基于5G邊緣計算的智慧單兵執法解決方案
企業: 日期:2020-09-12
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1 目標和概述

隨著經濟的高速發展以及城鎮化進程的加快,我國城市人口日趨密集,城市人口流動性大大增加,同時各種犯罪活動也呈爆發式增長,犯罪手段日益豐富隱秘。加之交通便利、人口流動性大,嚴重加大公安人員打擊抓捕犯罪嫌疑人的難度與力度。此時亟須引入先進而有效的科技手段,全面提升案件偵查與犯罪預防的能力。

人口密集、人流量大的因素和重點場所的安防面臨嚴峻挑戰。重點關注特殊時期上訪人員,防不勝防。高危人群的高危分子出現,猝不及防。敏感人群和特殊人群,脫離掌控。目前,公安部正在大力推進基礎信息化、警務實戰化、執法規范化、隊伍正規化“四項建設”,提出了下一步平安城市建設的具體目標。建立健全視圖信息研判應用機制,通過對海量視圖信息的關聯分析、碰撞比對,加強對各類重大事件的預警分析,加強對社會治安狀況的監測評估,加強對各類重點人員的動態研判,實現“大情報小行動”、“先情報后行動”,努力使應急處置更具主動性、巡邏防控更具針對性、偵查破案更具精確性、警務部署更具科學性,真正把基礎工作信息化建設成果轉化為現實戰斗力。

基于5G邊緣計算的智慧單兵執法解決方案是以5G SA網絡為承載基礎,從公安實戰業務出發,在中國移動自研的Sigma邊緣計算平臺上集成人工智能和大數據技術實現集人像管理、重點人員管控、案件分析研判于一體的實戰應用解決方案。提供針對人員的事前預警、事中布控、事后偵查的全過程應用模式,為圖偵、治安、反恐等業務警種提供有力的技術支持,全面提高公安機關事件精準處置、精準打擊的能力,實現公安快速破案的目標。

解決方案依托5G網絡高帶寬、低時延的特性,將視頻數據云端處理部分部署到靠近執法人員的邊緣計算節點中,以減少視頻流在網絡中的傳輸時延,有效提高執法的時效性,降低上行網絡帶寬占用率,解決當前單兵執法解決方案中采用事后處理或基于標清視頻數據處理的諸多缺陷。現有單兵執法解決方案存在的問題如下:

(1)視頻流處理不及時:基于傳統計算和網絡模型下,將便攜式攝像頭或定點區域監控采集到的視頻流發送到云端,由云端的視頻分析和處理系統對視頻流做處理,增加了處理時延,無法滿足執法的時效性;

(2)網絡帶寬占用大:原有的計算能力放在云端,視頻流需要實時上傳到云端,占用了大量的上行網絡帶寬,浪費資源;

(3)不利于數據安全隱私:將攝像頭采集的數據上傳到云端,線路過長,增加了數據泄露和信息被劫持的風險。

基于5G邊緣計算的智慧單兵執法解決方案的整體解決方案網絡架構如圖1所示。

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圖1 基于5G邊緣計算的智慧單兵執法解決方案的整體解決方案網絡架構

  • 端側,通過執法人員隨身佩戴的便攜式高清攝像頭或定點區域的360度高清監控攝像頭,實時采集人像信息,并通過5G SA網絡將采集到的視頻是實時傳輸到靠近執法人員的邊2020.9 AUTOMATION PANORAMA 49緣計算節點;

  • 網絡側,基于運營商部署的5G SA網絡,將UPF下沉到靠近執法人員的邊緣機房中,UPF根據提前部署的分流策略將視頻流分流到Sigma邊緣計算平臺;

  • 邊緣計算節點,基于中國移動自研邊緣計算平臺Sigma,集成Aspire vGI的AI能力和大數據處理能力,實現圖像的識別和分析后,將產生的告警信息推送到執法者手機終端App;

