基于5G边缘计算的智慧单兵执法解决方案--控制网



基于5G边缘计算的智慧单兵执法解决方案
企业: 日期:2020-09-12
领域: 点击数:147

1 目标和概述

随着经济的高速发展以及城镇化进程的加快,我国城市人口日趋密集,城市人口流动性大大增加,同时各种犯罪活动也呈爆发式增长,犯罪手段日益丰富隐秘。加之交通便利、人口流动性大,严重加大公安人员打击抓捕犯罪嫌疑人的难度与力度。此时亟须引入先进而有效的科技手段,全面提升案件侦查与犯罪预防的能力。

人口密集、人流量大的因素和重点场所的安防面临严峻挑战。重点关注特殊时期上访人员,防不胜防。高危人群的高危分子出现,猝不及防。敏感人群和特殊人群,脱离掌控。目前,公安部正在大力推进基础信息化、警务实战化、执法规范化、队伍正规化“四项建设”,提出了下一步平安城市建设的具体目标。建立健全视图信息研判应用机制,通过对海量视图信息的关联分析、碰撞比对,加强对各类重大事件的预警分析,加强对社会治安状况的监测评估,加强对各类重点人员的动态研判,实现“大情报小行动”、“先情报后行动”,努力使应急处置更具主动性、巡逻防控更具针对性、侦查破案更具精确性、警务部署更具科学性,真正把基础工作信息化建设成果转化为现实战斗力。

基于5G边缘计算的智慧单兵执法解决方案是以5G SA网络为承载基础,从公安实战业务出发,在中国移动自研的Sigma边缘计算平台上集成人工智能和大数据技术实现集人像管理、重点人员管控、案件分析研判于一体的实战应用解决方案。提供针对人员的事前预警、事中布控、事后侦查的全过程应用模式,为图侦、治安、反恐等业务警种提供有力的技术支持,全面提高公安机关事件精准处置、精准打击的能力,实现公安快速破案的目标。

解决方案依托5G网络高带宽、低时延的特性,将视频数据云端处理部分部署到靠近执法人员的边缘计算节点中,以减少视频流在网络中的传输时延,有效提高执法的时效性,降低上行网络带宽占用率,解决当前单兵执法解决方案中采用事后处理或基于标清视频数据处理的诸多缺陷。现有单兵执法解决方案存在的问题如下:

(1)视频流处理不及时:基于传统计算和网络模型下,将便携式摄像头或定点区域监控采集到的视频流发送到云端,由云端的视频分析和处理系统对视频流做处理,增加了处理时延,无法满足执法的时效性;

(2)网络带宽占用大:原有的计算能力放在云端,视频流需要实时上传到云端,占用了大量的上行网络带宽,浪费资源;

(3)不利于数据安全隐私:将摄像头采集的数据上传到云端,线路过长,增加了数据泄露和信息被劫持的风险。

基于5G边缘计算的智慧单兵执法解决方案的整体解决方案网络架构如图1所示。

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图1 基于5G边缘计算的智慧单兵执法解决方案的整体解决方案网络架构

  • 端侧,通过执法人员随身佩戴的便携式高清摄像头或定点区域的360度高清监控摄像头,实时采集人像信息,并通过5G SA网络将采集到的视频是实时传输到靠近执法人员的边2020.9 AUTOMATION PANORAMA 49缘计算节点;

  • 网络侧,基于运营商部署的5G SA网络,将UPF下沉到靠近执法人员的边缘机房中,UPF根据提前部署的分流策略将视频流分流到Sigma边缘计算平台;

  • 边缘计算节点,基于中国移动自研边缘计算平台Sigma,集成Aspire vGI的AI能力和大数据处理能力,实现图像的识别和分析后,将产生的告警信息推送到执法者手机终端App;

