瀝滘智慧安防系統 ——打造可感知、可聯動、可告警、可追溯的國內示范性凈水智慧園區
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，創建于1989年，發展至今已成為一家集污水處理、建設、運營、資產經營及研發為一體的特大型國有污水處理企業。
公司以“凈化水質、造福人民”為企業宗旨，為廣大市民提供優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，中心城區總污水處理能力達496萬噸/日。同時，負責運營從化區8座污水處理廠，運營管理規模在全國同行名列前茅。各污水處理廠的生產工藝、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“產學研”深度融合，被評定為國家高新技術企業，“市政污水處理工程技術服務”產品2018年被認定為廣東省高新技術產品，獲批設立了“廣東省企業技術中心”、“省級工程技術中心”、“廣東省博士工作站”、“廣州市企業研發機構”、“廣州市博士后創新實踐基地”等省市各級研發機構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“全國城鎮污水處理廠十佳運營單位”、全國節能減排“優秀達標示范單位”、“全國市政金杯示范工程”、“國家質量工程銀質獎”、“廣東環保先進單位” 、“廣東省自主創新示范企業”、“廣東省AA級企業管理創新示范基地”、“2020廣州技術市場50強企業”等多項榮譽。
成立以來，公司在廣州創建國家環保模范城市、創建國家衛生城市、舉辦亞運會、建設生態水城等工作中發揮了重要作用。生態治理“道阻且長”，公司將繼續認真踐行習近平生態文明思想，不忘初心、牢記使命，為持續改善廣州水環境作出更加卓越的貢獻。
一、項目概況
為強化傳統視頻監控場景感知、應用聯動、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網、AI、AR等先進技術，基于AR實景監測平臺，以AR攝像機的高空鳥瞰視角，將監控范圍內的各類防控資源在一張實景地圖上直觀呈現，實現對各應用場景的整合、數據信息融合處理和控制，提高園區智慧安防管理軟實力，打造可感知、可聯動、可告警、可追溯的國內示范性凈水智慧園區。
1. 項目背景
近年來，國家對生態治理、環境保護問題日益重視，污水處理作為生態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，面對海量的圖像數據，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，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。
隨著大數據、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節，實現與數字化技術的深度融合，以“數字運營、智慧生產、科學決策、低碳發展”為目標，不斷推動公司創新發展與升級換代，將“人防與技防相結合”、“預防為主”的安全文明生產指導方針深入貫徹到凈水廠運營的方方面面,實現公司數據資源化、管理精細化、決策智慧化，探索實踐符合凈水特色數字化轉型之路，支撐公司運營更高效、管理更科學、服務更優質。
2. 項目簡介
廣州凈水公司瀝滘凈水廠面向水務行業的需求，建設智慧安防系統，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，實現園區安全管理的智能化、標準化及規范化，達到宏觀細節、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、高低聯動的安防生態。
3. 項目目標
通過運用視頻AI處理分析、AR增強現實、人工智能等手段，實現園區管理的智能化、標準化及規范化，打造為國內示范性凈水智慧園區。主要達成的目標如下：
(1)基于AR實景監測平臺，實現對各應用場景的整合、數據信息融合處理和控制，構成一套園區立體防控網絡。
(2)實景監測、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、安消聯動等10個應用場景。
(3)集成可視化實景地圖、立體化視頻監控、精細化預案規劃、精準化布控告警、智能化告警聯動、實景化指揮調度、全息化場景回溯等應用功能，為園區提供“統一告警、智能聯動、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）系統總體架構
系統主要依托于AR實景監測平臺，實現廠區安全態勢一張圖，實現統一數據庫、統一管理界面、統一授權、統一權限卡、統一安防管理業務流程等。瀝滘凈水廠智慧園區系統總體架構由感知層、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：系統前端感知設備包含AR攝像頭、普通監控攝像頭，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。
傳輸層：是整個系統數據驅動層，負責接入感知層數據，進行安全校驗，數據標準化處理，為上層提供自帶負載均衡及分布式的數據接入服務。