  • 云端, Aspire vGI根據告警信息,還可以向應急指揮中心平臺主動上報告警信息,從而實現端到端的閉環處理。

本方案由數據采集、5G SA接入及承載網絡、邊緣計算、vGI的視頻處理及分析能力、云端應急指揮中心幾個主要部分構成。其中,數據采集通過360度全景高清攝像頭完成,有效地保證了視頻數據的清晰程度和采集范圍;5G SA技術,可以實現網絡側的數據隔離,保護公民隱私,保障數據安全,同時通過部署UPF分流設備可以有效地將視頻流分流到邊緣計算平臺,從而降低數據傳輸時延,節省上行網絡的帶寬資源;中國移動自研的邊緣計算平臺Sigma,經過不斷的打磨和實戰,集成了大量的垂直行業能力,可以有效支撐上層應用;AI核心能力采用邊緣分布部署的方式,AI模型訓練、數據庫、應用集中管理在中心云部署,優化了部署方式,實現了邊云的高效協同。

2 解決方案介紹

基于5G邊緣計算的智慧單兵執法解決方案,基于中國移動自研的Sigma邊緣計算平臺,集成Aspire vGI應用,以公共安全人像識別作為核心業務特征,從采集、5G SA網絡接入、邊緣計算、AI和大數據分析幾個主要方面進行了系統性方案設計。

  • 采集:基于公安部認證的便攜式360度全景高清攝像頭,支持靈活部署,支持4G無線通信模組,攝像頭目前還未做5G適配,方案實驗階段采用背包CPE的方式實現與5G SA網絡的接入;

  • 5G SA網絡:通過CPE的方式接入5G SA網絡,實現超低時延和超高帶寬的業務傳承載保障;

  • 邊緣計算:基于中國移動自研Sigma平臺,實現業務路徑最短,業務時效性最優的保障;

  •  AI:作為最核心部分的AI能力,采用深度神經網絡算法,提供基于圖片的識別能力。并通過場景培訓,準確完成異常場景的識別和標識。

單兵執法應用由人臉抓拍服務、數據采集、特征識別分析、分布式存儲、布控報警、大數據分析等組成,與中國移動自研的邊緣計算PaaS平臺Sigma實現了深度集成。基于5G邊緣計算的智慧單兵執法解決方案整體系統架構如圖2所示。

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圖2 基于5G邊緣計算的智慧單兵執法解決方案系統架構圖

方案總體架構說明:

(1)移動單兵應用:面向管理人員提供視頻監視、掛圖作戰、布控管理、分析統計、資源管理;面向高級管理者、決策者提供統一的門戶(Portal)和大屏。

(2)AI視頻匯集分析

  • 視頻服務:提供各類攝像頭的接入服務、錄像服務;

  • 視頻/圖片分析服務:從視頻服務抓拍人臉、全景圖展開、人臉檢測、人臉識別、人臉檢索、人員布控等服務;

  • 位置服務:接收攝像頭的位置更新、當接收不到攝像頭位置信息時,可從中國移動自研邊緣計算平臺Sigma獲取攝像頭位置定位信息;

  • 鑒權服務:包括對接入的攝像設備、警用終端、綜合應用等的接入進行鑒權、授權、賬戶管理等;

  • 數據平臺:包括人臉庫、設備庫、抓拍庫、事件庫、布控室、人臉大數據等;

  • 能力開發服務:包括提供綜合應用集成開發的SDKAPI、能力開放Restful API、消息訂閱發布服務、離線視頻、圖片分析服務、配置管理等。

(3)邊緣計算平臺層

中國移動Sigma邊緣計算平臺為邊緣應用提供PaaS服務,降低業務開發上線,并支持應用的快速上線。能夠為用戶提供容器、虛擬機、裸機等服務,其中虛擬機支持Windows操作系統,極大地滿足垂直行業的要求。 Simga平臺支持“智慧城市”、“智能制造”、“車聯網”、“醫療教育”、“游戲直播”等行業,提供運營商特有的無線能力和核心網能力包括位置服務、帶寬管理服務、無線網絡信息服務等。

其中,邊緣計算Sigma平臺是產品應用運行的關鍵平臺環境,平臺基于云原生的架構,支持不同功能模塊的運行,為應用提供管理、網絡和行業特色API能力。面向邊緣應用開放的能力API需要支持統一管理,構建統一的能力API注冊、注銷、激活、去激活、發布、訂閱更新以及更新通知等機制,方便應用調用并支持統一運營與維護。

(4)IaaS層設備

IaaS層設備可以選擇基于X86的通用服務器,ARM架構服務器,OTII服務器等,需要集成GPU處理能力。

基于5G邊緣計算的智慧單兵執法解決方案系統整合了云計算、大數據、分布式、Docker等系列先進技術。使得整個系統具有快速響應能力、彈性處理能力和超強的擴展性、穩定性、安全性、可維護性、兼容性,為大數據分析挖掘提供有力的支撐。支持云平臺部署,支持原生系統部署、支持Docker容器部署、支持虛擬機部署、支持和三方系統對接。

