瀝滘智慧安防系統(tǒng) ——打造可感知、可聯(lián)動、可告警、可追溯的國內示范性凈水智慧園區(qū)
廣州市凈水有限公司是廣州市水務投資集團有限公司的全資子公司，創(chuàng)建于1989年，發(fā)展至今已成為一家集污水處理、建設、運營、資產(chǎn)經(jīng)營及研發(fā)為一體的特大型國有污水處理企業(yè)。
公司以“凈化水質、造福人民”為企業(yè)宗旨，為廣大市民提供優(yōu)質的污水治理工程建設和污水處理服務，已建成并運營大坦沙、獵德、瀝滘、西朗、大沙地、京溪、均禾、龍歸、竹料、石井凈、健康城、江高、大觀共13座大型污水處理廠，中心城區(qū)總污水處理能力達496萬噸/日。同時，負責運營從化區(qū)8座污水處理廠，運營管理規(guī)模在全國同行名列前茅。各污水處理廠的生產(chǎn)工藝、設備及運行管理水平在國內處于較高水平，出水水質全面達到國家標準一級A及省標較嚴值標準。
公司大力推動“產(chǎn)學研”深度融合，被評定為國家高新技術企業(yè)，“市政污水處理工程技術服務”產(chǎn)品2018年被認定為廣東省高新技術產(chǎn)品，獲批設立了“廣東省企業(yè)技術中心”、“省級工程技術中心”、“廣東省博士工作站”、“廣州市企業(yè)研發(fā)機構”、“廣州市博士后創(chuàng)新實踐基地”等省市各級研發(fā)機構5個；承擔了國家住建部、廣東省、廣州市等各級科研項目30余項，獲得授權專利69項。獲得廣東省科學技術進步獎三等獎、華夏建設科學技術獎三等獎等各級獎勵26項，獲得“全國城鎮(zhèn)污水處理廠十佳運營單位”、全國節(jié)能減排“優(yōu)秀達標示范單位”、“全國市政金杯示范工程”、“國家質量工程銀質獎”、“廣東環(huán)保先進單位” 、“廣東省自主創(chuàng)新示范企業(yè)”、“廣東省AA級企業(yè)管理創(chuàng)新示范基地”、“2020廣州技術市場50強企業(yè)”等多項榮譽。
成立以來，公司在廣州創(chuàng)建國家環(huán)保模范城市、創(chuàng)建國家衛(wèi)生城市、舉辦亞運會、建設生態(tài)水城等工作中發(fā)揮了重要作用。生態(tài)治理“道阻且長”，公司將繼續(xù)認真踐行習近平生態(tài)文明思想，不忘初心、牢記使命，為持續(xù)改善廣州水環(huán)境作出更加卓越的貢獻。
一、項目概況
為強化傳統(tǒng)視頻監(jiān)控場景感知、應用聯(lián)動、告警處置、事后追溯等能力，在瀝滘凈水廠，廣州凈水公司運用物聯(lián)網(wǎng)、AI、AR等先進技術，基于AR實景監(jiān)測平臺，以AR攝像機的高空鳥瞰視角，將監(jiān)控范圍內的各類防控資源在一張實景地圖上直觀呈現(xiàn)，實現(xiàn)對各應用場景的整合、數(shù)據(jù)信息融合處理和控制，提高園區(qū)智慧安防管理軟實力，打造可感知、可聯(lián)動、可告警、可追溯的國內示范性凈水智慧園區(qū)。
1. 項目背景
近年來，國家對生態(tài)治理、環(huán)境保護問題日益重視，污水處理作為生態(tài)治理的重要組成部分，凈水廠的安全防范管理水平關注度越來越高，人、車、物高度集中，治安情況日趨復雜，面對海量的圖像數(shù)據(jù)，人工排查猶如大海撈針，費時費力，效率低下，成本高居不下。在此情況下，高精度智能安防系統(tǒng)，讓凈水廠具備最精準的視覺感知能力，以達到讓凈水廠安防管理可視化的目的，為凈水廠提供一個智能安防體系。
隨著大數(shù)據(jù)、人工智能等技術的成熟，國家對智慧城市建設越來越重視，數(shù)字化建設和管理已成為城市治理標配，城市治理正一步步邁向“智能化、智慧化”的建設路線進行探索，為凈水廠的安防建設提供新思路和方向。
