基于视频监控和区域目标检测的耕地保护自动监测预警系统

技术领域

本发明涉及耕地保护技术领域，具体为基于视频监控和区域目标检测的耕地保护自动监测预警系统。

背景技术

开展耕地保护执法监察工作，主要目的在于尽早发现耕地非农化、非粮化等违法违规行为，并立刻加以制止，这是当前开展耕地保护管理、守住十八亿亩耕地红线的重要工作手段。近年来，全国各地自然资源主管部门集成卫星遥感、铁塔视频、无人机、地面调查等多元技术手段，构建了“空、天、地、网”一体化自然资源综合监测体系。

其中铁塔视频监测利用移动基站安装高清摄像头，通过基层自然资源所职工每天定期巡查视频监控的模式开展工作，这种工作模式较传统的现场巡查在巡查效率上已经有了较大提升，但仍然存在监管人员不足、应用数据现势性不强和工作被动等问题，难以实现不间断、高强度、全过程的监控。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了基于视频监控和区域目标检测的耕地保护自动监测预警系统，具备高强度、全过程的监控等优点，解决了上述的问题。

(二)技术方案

为实现上述的目的，本发明提供如下技术方案：基于视频监控和区域目标检测的耕地保护自动监测预警系统，包括摄像头，所述摄像头接入摄像头管理模块、预置位配置模块、业务规则模块、自动调度模块、图像识别模块、预警管理模块六部分模块，所述摄像头管理模块与自动调度模块连接，所述预置位配置模块与自动调度模块连接，所述业务规则模块与图像识别模块连接，所述图像识别模块与自动调度模块连接，所述自动调度模块与预警管理模块连接。

优选的，所述预置位配置模块包括有：预置位配置功能，且通过摄像头设置多个预置位，所述预置位对应摄像头若干视角，所述若干视角包含多种类型土地。其中所述若干视角对应不同监管规则，因此创建预置位时需要在视频中标绘出预置位的区域并指定对应的土地类型。

优选的，所述业务规则模块包括有：业务规则，所述业务规则包括摄像头调度规则和违法行为识别规则。

优选的，所述摄像头调度规则根据不同地区设置若干摄像头轮巡的调度时间、预置位停留时间、是否保存抓拍历史照片等

优选的，所述违法行为识别规则通过定义不同的违法行为的识别规则具体包括有：时间规则、空间规则、识别物、识别物判定规则，其中：

a1.时间规则是指程序判断违法行为的时间条件，例如可以设置作物生长期、项目施工期等条件，使违法行为的判断更具有针对性：

a2.空间规则是指程序判断违法行为发生的空间位置，可以设置为预置位范围内或预置位周边范围，程序判定时会根据实际的预置位获取需要识别的空间位置：

a3.识别物是指程序需要从抓拍的照片中识别的物体，例如工程作业设备、建筑物、建筑材料等：

a4.识别物判定规则是程序判断识别到的物体是否是违法行为的判断规则，包括识别的物体种类、数量、是否识别到、是否多次识别到等等。其中通过这四类规则的灵活设置，程序可以灵活的设定各类违法行为。例如破坏耕地行为需要识别在耕地范围内出现的工程作业设备(挖掘机、吊车、渣土车等)，为了避免作物收割时收割机等设备的干扰，可以设置识别的时间规则为作物生长期，为了避免路过或临时停靠车辆的误报，可以设定识别物判定规则为同时识别到多类设备或连续识别3次识别到工程作业设备。

优选的，所述图像识别模块包括有：基于图像的目标检测技术，识别抓拍照片中是否存在上述图像识别规则中定义的物体。

优选的，所述自动调度模块包括有：根据摄像头调度规则自动调度摄像头并进行抓拍，抓拍后调用图像识别模块对抓拍的照片进行识别，在结合时间规则、空间规则和图像识别规则对识别结果进行判别，如果符合规则描述则调用预警管理模块生成预警。

