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1、关于当代远距离公共安全监控系统的调查IEEE TRANSACTIONS ON SYSTEMS,MAN,AND CYBERNETICSPART C:APPLICATIONS AND REVIEWS,VOL.40,NO.5,SEPTEMBER 2010Tomi D.Raty摘要监控系统提供收集真实有目的信息和做适当决定来提高安全的能力。这篇论文简述了发展史和当前三代监控系统的现状。最近，除了不断加大所采用的传感器种类，趋势已经变为采用越来越智能化和位置感知能力来协助人们监控。最近一代被分解成多传感器环境，视频和音频监控，无线传感网络，分布式智能和感知，结构和中介，应用移动机器人。当代监控系统最突出
2、的难点被强调。这些具有挑战性的困难包括实现实时分布结构，感知和智能，视频监控已存在难题，无线网络的应用，远距离传感器的能源效率，监控位置难点，可扩展性。本文作了简要的总结，并对公共安全监控系统的未来作了展望。关键词索引：分布式系统，人类安全，监控，调查。.介绍监控系统可以远距离监控公众安全和私人财产安全。本文回顾了背景和三代监控系统。本文重点在第三代监控系统和它当前重大的困难。第三代监控系统采用多传感器。本文提出了特定领域的问题。重点在通用监控，它才适用于公众安全。传统上监控系统被分为三代，第三代就是当前。第三代监控系统的基本困难包括实现实时分布式结构，感知和智能，视频监控中已存在问题，远距离
3、传感器能源效率，监控位置困难，可扩展性。这些方面反复出现在文献评论中。公共安全方面，实时分布式结构需要减少即时传送的传感器数据。感知和智能用于自动减少。视频监控贯穿于公共安全中。无线网络的应用成长于公共安全，伴随着能源效率。被监控人常常徘徊于被监控区域，他们精确的位置必须被知道以充分利用。随着被监控区域持续变大和复杂，可扩展性成为公众安全监控中的一个关键问题。公众安全和家庭安全是全世界各国政府重点关注的，它必须保护人们和关键的基础设施来支持他们。信息技术在这样的动机下扮演着重要的角色。它能协助减少风险，使对自然灾难和人类起源有效作出回应。社会上对安全有着持续增加的需求。这就导致在许多环境下对监
4、控活动的需求在不断增加。最近发生的事，包括恐怖袭击，导致社会对安全的持续增长的需求。这也影响政府决策以确保个人和财产安全为优先。Valera 和 Velastin声明有关远距离安全监控的需求受到了显著的关注，尤其在公共场所，远距离监控人们活动，监控在法院的应用，远距离监控在军事上的应用。公众不论作为个人还是群体都能感觉到。Valera 和 Velastin指出未来的挑战在于开发一个广域分布的多传感器监控系统，具有鲁棒性，实时运算算法，可以对不同应用作出最小的人工重新配置。在监控应用上有不断增长的利益，因为廉价传感器的应用和合理成本的处理器。对于改进城市环境和重要公共基础设施资源安全有了新的需求
5、。随着算法和技术越来越成熟，使技术可以在多种传感器中应用，像安全，运输，自动产业。对于无人值守环境的监控问题在过去几年已受到特别注意。智能监控系统允许用户从重要距离上调查位置。当大量位置同时需要安全监控时，这是特别有用的。一旦可疑行为被检测到，这些系统采用快速和有效的相关措施。一个警报系统能被用来警告安全人员即将发生的困难和大量位置可能被同时监控。这相当程度的减少了安全人员的负担。监控系统的一个基本目标是取得用尽少的摄像头监控被观测区域来保持摄像头安装和维护，传输信道和合理复杂的现场校准的费用。本文中，我们首先展现了监控系统的背景和发展。紧接着仔细描述了三代监控系统。然后我们提出了当前监控系统