綜合分析智慧凈水廠的特性和要求，以信息化為核心、智能化為導向，在凈水廠運營與管理的各個環(huán)節(jié)，實現(xiàn)與數(shù)字化技術的深度融合，以“數(shù)字運營、智慧生產(chǎn)、科學決策、低碳發(fā)展”為目標，不斷推動公司創(chuàng)新發(fā)展與升級換代，將“人防與技防相結合”、“預防為主”的安全文明生產(chǎn)指導方針深入貫徹到凈水廠運營的方方面面,實現(xiàn)公司數(shù)據(jù)資源化、管理精細化、決策智慧化，探索實踐符合凈水特色數(shù)字化轉型之路，支撐公司運營更高效、管理更科學、服務更優(yōu)質。
2. 項目簡介
廣州凈水公司瀝滘凈水廠面向水務行業(yè)的需求，建設智慧安防系統(tǒng)，構建以實景地圖為載體的的智慧安全防護體系，支撐基于“無人值守、少人巡檢”智慧凈水廠的落地。其本質在于完成凈水廠安全防護智慧化全面升級，實現(xiàn)園區(qū)安全管理的智能化、標準化及規(guī)范化，達到宏觀細節(jié)、虛實結合、內外互補的“四圖合一”增強效果，以提升凈水廠安全管理要素、安全管理決策等全方位的智慧化水平，形成資源富集、場景豐富、告警閉環(huán)、高低聯(lián)動的安防生態(tài)。
3. 項目目標
通過運用視頻AI處理分析、AR增強現(xiàn)實、人工智能等手段，實現(xiàn)園區(qū)管理的智能化、標準化及規(guī)范化，打造為國內示范性凈水智慧園區(qū)。主要達成的目標如下：
(1)基于AR實景監(jiān)測平臺，實現(xiàn)對各應用場景的整合、數(shù)據(jù)信息融合處理和控制，構成一套園區(qū)立體防控網(wǎng)絡。
(2)實景監(jiān)測、訪客管理、車輛管理、人臉門禁、入侵檢測、智能周界、緊急對講、安全帽識別、水火異動、安消聯(lián)動等10個應用場景。
(3)集成可視化實景地圖、立體化視頻監(jiān)控、精細化預案規(guī)劃、精準化布控告警、智能化告警聯(lián)動、實景化指揮調度、全息化場景回溯等應用功能，為園區(qū)提供“統(tǒng)一告警、智能聯(lián)動、精準指揮”的綜合安防保障。
二、項目實施概況
1. 項目總體架構和主要內容
（1）系統(tǒng)總體架構
系統(tǒng)主要依托于AR實景監(jiān)測平臺，實現(xiàn)廠區(qū)安全態(tài)勢一張圖，實現(xiàn)統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫、統(tǒng)一管理界面、統(tǒng)一授權、統(tǒng)一權限卡、統(tǒng)一安防管理業(yè)務流程等。瀝滘凈水廠智慧園區(qū)系統(tǒng)總體架構由感知層、傳輸層、服務層、應用層、展示層所組成，各類軟硬件資源如圖1所示。
圖1 總體架構
（2）主要內容
感知層：系統(tǒng)前端感知設備包含AR攝像頭、普通監(jiān)控攝像頭，人臉識別攝像機、車牌攝像機、周界防范攝像機、明火檢測攝像機等告警終端/系統(tǒng)。
傳輸層：是整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)驅動層，負責接入感知層數(shù)據(jù)，進行安全校驗，數(shù)據(jù)標準化處理，為上層提供自帶負載均衡及分布式的數(shù)據(jù)接入服務。
服務層：包含基礎管理服務、數(shù)據(jù)管理服務、視頻管理服務、通信管理服務、地圖管理服務和安全管理服務，為上層應用提供服務支撐。