优选的，所述预警管理模块包括有：对生成的预警进行管理，包括预警的推送、处置等。

基于视频监控和区域目标检测的耕地保护自动监测预警系统中的算法步骤：

S11.系统读取摄像头的调度规则：

S12.创建定时器，定时调度：

S13.依次读取摄像头预置位信息：

S14.根据预置位信息读取违法行为识别规则：

S15.判断是否满足识别规则中的时间条件：

S16.调度摄像头至预置位：

S17.抓拍照片：

S18.预置位偏移识别：

S19.提取识别规则中的待识别物类别：

S20.识别照片中待识别物体：

S21.识别结果是否位于识别规则定义的空间范围：

S22.识别结果是否满足识别规则中的识别物判定规则：

S23.生成预警信息；

S24.是否所有预置位处理完成。

优选的，所述S11中，系统读取摄像头的调度规则，调度规则包括调度时间策略、调度区域，调度时间策略包括一个Cron表达式和一组例外规则，cron表达式是一组格式为"秒数分钟小时日期月份星期年份"的表达式，例外规则是一组日期范围。

优选的，所述S12中，系统创建一个定时器，定时器会按照步骤S11读取的每一个调度时间策略定时调度程序执行执行S13至步骤S24。

优选的，所述S13中，系统根据当前的摄像头调度规则，读取调度区域所包含的所有摄像头，并读取每个摄像头的所有预置位信息，并依次针对每一个预置位，执行S14步骤。

优选的，所述S14中，系统根据预置位读取预置位对应的土地类型，再根据土地类型读取对应的违法行为识别规则，获取到的违法行为识别规则可能存在多条，每一条规则均包括时间规则、空间规则、识别物、识别物判定规则。

优选的，所述S15中，系统判定当前时间是否满足S14步骤中读取的违法行为识别规则中的时间规则，当存在多条违法行为识别规则时，只要满足任一规则的实际条件则执行步骤S16，否则执行步骤S24。

优选的，所述S20中，系统调用图像目标检测算法，在S17步骤中抓拍的照片中识别步骤S19中提取到的识别物。目标检测算法是基于深度学习算法的应用，需要事先对待识别物进行大量的训练以提取识别物特征，这种算法目前已被广泛使用，在此不再深入介绍。如果识别到待识别物，则执行步骤S21；如果未识别到物体执行步骤S24。

优选的，所述S21中，系统针对在步骤S14中读取的每一条违法行为识别规则，在步骤S20识别到的物体中提取该规则需要识别的物体，并判断是否匹配对应的空间规则，如果符合规则继续执行步骤S22，否则执行步骤S24。其中空间规则分为两种，一是在预置位范围内，二是在预置位周边范围内。预置位范围位于步骤S13中获取的预置位信息中，预置位周边范围是系统基于摄像头参数、预置位范围自动计算在预置位范围外需要识别的像素范围。

优选的，所述S22中，系统针对对在步骤S21中通过的每一条违法行为识别规则，判断是否匹配对应的识别物判定规则，具体的识别物判定包括以下规则：

B1.识别物存在规则：抓拍照片中识别到待识别物，则通过判定：

B2.识别物不存在规则：抓拍照片中未识别到待识别物，则通过判定：

B3.连续识别到识别物规则：需要识别的物体连续多次轮询调度时被识别，超过识别次数阈值到则通过判定，识别次数可在识别规则中配置：

B4.连续未识别到识别物规则：需要识别的物体连续多次轮询调度时未被识别，超过识别次数阈值到则通过判定，识别次数可在识别规则中配置：

B5.识别到多类物体规则：抓拍照片中识别到多种类的待识别物时通过判定。种类数量可在识别规则中配置：

B6.识别到多个物体：抓拍照片中识别到多个的待识别物时通过判定。物体数量可在识别规则中配置：

B7.判定识别物面积规则：识别物体面积超过指定阈值时预警则通过判定，通常用于堆积物、坑塘水面等的判定，面积阈值可在识别规则中配置：

B8.判定识别物长度规则：识别物体长度超过指定阈值时预警则通过判定，通常用于路面、河流等的判定，长度阈值可在识别规则中配置：

B9.判定建筑物变化趋势：通过不同时间点识别的建筑物大小变化情况进行判定，识别周期、变化趋势、变化率等可在识别规则中配置：

B10.组合规则：上述B1-B9可以理解为基本规则，组合规则可以包含任意个上述规则，并可以配置不同规则之间的与、或、非等逻辑关系。其中识别物规则判定通过时执行步骤S23，否则执行步骤S24。

优选的，所述S23中，系统根据步骤S22的判定结果生成预警信息，并将预警推送至相关处置人员。

优选的，所述S24中，系统判断是否所有的预置位都已经完成上述处理，如果还有预置位未完成则回到步骤S13，继续调度下一个预置位；如果所有的预置位都已调度完成，则处理结束。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供了基于视频监控和区域目标检测的耕地保护自动监测预警系统，具备以下有益效果：