6、的困难，包括实时分布结构的实现，感知和智能，无线网络的应用，远距离传感器能源效率，监控位置困难，可扩展性。本文用对未来的战网和简短的摘要作总结。.历史上的监控和监控系统石器时代的战士用眼睛和耳朵从地幔的上面来观测战斗区域，辨别目标。尽管武器上进步，弩，刀剑，盾，战士的眼睛和耳朵被用来观测。观测气球和电报极大的增加了可见距离和信息传输距离，但在 20世纪，从用眼睛和耳朵的监控进步到了“现代” 。军事行动介绍了战斗监控的重要性。目标位置的调整和相应地移动我们的军队需要动态的伴随决定。需要形式上快速，完整，精确。信息包含检测接近目标位置，集中部队，不断观测和存储位置数据和按照运动。监控信息必须交给正
7、确的指挥官，当他需要时。信息必须以一种有意义的形式展现来解释信息处理的问题。数据收集问题被实体解释，表现为监控。比如，智能资源和人类监控，发送到命令。监控系统的基本意图是获取现实世界某一方面的信息。军事监测系统加强了军事指挥官感知能力。监控系统已经实现了简单的视觉文字系统，但目标仍然是相同的。即使最初的监控系统收集关于现实信息，把它传送给适当的使用者。通用监控包含 3个基本部分。他们是数据获取，信息分析，实地操作。任何监控系统都需要手段来监控环境和收集数据，比如用视频，图像，或者音频。像数据处理和分析可由人，计算机，或者二者结合在命令中心完成。一个管理者能在实地操作中作出决定，把环境放回到正常
8、考虑的位置上。实地操作由实地操作人员完成，他们需要有效的交流信道维持与命令中心的密切交互。监控系统可以被定义为一个技术工具，通过提供发生在监控环境中的感兴趣位置的扩展感知和推理能力来协助人们。人类感知和推理受限于人类器官和思维同时收集，处理和存储数据的能力和限制上。为了解决信息的数量，像可扩展性和可用性变的非常关键。这包含了信息怎样在正确时间送给正确的人。为了忍耐需求的持续增长，在信号处理，通信和系统工程和计算机视觉上改进和新方法的研究和发展已经在商业和学术环境中随后进行。.监控系统的发展过去二十年，监控系统已经成为可观研究的领域。最近，大量研究集中在基于视频的监控系统，尤其针对公共安全和运输
9、系统。数据通过分布式资源收集，然后通常被传送给某个远距离控制中心。自动学习和调整改变场景条件和普通事件样式的统计模型的学习在监控系统中正成为问题。学习型系统提供一种机制标志异常事件，通过发现正常事件样式和标志最小可能事件。现实世界中影响这些系统应用的俩个实在限制是实时性能和低花费。多传感器系统能从处理同一监控区域的监控器传感器（如视频摄像机，麦克风）收集的同型数据或者不同型数据中积累数据。恰当的处理技术和新传感器提供了实时信息，联合不同场景特征能协助改进监控环境尺寸，通过多传感器加强区域内警报检测的性能。安全监控系统在犯罪活动能影响个人安全的场所中正变得越来越关键。视频摄像机由于安全原因在监狱
10、，银行，真正的售卖机，加油站和电梯内持续在安装。通常，视频摄像机连接到一个记录器或者一个显示屏，从那安全人员可以持续的监控可疑活动。作为安全人员通常同时监控多个位置，人工任务是劳动力密集的和低效的。安全人员可能有很大的压力。对于监控系统的另一个技术突破是远距离发送和重建图像和视频信息，比如，电视广播，闭路电视系统中视频信号发送和显示的连续使用。1960 年代闭路电视提供可接受质量的数据。闭路电视的使用被认为是可以在线监控的开端，1960年代被认为是第一代监控系统的开端。监控系统已经发展了三代。第一代监控系统在整个系统中采用模拟设备。模拟闭路电视摄像机捕获被观测场景，把视频信号通过模拟通信线传送
11、到中央后端系统,中央后端系统呈现和实现了视频数据。第一代监控系统的主要挑战是它采用模拟技术来分布和存数图像。第二代监控系统采用数字后端部件。他们支持实时自动分析输入的视频数据。自动事件检测和警报极大的改进了同时监控数据的内容和监控系统的质量。第二代监控系统的困难在于它不支持鲁棒性检测和追踪算法（需要行为分析） 。第三代监控系统实现了数字化。在这些系统中，视频信号在摄像头被转化成数字域，它通过计算机网络传送视频数据，比如一个局域网。它的后端和发送系统也改进了他们的功能。在商业，军事应用，法制强制领域，对自动监控系统有着急切的需求。虽然装配摄像头很便宜，但是可用的人力资源调查输出很昂贵。尽管银行，