服務層：包含基礎管理服務、數據管理服務、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：系統主要功能應用包含可視化實景地圖、立體化視頻監控、自動化視頻巡查、精細化預案規劃、精準化布控告警、智能化告警聯動、實景化指揮調度和全息化場景回溯。
2. 網絡、平臺或安全互聯架構
（1）組網架構
整個平臺及設備在園區專網內部署，網絡互聯互通；園區專網提供光口與各新建前端設備對接，園區各新增設備就近接入現有光纖口，新建前端設備增加光電轉換器實現網線與光纖的轉換。如圖2所示。
圖2 組網架構
（2）網絡架構
監控傳輸網絡系統主要作用是接入各類監控資源，為大平臺各項應用提供基礎保障。網絡結構如圖3所示：
核心層主要設備是核心交換機，作為整個網絡的大腦，核心交換機需具備高可靠性及高穩定性的要求，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。
前端網絡采用獨立的IP地址網段，完成對前端監控設備的互聯。前端視頻通過IP傳輸網絡接入監控中心或者數據機房進行匯聚。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器實現點對點接入。
圖3 網絡架構
3. 具體應用場景和應用模式
創新引領，構筑一個實景化系統底座
在廠區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、姿態感知等傳感器。依托AR增強現實技術，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，實現動態標簽、靜態標簽、自動定位、自動校時、視域管理、視頻聯動等功能，完美實現了真實世界與虛擬世界信息的“無縫”集成。通過增強現實標簽與低點攝像機進行關聯，實現對各應用場景的整合、數據信息融合處理和控制，構成一套園區立體防控網絡。
圖4 瀝滘智慧安防系統
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
數智賦能，連接多路智能化分析視頻
系統整合接入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。
園區里，多種視頻AI識別場景嚴陣以待。在不同的管控區域，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范管理，以提高整個園區的安全性。
同時，建立“人防”+“技防”+“物防”的AI智慧安消聯動，系統對接消防系統告警信息，并聯動攝像機查看現場視頻，以便第一時間處置各種險情。
數據融合，匯聚N類閉環式告警處置
系統基于各種應用場景，匯聚了人臉、車輛、越界、安全帽、煙火、水浸、手環、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 閉環式告警處置
科技助力，挖掘四項自動化聯動功能
一是日常自動巡航。打開“巡航任務”，可根據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，可根據已設定任務，逐一巡航檢查，如：園區安保巡航、重要作業區域巡航、周界防范巡航等。
二是安防預案規劃。可自定義設置安防預案，視頻自動跟隨，智能機器人跟蹤。發生應急事件時，根據事先的應急方案指揮引導現場人員疏散。
三是安消系統聯動。啟動消防告警后，系統聯動消防系統并推送逃生路線，引導現場人員緊急疏散，關聯攝像頭及VR全景資源進行視頻巡航跟蹤。
四是手環系統對接。生命體征監測系統借助UWB精準定位技術+智能手環，實時向安防系統推送生命體征、坐標等告警信息。當啟動告警時，可聯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
在系統規劃設計階段，即對安全策略進行認真考慮，通過網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。
系統從軟硬件、平臺、網絡構建、通信介質等多方面進行考慮，通過采用關鍵節點的設備和模塊冗余、線路冗余，建立后備系統和災難恢復機制等一系列措施來保證硬件系統平臺的可靠性與穩定性。
系統具備連接的開放性、協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的整個規劃、設計、建設全過程。
系統建設時嚴格執行國際標準、國家標準和省級標準的采納與使用，保證系統建立在標準化基礎上，確定標準代碼和標準信息分類編碼，規定各系統間數據交換的統一接口。
5. 其他亮點
系統上線后，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海量的數據，實現對人、車、物、空間的整體場景的實時感知、動態控制和信息服務。從監控、巡航、告警、回溯、預案、調度等層面，實現立體化高低監控、自動化視頻巡航、精準化布控告警、智能化定位回溯、精細化預案規劃、實景化指揮調度，從而提高公司數字化、信息化、智能化水平，進一步提升公司安全生產管理水平。目前大部分應用場景基本實現視頻AI識別替代傳統的人為干預，僅需安排少量人員在調度中心統一調度。