  • 云端, Aspire vGI根据告警信息,还可以向应急指挥中心平台主动上报告警信息,从而实现端到端的闭环处理。

本方案由数据采集、5G SA接入及承载网络、边缘计算、vGI的视频处理及分析能力、云端应急指挥中心几个主要部分构成。其中,数据采集通过360度全景高清摄像头完成,有效地保证了视频数据的清晰程度和采集范围;5G SA技术,可以实现网络侧的数据隔离,保护公民隐私,保障数据安全,同时通过部署UPF分流设备可以有效地将视频流分流到边缘计算平台,从而降低数据传输时延,节省上行网络的带宽资源;中国移动自研的边缘计算平台Sigma,经过不断的打磨和实战,集成了大量的垂直行业能力,可以有效支撑上层应用;AI核心能力采用边缘分布部署的方式,AI模型训练、数据库、应用集中管理在中心云部署,优化了部署方式,实现了边云的高效协同。

2 解决方案介绍

基于5G边缘计算的智慧单兵执法解决方案,基于中国移动自研的Sigma边缘计算平台,集成Aspire vGI应用,以公共安全人像识别作为核心业务特征,从采集、5G SA网络接入、边缘计算、AI和大数据分析几个主要方面进行了系统性方案设计。

  • 采集:基于公安部认证的便携式360度全景高清摄像头,支持灵活部署,支持4G无线通信模组,摄像头目前还未做5G适配,方案实验阶段采用背包CPE的方式实现与5G SA网络的接入;

  • 5G SA网络:通过CPE的方式接入5G SA网络,实现超低时延和超高带宽的业务传承载保障;

  • 边缘计算:基于中国移动自研Sigma平台,实现业务路径最短,业务时效性最优的保障;

  •  AI:作为最核心部分的AI能力,采用深度神经网络算法,提供基于图片的识别能力。并通过场景培训,准确完成异常场景的识别和标识。

单兵执法应用由人脸抓拍服务、数据采集、特征识别分析、分布式存储、布控报警、大数据分析等组成,与中国移动自研的边缘计算PaaS平台Sigma实现了深度集成。基于5G边缘计算的智慧单兵执法解决方案整体系统架构如图2所示。

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图2 基于5G边缘计算的智慧单兵执法解决方案系统架构图

方案总体架构说明:

(1)移动单兵应用:面向管理人员提供视频监视、挂图作战、布控管理、分析统计、资源管理;面向高级管理者、决策者提供统一的门户(Portal)和大屏。

(2)AI视频汇集分析

  • 视频服务:提供各类摄像头的接入服务、录像服务;

  • 视频/图片分析服务:从视频服务抓拍人脸、全景图展开、人脸检测、人脸识别、人脸检索、人员布控等服务;

  • 位置服务:接收摄像头的位置更新、当接收不到摄像头位置信息时,可从中国移动自研边缘计算平台Sigma获取摄像头位置定位信息;

  • 鉴权服务:包括对接入的摄像设备、警用终端、综合应用等的接入进行鉴权、授权、账户管理等;

  • 数据平台:包括人脸库、设备库、抓拍库、事件库、布控室、人脸大数据等;

  • 能力开发服务:包括提供综合应用集成开发的SDKAPI、能力开放Restful API、消息订阅发布服务、离线视频、图片分析服务、配置管理等。

(3)边缘计算平台层

中国移动Sigma边缘计算平台为边缘应用提供PaaS服务,降低业务开发上线,并支持应用的快速上线。能够为用户提供容器、虚拟机、裸机等服务,其中虚拟机支持Windows操作系统,极大地满足垂直行业的要求。 Simga平台支持“智慧城市”、“智能制造”、“车联网”、“医疗教育”、“游戏直播”等行业,提供运营商特有的无线能力和核心网能力包括位置服务、带宽管理服务、无线网络信息服务等。

其中,边缘计算Sigma平台是产品应用运行的关键平台环境,平台基于云原生的架构,支持不同功能模块的运行,为应用提供管理、网络和行业特色API能力。面向边缘应用开放的能力API需要支持统一管理,构建统一的能力API注册、注销、激活、去激活、发布、订阅更新以及更新通知等机制,方便应用调用并支持统一运营与维护。

(4)IaaS层设备

IaaS层设备可以选择基于X86的通用服务器,ARM架构服务器,OTII服务器等,需要集成GPU处理能力。

基于5G边缘计算的智慧单兵执法解决方案系统整合了云计算、大数据、分布式、Docker等系列先进技术。使得整个系统具有快速响应能力、弹性处理能力和超强的扩展性、稳定性、安全性、可维护性、兼容性,为大数据分析挖掘提供有力的支撑。支持云平台部署,支持原生系统部署、支持Docker容器部署、支持虚拟机部署、支持和三方系统对接。

