5G时代智能安防应用场景白皮书Word格式文档下载.docx
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14%,相当于额外的15.7万亿美元,使其成为当今快速变化的经济体中最大的商业机会。
智能安防领域的创新与商业探索日渐兴盛,市场孕育的发展空间巨大,全球安防市场可见空间2023年达300+亿美金,AI赋能安防,正吸引智能力量积极介入安防。
随着AI,大数据,云计算等技术的发展,安防正从传统的视频监控走向智能安防,从传统的防控辅助系统走向效率提升的生产系统,智能安防走向千行百业。
在走向千行百业的进程中,不同行业对于覆盖的纵深要求不断提升;
为了获取更多的细节信息支撑决策分析,对于视频图像全天候高清化越来越高,4K/8K图像成为主流,对于网络上行带宽的要求越来越高;
机器视觉技术的不断发展,视频图像可以承载越来越多的信息,但仍需要更多的与前端多维感知设备之间进行数据的交互,提升决策准确率,并尽量在前端决策,减少后端处理压力;
多维感知数据的端云协同和对数据的实时交互对于网络的时延、带宽要求越来越高;
同时防控走向深水区,对于防控的立体化、系统化、机动化要求不断提升。
02
与传统的4G相比,5G具有大带宽、高可靠低时延、海量连接等许多优点。
通过5G提供的大带宽、低时延,
AR/VR安防真正可以从概念走向商用;
通过5G提供的低时延特性与计算机视觉相结合,可以实现机器人从简单的执行向人机协作生产升级,加速工业互联网的实现;
5G的低时延与海量连接感知,可以实现车与车、车与路之间的通信,为AI算法提供多维数据,为辅助驾驶、无人驾驶提供技术。
通过5G无线技术提供的大带宽,可以解决有线无法覆盖的安防场景,使能5G走向千行百业。
人工智能经过多年的发展,已经取得了长足进步,但作为AI落地最成熟的安防市场仍处于“弱人工智能”阶段,算法、算力、数据是人工智能发展的三大关键要素,随着算力的不断提升,算法的不断进化成熟和丰富,数据加速汇聚融合,结合各个场景的智能化需求,智能安防走向千行百业,打开新的成长空间。
5G解决了高清视频要求的大带宽能力,实时操控要求的低时延能力,同时海量连接为安防提供多维感知能力。
算力的提升、算法的丰富,以及多维数据的融合提升了安防决策的效率和准确度。
5G智能安防将进一步提升城市综合治理能力,安防走向立体、协同化;
同时还将在智慧矿山、港口、环保、消防、制造、出行等场景加速落地,解决了各行业的安全管控问题,从而大大提升各行各业的生产效率。
5G与人工智能的发展,将推动安防行业在覆盖、视频采集、感知运用、防控能力、产业转型等不断升级,推动安防产业进入大安防时代,从“专制专用”的公安行业走向共建“和谐民生”的千行百业。
5G智能安防将加速安防体系的重构,打破时空的界限,结合最新的技术,既可以从物理世界投射到数字世界,也能把数字世界叠加渲染进物理世界,形成虚实协同的安防数字孪生。
重构全天候、全时空、全要素、全融合为特征的安防新体系。
03
5G智能安防白皮书
安防产业趋势与挑战
04
马斯洛需求层次理论中,安全是除了基本生理需求外的最重要的需求,安防产品和解决方案在人们的工作、生活中也越来越常见,并且已经从基础的安全保障逐步演变为辅助管理和提升生产效率的重要技术手段。
安防产业正逐步从服务于公共安全的“专制专用”走向服务于社会生产生活的“和谐民生”。
交通行业,业务定位上视频监控已从传统的安防系统变成交通行业生产系统的一部分,能够指导和辅助高效交通疏导,改善服务体验,提升管理水平,例如:
通过视频对排队长度的智能检测,能够帮助客户弹性开关服务窗口,资源效率和服务体验得到双提升;
通过机场的站坪全景视频,实现远程塔台监管,提升调度管理效能。
智慧园区,视频监控与园区通行、物业管理进行融合,形成一体化综合应用,各类数据充分融合共享,除使用视频监控的周界防范、人脸识别、车牌识别、行为分析等能力外,叠加与园区管理深度结合的更多更精准智能能力,从而提升园区管理水平、安全等级和应用效率。