安全體系貫穿整個系統的各個層級,自下而上,實現通信網絡安全、區域邊界安全、計算環境安全和管理安全等信息安全保障。按照國家和省市(州)有關規范和要求,建立網絡體系、網絡監控體系,采取網絡隔離、數據備份等措施,實行安全等級保護制度,建立授權訪問機制和安全管理制度,確保系統的安全性和可靠性。在系統安全設計方面,遵照GB/T20271-2006《信息安全技術 - 信息系統通用安全技術要求》,主要包含物理安全、網絡安全和數據安全。

系統的高效穩定運行,是系統應具備的基本能力,也是保障業務應用的基礎條件。通過系統自身的智能運維運維機制,保障業務應用的高可靠、高效率運行,及時發現、推送系統運行中的異常事件,是系統必備的能力之一。系統的各種監控工具,采集存儲系統和設備海量監控數據,通過異常檢測、異常定位、原因診斷等手段,實現系統全面的性能管理、統一的資源管理、及時故障預警/告警管理以及信息集中展現管理。

基于5G邊緣計算的智慧單兵執法解決方案系統可以全天候工作。工作方式分為三種:

(1)離線前端比對,在沒有網絡情況下也可以全天候進行人臉比對和識別。

(2)前端比對+人臉數據動態更新,人臉庫通過安全通道進行更新。無網絡也可以比對。

(3)5G SA網絡+邊緣計算及后端比對方式,利用中國移動5G SA+邊緣計算,實時比對、動態更新比對庫和識別算法,識別結果實時推送。

3 代表性及推廣價值

基于5G邊緣計算的智慧單兵執法解決方案集打、防、管、控于一體,集成了AI和大數據分析能力,實現執法流程的端到端閉環處理,有效地提高了公共安全能力,提高了緊急情況的出警和處理效率,此方案具有如下優勢:

(1)多手段綜合打擊:有效提升打擊犯罪的質量與水平。從加強打擊方式和機制兩方面研究,采用人臉識別技術和大數據分析引擎科技手段輔助精準打擊。

(2)技術手段精準預防:通過人像系統,結合通過邊緣計算平臺為上層應用提供的5G網絡中的定位技術,能有效幫助用戶實現一站式地圖軌跡追蹤檢索,有效防止和預防社會治安案件的發生。

(3)理得清,管得住:實時監測掌握轄區的人員結構、變化趨勢等多維統計,對各類重點關注人員進行標簽化建庫,動態掌握關注人員的活動信息,實時分析行為規律、掌握活動態勢。同時,通過布控、預警預測等實戰功能,實現重點人員的精準管控。

(4)提升技術監控手段:增加監控網絡設施,通過“系統+人腦”的結合,提升區域管控力度。讓壞分子無可乘之機。

(5)基于最先進的無線網絡傳輸技術:5G技術是唯一能夠兼顧超低時延、海量連接和超高帶寬的網絡形式,同時,邊緣計算又能夠在確保通過快速處理設備信息最大化實時性的同時,具備應用靈活分布部署并集中可控的需求。依托中國移動的自研邊緣計算平臺,能充分利用5G網絡優勢,為單兵執法提供最佳的網絡連接條件及最優的平臺計算能力。

基于5G邊緣計算的智慧單兵執法解決方案是一套針對公安實戰業務的解決方案。通過5G+邊緣計算技術改善目前執法中面臨的依賴人工檢查離線視頻、搜索慢、不及時等諸多問題,充分利用現在通信技術提升執法、救援、現場勘查、應急指揮的及時性、準確性和便捷性。在視圖匯聚分析基礎上,結合情報系統、無線定位、警務通平臺等,以人像為中心,從公安實際業務出發,集實時監控、軌跡檢索、人像檢索,布控告警、離線視頻分析、技戰法等于一體的大數據系統。通過該系統,可實時掌握目標人物行蹤,預判目標人物時空范圍等,為圖偵、治安、情報等業務警種提供有力的技術支持,全面提高公安機關事件精準處置、犯罪精準打擊的能力,具備良好的社會效益和經濟效益。

摘自《自動化博覽》2020年9月刊

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