應用層：系統(tǒng)主要功能應用包含可視化實景地圖、立體化視頻監(jiān)控、自動化視頻巡查、精細化預案規(guī)劃、精準化布控告警、智能化告警聯(lián)動、實景化指揮調度和全息化場景回溯。
2. 網(wǎng)絡、平臺或安全互聯(lián)架構
（1）組網(wǎng)架構
整個平臺及設備在園區(qū)專網(wǎng)內部署，網(wǎng)絡互聯(lián)互通；園區(qū)專網(wǎng)提供光口與各新建前端設備對接，園區(qū)各新增設備就近接入現(xiàn)有光纖口，新建前端設備增加光電轉換器實現(xiàn)網(wǎng)線與光纖的轉換。如圖2所示。
圖2 組網(wǎng)架構
（2）網(wǎng)絡架構
監(jiān)控傳輸網(wǎng)絡系統(tǒng)主要作用是接入各類監(jiān)控資源，為大平臺各項應用提供基礎保障。網(wǎng)絡結構如圖3所示：
核心層主要設備是核心交換機，作為整個網(wǎng)絡的大腦，核心交換機需具備高可靠性及高穩(wěn)定性的要求，一般均采用模塊化框式交換機，在可靠性配置上需具備雙電源、雙引擎的要求，在穩(wěn)定性配置上需選擇合適的背板帶寬及處理能力較高的板卡。
前端網(wǎng)絡采用獨立的IP地址網(wǎng)段，完成對前端監(jiān)控設備的互聯(lián)。前端視頻通過IP傳輸網(wǎng)絡接入監(jiān)控中心或者數(shù)據(jù)機房進行匯聚。對于傳輸距離小于100米的可采用超五類或者六類雙絞線就近直接接入交換機；對于傳輸距離大于100米的，可采用一對光纖收發(fā)器實現(xiàn)點對點接入。
圖3 網(wǎng)絡架構
3. 具體應用場景和應用模式
創(chuàng)新引領，構筑一個實景化系統(tǒng)底座
在廠區(qū)制高點架設兩臺高點超級云眼攝像機，采用了800萬像素高清一體化星光級機芯、遠近夜間紅外補光燈、高速精密云臺，搭配GPS/北斗雙模定位模塊、姿態(tài)感知等傳感器。依托AR增強現(xiàn)實技術，以攝像機視頻畫面形成的實景地圖為載體，將畫面背景信息結構化描述，讓圖像信息可搜索、可定位、可分析，配合集成在球機內的傳感器，實現(xiàn)動態(tài)標簽、靜態(tài)標簽、自動定位、自動校時、視域管理、視頻聯(lián)動等功能，完美實現(xiàn)了真實世界與虛擬世界信息的“無縫”集成。通過增強現(xiàn)實標簽與低點攝像機進行關聯(lián)，實現(xiàn)對各應用場景的整合、數(shù)據(jù)信息融合處理和控制，構成一套園區(qū)立體防控網(wǎng)絡。
圖4 瀝滘智慧安防系統(tǒng)
集約高效，整合4種可視化地圖展示
一是地面二維地圖看宏觀，可宏觀了解凈水廠的地理概況。二是地面AR實景圖看實景，將各類資源進行標簽化管理，提供“上帝視角”的臨場體驗。三是地下3D平面圖看內部，在3D地圖上對相關資源進行精準的標識。四是地下VR全景圖強體驗，利用VR場景圖帶來身臨其境的體驗感。
圖5 地面二維地圖 圖6 地面AR實景圖
圖7 地下3D平面地圖 圖8 地下VR全景圖
數(shù)智賦能，連接多路智能化分析視頻
系統(tǒng)整合接入600余路高清攝像頭，AI智能化覆蓋率達到47%，涵蓋了人臉識別、周界入侵、安全帽識別、水浸煙火識別等多種智能化分析算法。
圖9 智慧安防系統(tǒng)后臺
應用牽引，融合10個智慧化應用場景
入園時，視頻AI布控提升安全防范。部署訪客管理、車輛管理，實現(xiàn)對人員、車輛的集中管控，提高通行的便捷性和訪客體驗。
園區(qū)里，多種視頻AI識別場景嚴陣以待。在不同的管控區(qū)域，部署人臉門禁、人臉攝像機、周界攝像機、緊急對講、智能機器人、安全帽識別、水浸煙火識別，對人員、異常事件進行有效規(guī)范管理，以提高整個園區(qū)的安全性。
