胡賢 黃威巍 陸娟 葉森 楊樂 江蘇省南京市公安局

引言

近年來，互聯(lián)網(wǎng)的普及應(yīng)用、物聯(lián)網(wǎng)的蓬勃發(fā)展為智慧警營建設(shè)提供了技術(shù)基礎(chǔ)，通過智慧警營管理系統(tǒng)對警營人員、車輛和動力環(huán)境實施精準、高效的實時監(jiān)控，能夠最大限度提高警營數(shù)字化管理水平。智慧警營管理系統(tǒng)借助物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)等先進技術(shù)，運用先進的智能設(shè)備、系統(tǒng)創(chuàng)建統(tǒng)一的智能化管理平臺，建設(shè)滿足廣大民警用戶需求的智慧應(yīng)用軟件，實現(xiàn)公安警營智慧升級，推動警營管理更加規(guī)范、安全、高效，切實為廣大民警、警輔提供高質(zhì)量智慧服務(wù)。

一、智慧警營建設(shè)痛點分析

傳統(tǒng)警營的信息化偏重垂直、孤立的煙囪式子系統(tǒng)建設(shè)，初期想到什么建設(shè)什么，數(shù)據(jù)不互通，業(yè)務(wù)難融合，長期面臨服務(wù)體驗差、資源浪費、綜合安防弱、運營效率低、管理成本高，數(shù)據(jù)的格式繁多，對標成本極高，難以為大數(shù)據(jù)分析提供支撐。在公安警營進行信息化建設(shè)的初始階段，一些信息化的想法和需求往往只是想要解決他們目前在運營上所遇到的一些難題，試圖通過信息化的手段對警營進行優(yōu)化升級。在科技飛速發(fā)展的信息化時代，很難預(yù)測兩年后普及應(yīng)用哪些智能系統(tǒng)或設(shè)備，因此在規(guī)劃的初始階段就必須具有較強的前瞻性和包容性，否則開發(fā)出的智慧警營管理系統(tǒng)毫無生命力可言。

二、系統(tǒng)框架設(shè)計思路

（一）系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)設(shè)計

基于開放的理念創(chuàng)建智慧警營管理系統(tǒng)，通過先進的物聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)，充分考慮當(dāng)前需求和未來發(fā)展，創(chuàng)建信息共享的數(shù)字化平臺。系統(tǒng)總體架構(gòu)以建設(shè)標準體系、安全保障體系為支撐，按照承載的功能劃分為五個層次：接入層、應(yīng)用層、感知層、數(shù)據(jù)中臺、平臺層，如圖1所示。

1. 平臺層

主要承載數(shù)據(jù)的存儲、運算資源等基礎(chǔ)云服務(wù)，能夠?qū)崟r收集感知層產(chǎn)生的全量數(shù)據(jù)，為智慧警營業(yè)務(wù)提供關(guān)鍵的業(yè)務(wù)能力支撐。同時，在邊緣節(jié)點，通過輕量化處理平臺和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備為前端聯(lián)動控制和即時響應(yīng)提供支撐。

2. 數(shù)據(jù)中臺

依托平臺層提供的云數(shù)據(jù)庫服務(wù)及云計算、大數(shù)據(jù)處理能力，在底層云平臺提供的彈性計算和存儲能力的支撐下，通過大數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)和人工智能算法提供各類智能數(shù)據(jù)處理服務(wù)，依托大數(shù)據(jù)平臺，對數(shù)據(jù)進行接入、治理，并呈營區(qū)管理數(shù)據(jù)中臺。

3. 感知層

感知層主要承載多源數(shù)據(jù)的采集功能，通過各種不同智能終端設(shè)備采集各類音視頻、狀態(tài)參數(shù)等數(shù)據(jù)，由模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并通過安全的網(wǎng)絡(luò)通道匯聚到平臺層。感知層目前已具備視覺智能（面部識別、車牌識別），智能問答、智能分派工單、智能監(jiān)測等服務(wù)提供文本智能（OCR工具）的能力，隨著科技發(fā)展，智慧警營管理系統(tǒng)支持兼容更多新型的智能系統(tǒng)和設(shè)備。