本发明公开了基于视频监控和区域目标检测的耕地保护自动监测预警系统，通过定义各类违法行为识别规则和摄像头的调度规则，为安装在移动基站的高清摄像头提前设置需要监管的预置位，按照摄像头调度规则定时调度摄像头轮询预置位进行抓拍，再利用图像目标检测技术对抓拍的照片按照违法行为识别规则进行判断，对于符合规则的照片进行预警。这种监测方法实现了自动调度摄像头并识别监控视频中的耕地非农化、非粮化等违法违规行为，做到了对耕地非农化、非粮化等违法违规行为的早发现、早研判、早预警，实现耕地保护相关业务从“静态”到“动态”的转变、监管手段从“人工”到“智能”的转变。

附图说明

图1为本发明结构模块连接图；

图2为本发明结构算法步骤图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，基于视频监控和区域目标检测的耕地保护自动监测预警系统，包括摄像头，摄像头接入摄像头管理模块、预置位配置模块、业务规则模块、自动调度模块、图像识别模块、预警管理模块六部分模块，其特征在于：摄像头管理模块与自动调度模块连接，预置位配置模块与自动调度模块连接，业务规则模块与图像识别模块连接，图像识别模块与自动调度模块连接，自动调度模块与预警管理模块连接。

其中，预置位配置模块包括有：预置位配置功能，且通过摄像头设置多个预置位，预置位对应摄像头若干视角，若干视角包含多种类型土地。其中若干视角对应不同监管规则，因此创建预置位时需要在视频中标绘出预置位的区域并指定对应的土地类型。

根据附图1所示，业务规则模块包括有：业务规则，业务规则包括摄像头调度规则和违法行为识别规则。

其中，摄像头调度规则根据不同地区设置若干摄像头轮巡的调度时间、预置位停留时间、是否保存抓拍历史照片等：违法行为识别规则通过定义不同的违法行为的识别规则具体包括有：时间规则、空间规则、识别物、识别物判定规则，其中：

a1.时间规则是指程序判断违法行为的时间条件，例如可以设置作物生长期、项目施工期等条件，使违法行为的判断更具有针对性：

a2.空间规则是指程序判断违法行为发生的空间位置，可以设置为预置位范围内或预置位周边范围，程序判定时会根据实际的预置位获取需要识别的空间位置：

a3.识别物是指程序需要从抓拍的照片中识别的物体，例如工程作业设备、建筑物、建筑材料等：

a4.识别物判定规则是程序判断识别到的物体是否是违法行为的判断规则，包括识别的物体种类、数量、是否识别到、是否多次识别到等等。

更进一步的，通过这四类规则的灵活设置，程序可以灵活的设定各类违法行为。例如破坏耕地行为需要识别在耕地范围内出现的工程作业设备(挖掘机、吊车、渣土车等)，为了避免作物收割时收割机等设备的干扰，可以设置识别的时间规则为作物生长期，为了避免路过或临时停靠车辆的误报，可以设定识别物判定规则为同时识别到多类设备或连续识别3次识别到工程作业设备。

根据附图1所示，图像识别模块包括有：基于图像的目标检测技术，识别抓拍照片中是否存在上述图像识别规则中定义的物体。

根据附图1所示，自动调度模块包括有：根据摄像头调度规则自动调度摄像头并进行抓拍，抓拍后调用图像识别模块对抓拍的照片进行识别，在结合时间规则、空间规则和图像识别规则对识别结果进行判别，如果符合规则描述则调用预警管理模块生成预警。

根据附图1所示，预警管理模块包括有：对生成的预警进行管理，包括预警的推送、处置等。

根据附图2所示，基于视频监控和区域目标检测的耕地保护自动监测预警系统中的算法步骤，

S11.系统读取摄像头的调度规则，具体为系统读取摄像头的调度规则，调度规则包括调度时间策略、调度区域，调度时间策略包括一个Cron表达式和一组例外规则，cron表达式是一组格式为"秒数分钟小时日期月份星期年份"的表达式，例外规则是一组日期范围；