同時，建立“人防”+“技防”+“物防”的AI智慧安消聯(lián)動，系統(tǒng)對接消防系統(tǒng)告警信息，并聯(lián)動攝像機查看現(xiàn)場視頻，以便第一時間處置各種險情。
數(shù)據(jù)融合，匯聚N類閉環(huán)式告警處置
系統(tǒng)基于各種應用場景，匯聚了人臉、車輛、越界、安全帽、煙火、水浸、手環(huán)、消防等告警信息，可按告警類型對時間、地點、內容進行查詢、處置，實時定位到攝像頭。
圖10 閉環(huán)式告警處置
科技助力，挖掘四項自動化聯(lián)動功能
一是日常自動巡航。打開“巡航任務”，可根據(jù)需求添加需要巡航的點位，定時自動切換。在啟動巡航任務后，可根據(jù)已設定任務，逐一巡航檢查，如：園區(qū)安保巡航、重要作業(yè)區(qū)域巡航、周界防范巡航等。
二是安防預案規(guī)劃。可自定義設置安防預案，視頻自動跟隨，智能機器人跟蹤。發(fā)生應急事件時，根據(jù)事先的應急方案指揮引導現(xiàn)場人員疏散。
三是安消系統(tǒng)聯(lián)動。啟動消防告警后，系統(tǒng)聯(lián)動消防系統(tǒng)并推送逃生路線，引導現(xiàn)場人員緊急疏散，關聯(lián)攝像頭及VR全景資源進行視頻巡航跟蹤。
四是手環(huán)系統(tǒng)對接。生命體征監(jiān)測系統(tǒng)借助UWB精準定位技術+智能手環(huán)，實時向安防系統(tǒng)推送生命體征、坐標等告警信息。當啟動告警時，可聯(lián)動附近攝像頭及機器人，進行跟蹤處置。
4. 安全及可靠性、開放性
在系統(tǒng)規(guī)劃設計階段，即對安全策略進行認真考慮，通過網(wǎng)絡訪問的用戶權限設置具備有完善的策略，對用戶的操作進行全面的跟蹤。
系統(tǒng)從軟硬件、平臺、網(wǎng)絡構建、通信介質等多方面進行考慮，通過采用關鍵節(jié)點的設備和模塊冗余、線路冗余，建立后備系統(tǒng)和災難恢復機制等一系列措施來保證硬件系統(tǒng)平臺的可靠性與穩(wěn)定性。
系統(tǒng)具備連接的開放性、協(xié)議的標準性以及應用的開放性，開放性的要求始終貫穿于系統(tǒng)的整個規(guī)劃、設計、建設全過程。
系統(tǒng)建設時嚴格執(zhí)行國際標準、國家標準和省級標準的采納與使用，保證系統(tǒng)建立在標準化基礎上，確定標準代碼和標準信息分類編碼，規(guī)定各系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交換的統(tǒng)一接口。
5. 其他亮點
系統(tǒng)上線后，通過人臉識別、視頻結構化分析、圖像深度學習等，實時提取和分析園區(qū)海量的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對人、車、物、空間的整體場景的實時感知、動態(tài)控制和信息服務。從監(jiān)控、巡航、告警、回溯、預案、調度等層面，實現(xiàn)立體化高低監(jiān)控、自動化視頻巡航、精準化布控告警、智能化定位回溯、精細化預案規(guī)劃、實景化指揮調度，從而提高公司數(shù)字化、信息化、智能化水平，進一步提升公司安全生產(chǎn)管理水平。目前大部分應用場景基本實現(xiàn)視頻AI識別替代傳統(tǒng)的人為干預，僅需安排少量人員在調度中心統(tǒng)一調度。
一是立體化高低監(jiān)控。立體化視頻監(jiān)控，構建園區(qū)視頻空間邏輯關聯(lián)，高點看全局、低點看細節(jié)，實現(xiàn)園區(qū)監(jiān)控調度全方位、無死角、全閉環(huán)。