4. 應(yīng)用層

從警營安防、人車管理、動環(huán)監(jiān)控的實際需求出發(fā)，在數(shù)據(jù)中心、智能中心基礎(chǔ)上搭建業(yè)務(wù)應(yīng)用，滿足警營內(nèi)部各類業(yè)務(wù)智慧化應(yīng)用需求。應(yīng)用層主要承載基于云平臺的業(yè)務(wù)應(yīng)用功能，在平臺層的業(yè)務(wù)能力支撐下，應(yīng)用層提供警營安防管理、人員管理、車輛管理、動環(huán)監(jiān)控、智慧服務(wù)和態(tài)勢綜合展現(xiàn)等業(yè)務(wù)功能，在整個系統(tǒng)的建設(shè)過程中，建設(shè)標準體系將對系統(tǒng)的質(zhì)量及服務(wù)保障提供強有力的支撐，安全保障體系為系統(tǒng)的安全運行提供可靠的防護屏障。

5. 接入層

包含公安門戶、警營門戶、職能門戶等各類集成門戶，為各個警營、警種、職能部門提供統(tǒng)一的入口。通過手機端、PC電腦端、平板端、大屏等多端以WEB、APP、公眾號、大屏等多形式進行對外呈現(xiàn)，為智慧警營業(yè)務(wù)提供敏捷靈活的應(yīng)用前臺展現(xiàn)和人機交互能力。

（二）數(shù)據(jù)流程設(shè)計

根據(jù)系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計，數(shù)據(jù)流程設(shè)計如圖2所示。

感知層包含警營安防、人員管理、車輛管理、動環(huán)管理等分系統(tǒng)，通過單向光隔離設(shè)備從物聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)焦矁?nèi)網(wǎng)。

平臺層對非結(jié)構(gòu)化信息通過相關(guān)智能識別算法識別出結(jié)構(gòu)化信息，會同物聯(lián)網(wǎng)采集的各類結(jié)構(gòu)化信息進行大數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計并存儲到分析型數(shù)據(jù)庫，供應(yīng)用層綜合應(yīng)用平臺進行信息展示。同時，非結(jié)構(gòu)化信息可直接提供給應(yīng)用層綜合應(yīng)用平臺進行實時顯示，存儲于對象存儲區(qū)域，為綜合應(yīng)用平臺提供歷史視頻圖像查詢。公安內(nèi)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)處理后，將控制指令信息和訪客身份比對結(jié)果等通過二維碼隔離設(shè)備回傳至物聯(lián)網(wǎng)，進而對相關(guān)攝像頭、閘機和智慧服務(wù)相關(guān)業(yè)務(wù)進行聯(lián)動控制，實現(xiàn)信息安全有效交換。

（三）網(wǎng)絡(luò)安全

智慧警營網(wǎng)絡(luò)涵蓋公安內(nèi)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)為單獨構(gòu)建，物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)、公安內(nèi)網(wǎng)間有物理隔離，網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)如圖3所示。

互聯(lián)網(wǎng)用于發(fā)布警營非涉密公共服務(wù)信息，同時將移動終端APP的訪客身份信息等導(dǎo)入至物聯(lián)網(wǎng)，互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)間的數(shù)據(jù)交互通過二維碼隔離系統(tǒng)保證安全。物聯(lián)網(wǎng)將采集到的實時信息數(shù)據(jù)，通過單向光隔離設(shè)備導(dǎo)入至內(nèi)網(wǎng)中，再按照信息類型進行分發(fā)，實現(xiàn)信息的高效安全交換。公安內(nèi)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)處理、存儲并進行顯示。對來自物聯(lián)網(wǎng)的視頻、照片和動環(huán)等實時數(shù)據(jù)進行處理和比對，將控制指令信息和訪客身份比對結(jié)果等回傳至物聯(lián)網(wǎng)，這些控制策略通過二維碼隔離設(shè)備傳輸至物聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)信息安全交換。對于網(wǎng)絡(luò)中的安全設(shè)備和涉密信息的安全防護需求，需部署安全管理和審計、接入認證以及網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測分析等系統(tǒng)，采取身份認證安全審計手段，對設(shè)備進行統(tǒng)一配置和集中管理，匯集上報日志，采用探針技術(shù)對安全事件進行報警、預(yù)警和分析，實現(xiàn)多個網(wǎng)絡(luò)間的數(shù)據(jù)交互和邊界防御的統(tǒng)一安全管理。