一是立體化高低監控。立體化視頻監控，構建園區視頻空間邏輯關聯，高點看全局、低點看細節，實現園區監控調度全方位、無死角、全閉環。
二是自動化視頻巡航。引入智能化告警和視頻聯動手段，對園區實現日常巡航（包括AI巡檢和普通攝像機資源聯動）、事件主動告警，真正做到7*24小時不間斷巡查和防控，可實現園區安保巡航、重要作業區域巡航、周界防范巡航等。
三是精準化告警布控。各類告警聯動視頻，警情自動定位，視頻自動打開，提高處置效率。把園區中人、車、周界、安消等告警與園區實景相結合形成告警中心。
四是智能化定位回溯。系統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。
五是精細化預案規劃。在視頻畫面上精細化部署園區應急預案，實現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。實現第一時間掌握現場情況：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. 系統應用推廣
通過加快推動公司數字化、網絡化、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，逐步實現公司級智慧安防系統建設。
四、項目創新點和實施效果
1. 項目先進性及創新點
(1)先進性
在投資范圍內最大化接入園區所有視頻資源，完成日常巡航、重要安保任務、AI視頻巡檢、告警處置、消安聯動、手環系統對接等智能化功能。
一體化聯動應用：
考慮到綜合安防各類技術防范系統聯動化、集成化的需要，系統架構滿足跨系統、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同，實現多個系統業務的智能化聯動，充分發揮系統整體應用價值。
增強現實技術：
系統通過在空中俯瞰園區中各重點區域，結合增強現實標簽標注技術，能夠對園區畫面中的建筑物、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；當系統搜索到某個目標位置時，系統畫面能夠自動聚焦到目標位置，并在監控中心以最大畫面展示。整體形成一個大屏實景地圖，能給監控人員帶來非常直觀的臨場感，直觀快速掌握園區整體安防情況。
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向綜合化體系演變，引入物聯網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功能、標準化接口、平臺提供良好的兼容性，可支持更多數據接入和聯動應用的能力。
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)創新點
建立實景立體指揮中心平臺，實現實景指揮中心系統功能——集瀝滘廠區態勢感知、視頻立體防控、應急預案處置、智能化預警聯動、視頻實景指揮為一體的安全態勢和生產態勢智能化應用效果。
一是系統具備事前預警、事發告警、事后追溯功能。
傳統智能安防的信息數據多數用于事后證據，而智慧安防則集預警、告警和追溯于一體，比如可根據人員軌跡或行車軌跡來動態診斷分析、根據人員動作形態捕捉來判斷人員行為。
二是系統具備多維感知能力。
傳統安防更多通過視頻攝像頭、刷卡密碼等進行感知周邊環境，只能針對特定區域進行小范圍檢查。而智慧園區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，廣泛用于園區的車輛管理、人員管控、門禁管理、視頻監控、緊急對講等場景。
三是系統具備聯動管理功能。
傳統安防各個系統單獨控制，缺乏系統聯動，工作效率低，人工成本高。智慧安防實現系統的聯動控制，比如視頻監控和自動報警聯動，地圖定位和可視化對講的聯動，消防系統與安防系統的聯動，智能機器人的聯動等。智能攝像頭等智能感應設備判斷出設備或環境異常，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。
四是系統結合機器學習和分析算法。
傳統安防對收集的數據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，比如園區巡檢機器人、智能攝像頭和傳感器，通過5G網絡回傳實時數據，系統通過智能分析，判斷園區內設備和環境是否存在異常，園區管理者遠程控制巡檢機器人，可針對園區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視頻點位精準化；視頻高低聯動解決園區視覺防控碎片化問題；AR資源超級搜索快速篩查園區各類資源；視頻收藏夾提高園區資源調度效率。
形成了對園區內人員行為、異常事件的全方位的自動化安全防控，實現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。
當發生告警時，AR鷹眼攝像機自動轉向對準告警區域，同時自動打開附近低點攝像機，監控中心更快一秒、更準一點掌握現場情況。
另外，直觀的“排兵布陣”方式突破了傳統文本、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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