二是自動化視頻巡航。引入智能化告警和視頻聯(lián)動手段，對園區(qū)實現(xiàn)日常巡航（包括AI巡檢和普通攝像機資源聯(lián)動）、事件主動告警，真正做到7*24小時不間斷巡查和防控，可實現(xiàn)園區(qū)安保巡航、重要作業(yè)區(qū)域巡航、周界防范巡航等。
三是精準化告警布控。各類告警聯(lián)動視頻，警情自動定位，視頻自動打開，提高處置效率。把園區(qū)中人、車、周界、安消等告警與園區(qū)實景相結合形成告警中心。
四是智能化定位回溯。系統(tǒng)支持通過客戶端軟件回放錄像，并可在錄像畫面中顯示標簽標題和相關信息，還原歷史場景。結構化查證更便捷：人臉檢測抓拍、抓拍庫檢索、結構化查詢、人臉屬性查證、人員軌跡分析，查證便捷高效。
五是精細化預案規(guī)劃。在視頻畫面上精細化部署園區(qū)應急預案，實現(xiàn)視頻可視化應急預案、便捷化部署預案、一鍵啟動預案。當啟動預案后，預案執(zhí)行情況在視頻上通過實景比對，消防車輛、疏散集結等應急資源部署情況一目了然。
六是實景化指揮調度。實現(xiàn)第一時間掌握現(xiàn)場情況：實時告警信息、實時位置顯示、實時視頻回傳；第一時間調動周邊安保力量：一鍵框選、一鍵呼叫。
三、下一步實施計劃
1. 應用場景探索
探索創(chuàng)新應用場景。運用先進的信息技術，探索更多應用場景，總結符合凈水公司特色的方案并推廣應用，同時策劃相關標準的制定。
2. 系統(tǒng)應用推廣
通過加快推動公司數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化轉型升級，以更全面的感知、更主動的服務、更科學的決策、更自動的控制和更及時的應對，全面提升水務安防管理的效率和效能，同時逐步推廣到所屬其他凈水廠，逐步實現(xiàn)公司級智慧安防系統(tǒng)建設。
四、項目創(chuàng)新點和實施效果
1. 項目先進性及創(chuàng)新點
(1)先進性
在投資范圍內最大化接入園區(qū)所有視頻資源，完成日常巡航、重要安保任務、AI視頻巡檢、告警處置、消安聯(lián)動、手環(huán)系統(tǒng)對接等智能化功能。
一體化聯(lián)動應用：
考慮到綜合安防各類技術防范系統(tǒng)聯(lián)動化、集成化的需要，系統(tǒng)架構滿足跨系統(tǒng)、跨平臺互連通用，將原本獨立運行、信息屏蔽的諸多應用子模塊進行橫向協(xié)同，實現(xiàn)多個系統(tǒng)業(yè)務的智能化聯(lián)動，充分發(fā)揮系統(tǒng)整體應用價值。
增強現(xiàn)實技術：
系統(tǒng)通過在空中俯瞰園區(qū)中各重點區(qū)域，結合增強現(xiàn)實標簽標注技術，能夠對園區(qū)畫面中的建筑物、道路、設施等進行標簽標注；標簽支持分層分類展示，標簽可被搜索、定位；當系統(tǒng)搜索到某個目標位置時，系統(tǒng)畫面能夠自動聚焦到目標位置，并在監(jiān)控中心以最大畫面展示。整體形成一個大屏實景地圖，能給監(jiān)控人員帶來非常直觀的臨場感，直觀快速掌握園區(qū)整體安防情況。
引入多種視頻分析算法：
主要涉及人臉識別、車輛車型識別、安全帽識別、目標跟蹤、圖像特征搜索、煙霧和明火檢測算法、定制水浸檢測算法等，使得安防從過去簡單的安全防護系統(tǒng)向綜合化體系演變，引入物聯(lián)網(wǎng)技術后可以通過無線移動、跟蹤定位等手段建立全方位的立體防護。
