頻帶（也稱(chēng)為通帶寬度），這項(xiàng)指標(biāo)反映了監(jiān)視器重現(xiàn)圖像的質(zhì)量。頻帶寬度越寬，圖像細(xì)節(jié)越清楚，高清晰度監(jiān)視器頻響在10MHz以上。分辨率也是反映監(jiān)視器重現(xiàn)圖像能力的指標(biāo)，分辨率以行數(shù)表示。通常工程業(yè)務(wù)級(jí)別不低于600行，高清監(jiān)視器超過(guò)800行?；叶鹊燃?jí)是測(cè)量顯示器亮度和暗度的技術(shù)指標(biāo)，最高為9級(jí)，一般要求不小于8級(jí)[8]。

這里采用通帶寬度比RTB、分辨率比RMR、灰度比RGL作為衡量回放功能的性能指標(biāo)：

當(dāng)RTB≥1、RMR≥1且RGL＝1表示監(jiān)視器顯示性能良好，三個(gè)指標(biāo)任一不滿足則會(huì)影響監(jiān)視、回放圖像質(zhì)量。

4.視頻檢測(cè)與報(bào)警功能的性能指標(biāo)

視頻檢測(cè)與報(bào)警功能包括了：視頻動(dòng)態(tài)檢測(cè)、遮擋檢測(cè)、丟失檢測(cè)及相關(guān)報(bào)警聯(lián)動(dòng)功能。當(dāng)發(fā)生異常情況時(shí)，視頻監(jiān)控系統(tǒng)能準(zhǔn)確地、快速地做出響應(yīng)，聯(lián)動(dòng)其他設(shè)備或者發(fā)出報(bào)警信號(hào)。這包括了兩個(gè)性能指標(biāo)：準(zhǔn)確報(bào)警率RAR、響應(yīng)平均時(shí)間差率RART。準(zhǔn)確報(bào)警率可以進(jìn)過(guò)多次重復(fù)測(cè)試得到，響應(yīng)平均時(shí)間差率則可以由多次重復(fù)測(cè)試的響應(yīng)平均時(shí)間TAR得到：

若RAR=1表示能準(zhǔn)確進(jìn)行報(bào)警，RAR＜1表示存在漏報(bào)警現(xiàn)象，RAR＞1表示存在誤報(bào)警現(xiàn)象；若0≤RART＜1表示系統(tǒng)能及時(shí)進(jìn)行報(bào)警，且當(dāng)RART的值越接近1時(shí)表示響應(yīng)時(shí)間越短，當(dāng)RART的值為負(fù)數(shù)時(shí)表示實(shí)際響應(yīng)時(shí)間已經(jīng)超過(guò)規(guī)定響應(yīng)時(shí)間。

（三）校園安防系統(tǒng)防范能力評(píng)估指標(biāo)體系的建立

通過(guò)以上研究可以得出：在進(jìn)行校園視頻監(jiān)控系統(tǒng)防范能力評(píng)價(jià)時(shí)，系統(tǒng)的防范能力功能共4項(xiàng)，4項(xiàng)功能所涉及性能指標(biāo)共13個(gè)，具體如圖3所示。

本校園視頻監(jiān)控系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的特點(diǎn)是：

1.指標(biāo)體系的層次明確，指標(biāo)有實(shí)際意義。指標(biāo)體系是根據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范，綜合考慮了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、主要設(shè)備建立起來(lái)的，層次清晰，且功能層、指標(biāo)層所對(duì)應(yīng)的實(shí)際設(shè)備明確，指標(biāo)可進(jìn)行數(shù)值測(cè)量。

2.性能指標(biāo)較多，且具有不可共度性?？梢粤炕?3個(gè)指標(biāo)由于涉及實(shí)際設(shè)備，各性能的計(jì)量單位不同，因此本文對(duì)各性能指標(biāo)進(jìn)行了歸一化處理。但有些指標(biāo)值越大越好，有些指標(biāo)值越小越好，有些指標(biāo)值穩(wěn)定在某個(gè)固定值或某個(gè)區(qū)間為最佳，因此指標(biāo)間具有不可共度性。另外，對(duì)于某一項(xiàng)具體的功能，有些只有兩個(gè)性能指標(biāo)，有些有三個(gè)指標(biāo)，顯然，這些指標(biāo)對(duì)于它們所屬功能的重要程度也是不一樣的。

圖3 校園視頻監(jiān)控系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

四、結(jié)語(yǔ)

本研究建立了可以量化的校園視頻監(jiān)控系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，為進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)價(jià)做好了準(zhǔn)備。后續(xù)需要采用科學(xué)合理的評(píng)價(jià)方法即能對(duì)校園視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)學(xué)化、客觀的評(píng)價(jià)。