三、系統(tǒng)應(yīng)用

（一）圖像識別KSVD算法的應(yīng)用

智慧警營管理系統(tǒng)包含的電子圍墻、人臉閘機、停車管理，大量使用到圖像識別KSVD算法。KSVD算法在字典更新階段的核心思想是使字典中的每一列字典原子都發(fā)揮自身的價值以最小化重構(gòu)誤差，學(xué)習(xí)到的字典僅用來求解稀疏表示系數(shù)，但在分類過程中缺乏判別能力。為了得到一個具有判別性的訓(xùn)練字典，標簽一致KSVD（LC-KSVD）算法，引入了樣本類別標簽，加強了字典原子與標簽之間的對應(yīng)關(guān)系。另外，在目標函數(shù)中加入了稀疏編碼誤差約束項和分類誤差約束項，最終使學(xué)習(xí)到的字典同時具有表示和判別能力。

1. 在出入警營人員布控與防疫管理中的應(yīng)用

通過圖像識別KSVD算法辨識出人員面部特征，與人臉庫的數(shù)據(jù)自動匹配，匹配到人員信息后，通過細致的人員信息、組織架構(gòu)管理，再加上對外部訪客提供便捷的預(yù)約入口，構(gòu)建了內(nèi)部民警和外部訪客的人員出入管理服務(wù)體系，實現(xiàn)對進入警營人員來源的精確認證、出入場所授權(quán)、門禁聯(lián)動控制等。同時，將人臉識別與黑白名單結(jié)合，對特殊的人員和車輛進行布控或者提供VIP服務(wù)，確保人員進入警營和重要場所可控可追蹤。此外，根據(jù)疫情防控需要，智慧警營管理系統(tǒng)聯(lián)動通道閘機，整合分散的防疫數(shù)據(jù)，添加了通過人臉查詢檢測蘇康碼、行程碼、核酸檢測、體溫等防疫信息的亮點功能，實現(xiàn)刷臉驗身份、“驗碼”同步進行，做到精準防疫、實時攔截，切實阻斷疫情傳播鏈條，確保高效通行。

2. 在警營內(nèi)部車輛管理中的應(yīng)用

聚焦公安警營內(nèi)部安全管理的實際需求，在系統(tǒng)內(nèi)將執(zhí)法執(zhí)勤用車與人員建立關(guān)聯(lián)關(guān)系，通過圖像識別KSVD算法辨識出車牌號碼，車輛進入時快速識別車牌，并根據(jù)車輛準入規(guī)則配置，放行進入預(yù)定的區(qū)域。面向預(yù)約訪客的車輛，則根據(jù)設(shè)置的規(guī)則，在指定時間段放行進入預(yù)定區(qū)域。在此基礎(chǔ)上，以物聯(lián)網(wǎng)聯(lián)接和數(shù)字化運營為抓手，通過無人化、集中管理等手段實現(xiàn)車場不堵、快速停車，保障警營內(nèi)部車輛高效通行。

3. 在警營內(nèi)部安全防控管理中的應(yīng)用

通過視頻圖像識別，實現(xiàn)電子圍墻、視頻監(jiān)控、電子巡更功能。高效率的視頻人臉及車牌識別為監(jiān)控中心對警營內(nèi)全時域地域的感知夯實了基礎(chǔ)。將所有安防信息進行集中管理和整合應(yīng)用，通過物聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)交互、報警聯(lián)動響應(yīng)，提高警營安防集成系統(tǒng)的整體預(yù)警聯(lián)防能力。