平臺預留與其他水廠平臺級聯(lián)功能、標準化接口、平臺提供良好的兼容性，可支持更多數(shù)據(jù)接入和聯(lián)動應用的能力。
平臺的可擴展、可復制性良好，易于將該平臺和系統(tǒng)工程進行快速有效推廣。
充分預留了指揮中心平臺的底座基礎，搭建了友好靈活的實景化操作界面。
(2)創(chuàng)新點
建立實景立體指揮中心平臺，實現(xiàn)實景指揮中心系統(tǒng)功能——集瀝滘廠區(qū)態(tài)勢感知、視頻立體防控、應急預案處置、智能化預警聯(lián)動、視頻實景指揮為一體的安全態(tài)勢和生產(chǎn)態(tài)勢智能化應用效果。
一是系統(tǒng)具備事前預警、事發(fā)告警、事后追溯功能。
傳統(tǒng)智能安防的信息數(shù)據(jù)多數(shù)用于事后證據(jù)，而智慧安防則集預警、告警和追溯于一體，比如可根據(jù)人員軌跡或行車軌跡來動態(tài)診斷分析、根據(jù)人員動作形態(tài)捕捉來判斷人員行為。
二是系統(tǒng)具備多維感知能力。
傳統(tǒng)安防更多通過視頻攝像頭、刷卡密碼等進行感知周邊環(huán)境，只能針對特定區(qū)域進行小范圍檢查。而智慧園區(qū)通過各種生物特征識別技術，如人臉識別、水浸、煙火識別、安全帽識別等，廣泛用于園區(qū)的車輛管理、人員管控、門禁管理、視頻監(jiān)控、緊急對講等場景。
三是系統(tǒng)具備聯(lián)動管理功能。
傳統(tǒng)安防各個系統(tǒng)單獨控制，缺乏系統(tǒng)聯(lián)動，工作效率低，人工成本高。智慧安防實現(xiàn)系統(tǒng)的聯(lián)動控制，比如視頻監(jiān)控和自動報警聯(lián)動，地圖定位和可視化對講的聯(lián)動，消防系統(tǒng)與安防系統(tǒng)的聯(lián)動，智能機器人的聯(lián)動等。智能攝像頭等智能感應設備判斷出設備或環(huán)境異常，將自動告警上報智慧安防平臺，調度中心基于智慧安防平臺實景地圖直觀顯示位置，同時結合保安位置，自動指派人員進行事故處理。
四是系統(tǒng)結合機器學習和分析算法。
傳統(tǒng)安防對收集的數(shù)據(jù)和信息進行人工判斷和比對，耗時費力，做不到提前預警。而智能安防可通過AI分析和控制，比如園區(qū)巡檢機器人、智能攝像頭和傳感器，通過5G網(wǎng)絡回傳實時數(shù)據(jù)，系統(tǒng)通過智能分析，判斷園區(qū)內設備和環(huán)境是否存在異常，園區(qū)管理者遠程控制巡檢機器人，可針對園區(qū)特定地點實行重點檢查。
2. 實施效果
通過瀝滘智慧安防系統(tǒng)的建設，瀝滘凈水廠已完成安防智慧化全面升級，在提升凈水廠安全管理要素、安全管理決策等全方位的智慧化水平上初見成效，升級后的平臺建設標準、智慧程度、運行成效均處于國內領先地位。
實景視頻標注賦予園區(qū)視頻點位精準化；視頻高低聯(lián)動解決園區(qū)視覺防控碎片化問題；AR資源超級搜索快速篩查園區(qū)各類資源；視頻收藏夾提高園區(qū)資源調度效率。
形成了對園區(qū)內人員行為、異常事件的全方位的自動化安全防控，實現(xiàn)幾分鐘就能完成日常幾小時才能完成的人工巡檢工作，克服人工巡檢的主觀行為缺陷。
當發(fā)生告警時，AR鷹眼攝像機自動轉向對準告警區(qū)域，同時自動打開附近低點攝像機，監(jiān)控中心更快一秒、更準一點掌握現(xiàn)場情況。
另外，直觀的“排兵布陣”方式突破了傳統(tǒng)文本、圖紙和電子地圖預案等方式，各種應急資源部署情況一目了然。
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