S12.创建定时器，定时调度，具体为系统创建一个定时器，定时器会按照步骤S11读取的每一个调度时间策略定时调度程序执行执行S13至步骤S24；

S13.依次读取摄像头预置位信息，具体为系统根据当前的摄像头调度规则，读取调度区域所包含的所有摄像头，并读取每个摄像头的所有预置位信息，并依次针对每一个预置位，执行S14步骤；

S14.根据预置位信息读取违法行为识别规则，具体为系统根据预置位读取预置位对应的土地类型，再根据土地类型读取对应的违法行为识别规则，获取到的违法行为识别规则可能存在多条，每一条规则均包括时间规则、空间规则、识别物、识别物判定规则；

S15.判断是否满足识别规则中的时间条件，具体为系统判定当前时间是否满足S14步骤中读取的违法行为识别规则中的时间规则，当存在多条违法行为识别规则时，只要满足任一规则的实际条件则执行步骤S16，否则执行步骤S24；

S16.调度摄像头至预置位，具体为系统调度并等待摄像头旋转至预置位；

S17.抓拍照片，具体为系统调度摄像头抓拍照片，并完成照片的存储；

S18.预置位偏移识别，具体为系统识别预置位是否存在偏移，如果存在偏移则对预置位图像进行偏移校正；

S19.提取识别规则中的待识别物类别，具体为系统根据S14中获取的违法行为识别规则，提取出所有需要识别的物体；

S20.识别照片中待识别物体，具体为系统调用图像目标检测算法，在S17步骤中抓拍的照片中识别步骤S19中提取到的识别物。目标检测算法是基于深度学习算法的应用，需要事先对待识别物进行大量的训练以提取识别物特征，这种算法目前已被广泛使用，在此不再深入介绍。如果识别到待识别物，则执行步骤S21；如果未识别到物体执行步骤S24；

S21.识别结果是否位于识别规则定义的空间范围，具体为S21中，系统针对在步骤S14中读取的每一条违法行为识别规则，在步骤S20识别到的物体中提取该规则需要识别的物体，并判断是否匹配对应的空间规则，如果符合规则继续执行步骤S22，否则执行步骤S24，其中空间规则分为两种，一是在预置位范围内，二是在预置位周边范围内。预置位范围位于步骤S13中获取的预置位信息中，预置位周边范围是系统基于摄像头参数、预置位范围自动计算在预置位范围外需要识别的像素范围；

S22.识别结果是否满足识别规则中的识别物判定规则，具体为系统针对对在步骤S21中通过的每一条违法行为识别规则，判断是否匹配对应的识别物判定规则，具体的识别物判定包括以下规则：

B1.识别物存在规则：抓拍照片中识别到待识别物，则通过判定：

B2.识别物不存在规则：抓拍照片中未识别到待识别物，则通过判定：

B3.连续识别到识别物规则：需要识别的物体连续多次轮询调度时被识别，超过识别次数阈值到则通过判定，识别次数可在识别规则中配置：

B4.连续未识别到识别物规则：需要识别的物体连续多次轮询调度时未被识别，超过识别次数阈值到则通过判定，识别次数可在识别规则中配置：

B5.识别到多类物体规则：抓拍照片中识别到多种类的待识别物时通过判定。种类数量可在识别规则中配置：

B6.识别到多个物体：抓拍照片中识别到多个的待识别物时通过判定。物体数量可在识别规则中配置：

B7.判定识别物面积规则：识别物体面积超过指定阈值时预警则通过判定，通常用于堆积物、坑塘水面等的判定，面积阈值可在识别规则中配置：

B8.判定识别物长度规则：识别物体长度超过指定阈值时预警则通过判定，通常用于路面、河流等的判定，长度阈值可在识别规则中配置：

B9.判定建筑物变化趋势：通过不同时间点识别的建筑物大小变化情况进行判定，识别周期、变化趋势、变化率等可在识别规则中配置：

B10.组合规则：上述B1-B9可以理解为基本规则，组合规则可以包含任意个上述规则，并可以配置不同规则之间的与、或、非等逻辑关系。

其中识别物规则判定通过时执行步骤S23，否则执行步骤S24；

S23.生成预警信息，具体为系统根据步骤S22的判定结果生成预警信息，并将预警推送至相关处置人员；

S24.是否所有预置位处理完成，具体为系统判断是否所有的预置位都已经完成上述处理，如果还有预置位未完成则回到步骤S13，继续调度下一个预置位；如果所有的预置位都已调度完成，则处理结束。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。