12、商店，停车场使用了摄像头，视频数据只用来法庭工具来回顾，因此丢失了作为活跃实时媒介的基本用处。需要的是持续的 24小时监控系统来警告安全官员正在发生的盗窃，停车场内可疑的徘徊，还有事件阻止犯罪行为。.第一代监控系统第一代视频监控系统（1960-1980）在空间感上扩展了人类的感知能力。第一代监控系统是基于模拟信号和图像传送和处理。在这样的系统中，模拟视频数据形成了对摄像头的收集，它观看远距离场景，把信息呈现给操作者。主要的缺点是关注较小的操作者跨度，可能导致感兴趣事件较大的丢失率。从通信角度，这些系统正面临模拟视频通信的主要困难，比如，高带宽需求，薄弱的分配灵活性。第一代监控系统采用模拟闭路电
13、视系统。优点是在某些位置他们提供好的性能，技术是成熟的。在图像分布和存储上采用模拟技术是低效的。当前的第一代监控系统检测了数字信息针对模拟，回顾数字视频记录，闭路电视视频压缩。计算机视觉是一个重要的人工智能研究领域。从 1970年代到 1990年代，计算机视觉在广泛的应用领域证实了它的实际价值，包括医疗诊断，自动目标识别，遥感。.第二代监控系统在技术进步下，第二代监控系统（1980-2000）诞生在模拟的第一代监控系统的成熟期。第二代监控系统受益于早起的数字视频通信的进步，比如，数字压缩，鲁棒性传送，带宽减少，处理方法，它协助人们预审重大的视觉事件。关于第二代监控系统，自动视觉监控通过计算机视
14、觉技术和闭路电视系统的结合实现。第二代的好处是闭路电视的监控效率加强。困难在于鲁棒性检测和用于行为分析的跟踪算法。当前第二代监控系统的研究出在实时鲁棒性计算机视觉算法，可变场景和行为样式的自动学习。减少了对场景的统计分析和建立自然语言解释之间区别。第二代监控系统研究强调多区域中改进的实时分析和 2D图像序列分离，识别，复杂场景中多目标的追踪，人类行为理解，多传感器数据融合。第二代监控系统也促进了智能人机交互，视频处理算法的性能评估，用于视频压缩的无线和有线广播介入网络信号处理，基于视频监控系统多媒体传送。第二代监控系统时期的主要研究主要在视频监控中自动实时事件检测技术的发展。自动算法的实现将极
15、大缓解具有多摄像头的大场景的监控,因为自动事件检测可以对主要事件进行预过滤和描述。.第三代监控系统第三代监控系统可以处理大量的摄像头，地理广泛的资源和许多监控点。从图像处理角度，他们是基于网络上处理能力的分布和嵌入式信号处理设备的应用得益于可扩展性和由分布系统提供的潜在鲁棒性。第三代监控系统中，技术围绕在广域的监控系统。这导致通过结合不同类型传感器和分布式信息能获得更多精确的信息。困难在有效的信息整合和通信，设计方法的建立，移动和多传感器平台。第三代监控系统的当前研究集中在分布式和集中智能，数据融合，概率推理框架，和多摄像头监控技术。基本目标是预期的第三代视觉监控系统的应用，基于后端需求，提供
16、好的场景压缩，多传感器环境中实时的监控信息，低消耗标准部件的使用。图一展示了视频监控系统的典型处理流程。它包括目标检测，目标识别，跟踪，行为和活动分析，数据库。一旦目标被检测到，目标识别任务在识别和追踪中采用基于模型技术。然后是对追踪目标进行行为和活动分析。数据库负责存储和恢复。关于分布式实时视频处理技术的研究在智能，开放，专用网络上预期提供了有趣的结果。这很大由于在合理的花费下提高计算能力, 改进的视频处理能力和压缩算法和多传感器数据融合。全数字的第三代监控系统的主要的目标是使有效数据通信，管理和从大量的传感器收集的实时视频中分离出事件。为了实现这个目标，需要改进自动识别功能和书数字多用户通信。技术，满足识别算法的需求，包含计算速度，内存使用，远距离数据存取，分布式处理器之间的多用户通信。这项技术的实用性使第三代监控系统的发展和应用更容易。第三代监控系统主要应用领域在于公共监控。这是快速发展的大都市所需要的，给公众提供加强的安全。驱使使用这些系统的其他因素包括有效的资源管理和快速的应急协助。闭路电视监控系统效率上的基本限制是提供充