更普遍更大量的行业,基于监控视频,叠加匹配对应行业属性的智能算法和应用,可以提升安全管理水平和生产生活效率,例如:
电力行业基于监控视频的智能分析,实现对配电房和高压铁塔周边的工程车辆识别和告警,以及对进出站房佩戴工程帽识别和告警;
仓储园区行业基于监控视频的智能分析,实现对出入仓货品进行高效计量。
当前,安防走进千行百业,面对纷繁复杂的业务场景和更广泛的客户群体,主要挑战包括:
1、安防系统从前端到后端都需要具备动态加载和运行行业应用的能力,从而满足行业和场景多样化的要求。
2、承载网络需要更加的开放和灵活,设备接入需要更加的简单和便捷,业务获取需要更加方便和快速,业务端到端体验需要更加的流畅和高效。
05
芯片技术的高速发展为AI提供超强算力保障,使算力更易获取。
在前端,摄像机通过AI芯片具备足够算力,为前端智能算法和应用提供了高效的运行环境。
同时在边缘和中心,AI芯片也为海量视频、图片、数据的深度解析和大数据碰撞、检索提供算力保障。
从而形成端边云全网智能化的算力基础。
在算力的支撑下,AI算法的成熟也让安防的智能化成为可能。
当前视频AI技术链准备度高,开源社区繁荣,算法演进快速,正在改变各行业的生产模式,提高生产效率。
随着场景的不断丰富和应用的不断深入,更多成熟可用的视频算法可以融入到各行业的生产流程,为行业打造先进生产力。
多样化的应用场景,要求更加灵活的视频智能部署和应用能力,需要三个方面的能力:
1、前端摄像机、边缘、中心都具备软件定义能力,支持动态加载智能算法,从而可以动态按需的在前端、边缘、中心部署相应的智能算法和应用。
2、支持端边云协同,形成全网一体化的高效智能供给。
3、全网分级分布的智能能力间有效协同,高度依赖网络的保障,要求网络能够接入各种复杂部署环境的海量摄像机,提供更高的通信带宽和更低的时延,并能根据每个行业特点提供满足要求的SLA专网保障能力。
在九部委针对视频监控建设的联合发文《关于加强公共安全监控建设联网应用工作的若干意见》(996号)中,提出到2020年实现“全域覆盖、全网共享、全时可用、全程可控”的目标。
随着安防走进千行百业,视频监控建设范围将更广,目标对象更多,面对的环境更复杂,系统布建周期更短,因此在业务覆盖能力要求能够实现全域化、自由化、简捷化。
全域化:
突破地理位置和时空环境的限制,实现视频的全部覆盖。
自由化:
前端设备形态更加的多样,比如:
背负式,定点式,附着式(警车、杆等),手持式,穿戴式。
移动自由,可以任意挪动位置,选取最佳监控角度,保证活动现场无死角。
9
简捷化:
一体化系统,小巧轻便,灵活组网。
部署快速,机动性强,随装随用,可以随时运到所需执法场地。
环境依赖低,无电无网可用,开机自动入网络。
当前,安防的业务覆盖中三类场景还存在问题:
1、布建困难类场景,包括:
工地、港口、矿山、渔场、水库、自然保护区等,一方面受环境制约,无有线铺设条件或建设代价高;
另一方面业务上又对网络有较高要求,比如港口桥吊、矿山矿车、渔场投食均有监控视频辅助远程操控的需求,要求高清视频回传、毫秒级延时(30ms),现有的无线技术均存在需求匹配度
问题。
使用3G、4G、卫星等无线公网,无法保障可用带宽和稳定的网络质量;
使用微波、无线网桥、 eLTE
等无线专网,无授权频谱且无统一的运营运维主体,无法有效支撑业务的稳定可靠。
当前此类场景已造成网络
“孤岛”和业务“荒岛”。
2、移动车载类场景,包括:
公交车、出租车、地铁等公共交通车辆,交巡警摩托、执法警车、巡逻车等执法巡逻车辆,校车、押运车、运钞车、危化品运输车等特种车辆。
这些车辆均需要被重点监管,但受限于当前的无线技术和网络能力,监管的范围、时效性、有效性都无法保证。
一方面,由于带宽和稳定性不足,无法实现全量实时回传,对驾驶人/乘客/车辆真实状况无法掌控,可实时视频调阅的并发路数少,画质模糊,偶发卡顿,无法有效支撑突发事件高效处置;
另一方面,车载监控视频存储在本地,设备易损坏,数据易丢失,无