安全体系贯穿整个系统的各个层级,自下而上,实现通信网络安全、区域边界安全、计算环境安全和管理安全等信息安全保障。按照国家和省市(州)有关规范和要求,建立网络体系、网络监控体系,采取网络隔离、数据备份等措施,实行安全等级保护制度,建立授权访问机制和安全管理制度,确保系统的安全性和可靠性。在系统安全设计方面,遵照GB/T20271-2006《信息安全技术 - 信息系统通用安全技术要求》,主要包含物理安全、网络安全和数据安全。

系统的高效稳定运行,是系统应具备的基本能力,也是保障业务应用的基础条件。通过系统自身的智能运维运维机制,保障业务应用的高可靠、高效率运行,及时发现、推送系统运行中的异常事件,是系统必备的能力之一。系统的各种监控工具,采集存储系统和设备海量监控数据,通过异常检测、异常定位、原因诊断等手段,实现系统全面的性能管理、统一的资源管理、及时故障预警/告警管理以及信息集中展现管理。

基于5G边缘计算的智慧单兵执法解决方案系统可以全天候工作。工作方式分为三种:

(1)离线前端比对,在没有网络情况下也可以全天候进行人脸比对和识别。

(2)前端比对+人脸数据动态更新,人脸库通过安全通道进行更新。无网络也可以比对。

(3)5G SA网络+边缘计算及后端比对方式,利用中国移动5G SA+边缘计算,实时比对、动态更新比对库和识别算法,识别结果实时推送。

3 代表性及推广价值

基于5G边缘计算的智慧单兵执法解决方案集打、防、管、控于一体,集成了AI和大数据分析能力,实现执法流程的端到端闭环处理,有效地提高了公共安全能力,提高了紧急情况的出警和处理效率,此方案具有如下优势:

(1)多手段综合打击:有效提升打击犯罪的质量与水平。从加强打击方式和机制两方面研究,采用人脸识别技术和大数据分析引擎科技手段辅助精准打击。

(2)技术手段精准预防:通过人像系统,结合通过边缘计算平台为上层应用提供的5G网络中的定位技术,能有效帮助用户实现一站式地图轨迹追踪检索,有效防止和预防社会治安案件的发生。

(3)理得清,管得住:实时监测掌握辖区的人员结构、变化趋势等多维统计,对各类重点关注人员进行标签化建库,动态掌握关注人员的活动信息,实时分析行为规律、掌握活动态势。同时,通过布控、预警预测等实战功能,实现重点人员的精准管控。

(4)提升技术监控手段:增加监控网络设施,通过“系统+人脑”的结合,提升区域管控力度。让坏分子无可乘之机。

(5)基于最先进的无线网络传输技术:5G技术是唯一能够兼顾超低时延、海量连接和超高带宽的网络形式,同时,边缘计算又能够在确保通过快速处理设备信息最大化实时性的同时,具备应用灵活分布部署并集中可控的需求。依托中国移动的自研边缘计算平台,能充分利用5G网络优势,为单兵执法提供最佳的网络连接条件及最优的平台计算能力。

基于5G边缘计算的智慧单兵执法解决方案是一套针对公安实战业务的解决方案。通过5G+边缘计算技术改善目前执法中面临的依赖人工检查离线视频、搜索慢、不及时等诸多问题,充分利用现在通信技术提升执法、救援、现场勘查、应急指挥的及时性、准确性和便捷性。在视图汇聚分析基础上,结合情报系统、无线定位、警务通平台等,以人像为中心,从公安实际业务出发,集实时监控、轨迹检索、人像检索,布控告警、离线视频分析、技战法等于一体的大数据系统。通过该系统,可实时掌握目标人物行踪,预判目标人物时空范围等,为图侦、治安、情报等业务警种提供有力的技术支持,全面提高公安机关事件精准处置、犯罪精准打击的能力,具备良好的社会效益和经济效益。

摘自《自动化博览》2020年9月刊

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