（二）K-means動態(tài)聚類算法的應(yīng)用

警營內(nèi)部不乏單場景的智能應(yīng)用和硬件，例如人臉閘機、電子圍墻、停車場智能感知設(shè)備、精密空調(diào)、消防監(jiān)控、電量儀等設(shè)備，以前投入使用的系統(tǒng)都是垂直、孤立、相對封閉的子系統(tǒng)，數(shù)據(jù)無法融合、業(yè)務(wù)無法協(xié)同。智慧警營管理系統(tǒng)在利舊的前提下向這些系統(tǒng)共享基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，如人員、車輛、防疫、區(qū)域、樓宇等信息，避免同樣的數(shù)據(jù)重復(fù)占用硬件空間資源，同時收集這些系統(tǒng)的日志數(shù)據(jù)，為數(shù)據(jù)可視化和大數(shù)據(jù)分析提供支撐。

圖6為基于云平臺的數(shù)據(jù)挖掘體系架構(gòu)。在該體系結(jié)構(gòu)中，系統(tǒng)利用算法服務(wù)管理模塊和數(shù)據(jù)并行處理模塊中內(nèi)嵌入聚類算法，以降低計算的維度，加快數(shù)據(jù)融合的速度。智慧警營管理系統(tǒng)采用K-means動態(tài)聚類算法對信息進行挖掘分類。粒度分解算法的維度由聚類算法的分類群來確定。由K-means算法的特性可知：數(shù)據(jù)的分類按照特征相似的數(shù)據(jù)無限趨近同一個類。在智慧警營管理系統(tǒng)中，采集到的子數(shù)據(jù)群就天然帶有一定的分類效果，這種效果是不精準的。因此，需要利用K-means動態(tài)聚類算法進行糾正。以K-means算法為云計算的粒度分解算法提供降維處理，提高處理的效率，為警營各類數(shù)據(jù)的分類和融合提供良好的基礎(chǔ)。

K-means動態(tài)聚類算法在智慧警營管理系統(tǒng)中具體應(yīng)用于動力環(huán)節(jié)監(jiān)控。主要功能為集中監(jiān)控警營特定區(qū)域的動力系統(tǒng)、環(huán)境系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、安保系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等，該功能模塊通過大量的傳感器和智能硬件監(jiān)視各系統(tǒng)設(shè)備的運行狀態(tài)及工作參數(shù)，即時上傳分析，不同監(jiān)控設(shè)備上傳數(shù)據(jù)特征差異小，采取K-means動態(tài)聚類算法，可將數(shù)據(jù)分類，整合成有效的歷史數(shù)據(jù)集，并為系統(tǒng)故障判斷提供準確的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。同時，為響應(yīng)國家“碳中和”號召，助力節(jié)能減排，動環(huán)監(jiān)控還通過系統(tǒng)獲取各區(qū)域的歷史能耗情況，進行大數(shù)據(jù)歸類分析，對異常能源消耗報警，全面提高警營管理的效益。

四、結(jié)語

智慧警營管理系統(tǒng)依托強大的集成管理云平臺，通過分布式的數(shù)據(jù)采集中心，連接前端各專業(yè)智能化系統(tǒng)以及物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備，實時準確獲取設(shè)備運行數(shù)據(jù)、能源使用數(shù)據(jù)、環(huán)境狀態(tài)數(shù)據(jù)等，打通相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)軟硬件，應(yīng)用大數(shù)據(jù)決策分析引擎，進行海量數(shù)據(jù)的分析、統(tǒng)計、診斷，篩選價值數(shù)據(jù)進行豐富多元的智能化控制，為警營提供標準規(guī)范的管理服務(wù)，提高警營用能管理效率，降低運維成本，滿足“安全、高效、綠色、智慧”的現(xiàn)代警營建設(shè)規(guī)劃要求。