法可靠提供突发事件的视频调取。
当前交通车辆已成为天网的监控盲区,只能在事后通过“回头看”获取线索。
3、应急处置类场景,包括:
重大节庆、大型会议、应急维稳、现场执法、自然灾害、文物考古等,这类场景具有复杂性、突发性、临时性、机动性的典型特征,通过警用终端、执法记录仪、临时移动补点、移动布控、巡防机器人、无人机等应急装备加密监控点位,保证全场全程无盲区。
这些装备严重依赖无线视频回传能力,但当前无线技术和网络能力,无法提供视频全量实时回传和可靠回传,“不可能”达成全场全程全量的实时可视可管可控。
安防已经从模数时代满足人眼态势监看的“看得见”阶段,演进到满足分辨细节目标的“看得清”阶段,清晰度的不断提升,从高清进一步向4K和8K超高清,可以满足港口、矿山、医疗等行业借助视频进行远程辅助操控的清晰度要求。
视频清晰度的不断提升,视野的纵深得到延展,视频中所包含的有效信息要素增多,可提取的有用信息不断丰富,安防产业开始走向“看得懂”阶段,由机器从视频中检测、识别和提取人车物等目标信息。
视频采集对环境的约束逐渐降低,宽动态、超星光、微光/黑光等采集技术的应用,三防、透雾、全彩等环境适应和视频修复还原技术的应用,都大大拓宽了视频采集的应用领域,保障了采集的有效性,实现无论白天黑夜、阴晴、雨雾风沙都能全天候持续有效的进行视频采集。
视频采集清晰度的提升,以及从视频中提取信息的增多,对视频和信息回传网络提出了更高的挑战:
1、更大的网络带宽,既能支持单路50Mbps以上的视频上行带宽,又能支持多路并发回传,例如,港口
的每台桥吊有18路4K视频的无线回传要求。
2、更稳定可靠的网络质量保障,保证在线率和视频播放的质量,避免出现卡顿、花屏等问题。
3、更低的网络时延,在远程辅助操控中匹配视频延迟的要求,例如,港口的桥吊的远程操控,要求端到端视频时延30ms。
视频、音频、气味、生物特征等技术的发展和成熟,全面掌控防控场景和目标的完整信息成为可能,在安防应用中越来越多的部署更多类别的感知设备,用于从更多维度采集目标信息,包括目标的各种要素、活动轨迹以及关联信息等,从而形成一个动态感知体系,实现防控工作的“无所不在、无所不知”目标。
针对某一特定的应用场景,相关前端感知设备实现全互联直通,逻辑上各感知设备一体化,当一个设备的感知到一条单维度信息后,通知其他设备从其他维度提取信息,对信息的准确性进行印证,从而实现群防群治,实现在前端就能完成一次感知信息的数据清洗,从而保证了感知信息的准确性。
只有验证有效的信息才会上报至后端系统和平台,在后端再进行数据综合应用,最终实现感知的多层运用。
一方面,可以提升准确度, 减少误报;
另一方面,通过本场归并,减少数据量,降低后端处理的压力。
当前,安防在感知运用上是一个个孤立的垂直结构,需要先由前端感知设备进行目标感知和信息采集,然后原始信息报送到后端业务系统进行结构化和业务语义化,最后业务数据汇总到中心数据综合应用平台(含大数据)进行数据治理和关联应用。
在感知运用信息链中前端设备和后端业务系统是垂直对应关系,只有到了中心数据综合应用平台才形成水平关系,才能面向多个业务系统进行多维数据综合和关联。
该处理存在如下三个问题:
1、前端设备相互没有互联,单位感知信息缺少多维验证就直接上报后端处理,而且缺少精准的点位位置数据,没有统一的全网时钟,很难对多维数据进行有效治理和关联,直接影响面对客户应用的可用性。
2、后端业务系统基于单维感知数据的算法精度受环境因素影响大,无法保证全天候的稳定的精度指标,导致误报和漏报多。
3、中心数据综合应用平台直接面对全网海量数据量(万亿级),导致全局实时分析困难,时效性差;
视防控指挥从中心(指挥中心或运营中心)向一线延伸(分级指挥和临场指挥),从传统的语音调度转向音视频融合调度,从“听得到”向“看得见”转变,直观掌握现场实时状态,提高事件处置效率。
同时装备和通信技术的快速发展,全面使能安防防控能力的装备革命、重心转移、体系重构。
装备革命:
一方面,外勤装备融合化、智能化、可穿戴化,实现减负强兵,提升现场处置实战能力;
另一方面,指挥装备的个人化,通过VR/AR技术,打破场地和时空的限制,从指挥中心的“融合上墙”演变为随时随地的“全息临场”指挥。
重心转移:
外勤装备的革命,强化了单兵能力,使兵力前置。
终端装备的全量接入联网以及指挥装备的革命,使指挥前移成为可能,更便捷对现场全知全感,提升事件防控处置的机动性和灵活性。
体系重构:
机器人和无人机的应用,使能防控指挥从人力可及场所延伸至非人力可及场所(如灾难现场),从查验现场提前至到达现场前布控(如无人机放飞前置布控),从物理世界的信息投射到数字孪生的融合互控,解放了时空,重新定义和构建立体防控体系。
当前,制约防控指挥能力发展的关键瓶颈是无线技术和网络能力,有三个问题:
1、由于缺乏统一的无线网络承载,导致外勤装备种类多,功能单一,采集的信息孤立;
2、由于现有无线网络(3G/4G、340MHz图传等)对视频的承载能力弱,导致无法全量接入和实时可靠回传各种外勤装备的实时视频,造成对现场无法全天候全时空感知,可视化实时指挥难以真正构建;
3、由于现有无线网络的时延无法满足VR/AR的体验要求,导致指挥仍然需要依赖固定场所和大屏。
5G时代智能安防十大应用场景白皮书5G智能安防白皮书
技术发展趋势
5G+AI,打开安防新的成长空间
10
第五代移动通信技术(简称5G)是最新一代蜂窝移动通信技术,也是继4G(LTE-A、WiMax)、3G
(UMTS、LTE)和2G(GSM)之后无线网络的又一次演进。
相比4G网络,5G网络数据流量密度提升100倍,设备连接数量提升10~100倍,用户业务速率提升10~100倍,端到端时延降低5倍,可以为无线网络用户提供1Gbps以上的业务带宽、毫秒级的超低时延以及每平方公里百万量级的连接密度。
5G网络的典型特征是大带宽、高可靠低时延、海量连接,这使人与人之间通信,开始转向人与物的通信,机器与机器之间的通信成为可能。
图15G网络的典型特征
eMBB
增强移动宽带
10Gbps
100Mbps
5G
4G
100万/km2
1万
1ms
30ms
海量物联 mMTC
URLLC
高可靠低时延
5G不仅体现在无线侧的变革,还将推动业务解决方案端到端演进。
虚拟园区网络在低时延特性基础上,提供了安全、专用的网络环境;
网络切片实现从无线终端到业务平台端到端的服务质量;
云网协同实现业务系统部署、优化的自动化与弹性,优化业务运营的效率和成本。
“4G改变生活,5G改变社会”,5G的到来将使人类的生产、生活方式发生深刻的变革,再次解放巨大的社会生产力,也将对安防产业的生产方式带来新的变化。
15
大带宽与安防
5G采用了大量新技术和新架构以提高用户带宽,可以实现单用户1Gbps以上的业务带宽,实现“超级上行”,解决大容量、高分辨率视频信号的回传问题。
在安防行业,视频清晰度要求不断提高。
摄像机从最开始的标清,发展到准高清 720P、高清1080P,甚至出现4K、8K超高清。
视频传输带宽也越来越高,对于采用 4096*2160分辨率、H.265视频编码的单路4K视频,其带宽需求为10-20Mbps,而对于采用8192*4320分辨率、H.265视频编码的单路8K视频,其带宽需求约为40-60Mbps。
对于一些AR、VR、超高清视频等新型移动业务,4G网络已经不能满足需求,必须采用更大带宽的5G网络来承载。
清晰度更高的画面与更丰富的视频细节是5G给视频行业带来的新价值。
高可靠低时延与安防
5G技术通过改良空口数据子帧长度、下沉用户面应用( MEC和边缘计算)、优化组网路径等多种新技术,新架构,可实现业务的超低时延,低至10ms以内,响应速度更快。
时延对于VR/AR安防、移动巡检、机器视觉等场景意义重大。
毫秒级的时延可以大大降低VR/AR使用者的眩晕感;
可以实现无人机/机器人图像实时回传和远程操控,高效完成巡检任务,避免设备失控;
可以支持机器视觉和工业控制等新型工业应用场景:
通过回传的视频和图像,AI算法可以实时决策、反向控制生产流程。
海量物联与安防
到2023年,广域物联网设备预计将达到41亿个,短程物联网设备将达到157亿个,物联网的应用和市场空间将远超传统人与人的互联。
5G所具备的海量物联通信(mMTC)特性将为物联网络提供坚实的基础。
物联网应用可以分为宽带物联和窄带物联两大范畴:
宽带物联使得以视频为主的安防业务范围进一步扩大,超越空间的限制,获取更加丰富的内容;
窄带物联为低功耗、高密度传感器的数据回传提供通道。
5G海量物联特性使业务平台获取更详实的环境、身份、工况信息。
物联信息汇聚到安防云端决策中心,可以极大拓展安防
业务场景,不仅仅用于以人为主的监控场景,还可以用于人、物、环境的协同控制与处理。
决策中心通过更广泛、更多维度的参考数据,能够更全面地进行分析判断,做出更有效的决策行为。
网络切片与安防
5G端到端网络切片可以实现网络资源灵活分配、网络能力按需组合,基于一个网络虚拟出多个具备不同特性的逻辑子网。
每个端到端切片均由核心网、无线网、传输网子切片组合而成,并通过端到端切片管理系统进行统一管理。
5G网络切片可以为不同租户提供差异化SLA,提供具有独立生命周期的虚拟网络。
“千行百业”的各类业务,对网络SLA服务水平协议的需求各有千秋。
例如,工业巡检不仅仅需要大带宽视频回传,还需要具备保密特性;
AR/VR安防不仅仅需要低时延防眩晕,还要求数据不丢包、视频连续不丢帧;
机器视觉不仅仅要求大上行带宽实现超高分辨率和帧率,还要求低时延反向控制。
网络切片可以实现各类业务端到端的服务质量(QoS)保障,实现从终端设备到5G无线网络,再到核心网、承载网、云平台端到端的服务质量差异化保障。
边缘计算 MEC与安防
在大型工业和产业园区,5G将替代传统Wifi和有线连接,为生产、生活提供连接服务。
为了实现园区通信的实时性和数据安全性,5G+边缘计算的“虚拟园区专网”部署模式将被广泛采纳。
5G园区专网中,通过无线方式获取的业务数据将在园区专属的核心网边缘云(MEC)中处理,数据将不会在公网中传输,从而确保5G业务数据的端到端隔离和安全性。
由于MEC已经部署在企业园区附近,从园区基站到专属核心网的物理传输距离被大大缩短,可以将传统组网模式下几十甚至几百毫秒的业务时延降低到毫秒量级。
对于工业生产环境中的安防和视觉系统,5G园区专网将大大提高视频业务的安全性和实时性,适配更丰富的业务场景。
云网协同与安防
随着云计算的普及,各类业务平台的云化趋势越来越明显,越来越多的功能组件和接口将部署在边缘云和中心云内。
平台云化不仅可以优化业务部署的效率和成本,还可以丰富生态,实现安防业务功能与不同业务场景的快速适配和应用。
业务平台开放、云化还将催生算法市场、应用市场等新的商业形态,使视频业务应用更广泛、更活跃。
除云资源池以外,安防业务端到端解决方案还包含5G、运营商专线等要素。
随着“云网协同”技术架构的部署,可以快速打通5GCPE 、入云专线、边缘云、中心云之间的业务链条,实现业务快速开通和动态调整满,足智能安防业务的多样化需求。
更安全的 5G网络
为了适配垂直行业的各种场景,5G网络不仅提供基本通信功能,还需要考虑全面、差异化的安全服务。
5G网络安全在架构上包括:
保障通信及数据安全:
提供机密性及完整性保护,保障语音及数据的通信安全;
提供增强的隐私保护机制,保护用户隐私信息。
支持异构接入安全:
提供统一认证框架,支持多种接入方式和接入凭证,保证终端设备安全接入网络。
保障新型网络架构安全:
提供SDN/NFV安全机制,保障虚拟资源、软件资源、数据、管理及控制数据的安全;
提供网络切片安全机制,切片安全隔离、安全管理。
支持差异化安全:
提供按需的安全保护,满足多种应用场景的差异化安全需求。
开放安全能力:
支持数字身份管理、认证能力等的安全能力开放。
除了安全架构方面的考虑
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