全景視頻監(jiān)視系統(tǒng)在貴陽機(jī)場的應(yīng)用

張簡

摘要：隨著貴陽龍洞堡國際機(jī)場航站樓的擴(kuò)建，塔臺管制員已經(jīng)無法對機(jī)場停機(jī)坪，滑行道等重要區(qū)域進(jìn)行實時全方位監(jiān)控，影響了航班的正常起降效率。為解決此問題，提高管制員工作效率，民航貴州空管分局結(jié)合實際情況，在貴陽機(jī)場建設(shè)了此套全景視頻監(jiān)視系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于瑞典和挪威正在研究的遠(yuǎn)程塔臺技術(shù)，可以將現(xiàn)場實時視頻信號傳輸?shù)竭h(yuǎn)方，實現(xiàn)對機(jī)場場面的遠(yuǎn)程遙控指揮。

關(guān)鍵詞：機(jī)場場面；塔臺；全景；視頻監(jiān)控

中圖分類號：TP37 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）07-0228-02

全景視頻監(jiān)視系統(tǒng)在民航行業(yè)的應(yīng)用處于起步階段。目前民航機(jī)場場面監(jiān)視控制設(shè)備主要有雷達(dá)、ADS-B、多點定位系統(tǒng)等。與這些傳統(tǒng)設(shè)備相比，全景視頻監(jiān)視系統(tǒng)具有如下優(yōu)點：能夠為管制員提供連續(xù)，直觀的實時全景拼接畫面；安裝簡單，維護(hù)成本低廉；避免覆蓋盲區(qū)；能夠?qū)σ曨l進(jìn)行實時存儲，回放；通過畫面增強(qiáng)技術(shù)可以增強(qiáng)能見度較低的條件下畫面清晰度；通過遠(yuǎn)程傳輸視頻畫面可以實現(xiàn)機(jī)場場面遠(yuǎn)程遙控指揮。

1貴陽機(jī)場全景視頻監(jiān)視系統(tǒng)的組成

1.1系統(tǒng)硬件組成

本套全景視頻監(jiān)視系統(tǒng)采用分布式部署和集中處理的架構(gòu)，提供180度以上視角實時監(jiān)控畫面。如圖1所示本系統(tǒng)前端采用五臺三星SNB-6003 1080P高清攝像機(jī)，原始視頻信號通過思科千兆交換機(jī)匯聚后，經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為光信號，光信號通過光纜傳輸至空管機(jī)房后，將光信號轉(zhuǎn)換為網(wǎng)口信號接入華為S5700交換機(jī)，前端視頻信號通過全景拼接服務(wù)器與運動檢測服務(wù)器集中處理后在塔臺顯示終端顯示，全景拼接服務(wù)器采用兩臺工業(yè)級處理機(jī)，分別配備雙顯卡，通過三根視頻延長線，連接三臺三星超窄邊拼接屏，將實時拼接畫面清晰流暢的在塔臺顯示。分布式三星球機(jī)視頻監(jiān)視系統(tǒng)可以作為本系統(tǒng)的備用手段，在全景視頻監(jiān)視系統(tǒng)不能正常工作時，管制員可以使用此套系統(tǒng)作為應(yīng)急手段。

1.2系統(tǒng)軟件組成

整套系統(tǒng)軟件由全景視頻拼接模塊、動態(tài)視頻圖像增強(qiáng)模塊、高分辨率顯示模塊組成。三星攝像機(jī)采集的H.264視頻流通過光纖傳輸至交換機(jī)后，一路進(jìn)入存儲服務(wù)器進(jìn)行視頻存儲，另一路進(jìn)入全景拼接服務(wù)器后解碼成幀圖像，幀圖像存入幀緩存后對原始圖像進(jìn)行特征點提取，匹配和校正后對全景圖像進(jìn)行拼接融合，生成全景圖像，最后通過圖像增強(qiáng)技術(shù)講全景視頻實時輸出到三星窄邊拼接屏上。

本系統(tǒng)同時接收五路高清攝像機(jī)視頻流，處理的數(shù)據(jù)量很大，因此在軟件架構(gòu)設(shè)計采方面采用了目前流行的多CPU+GPU的混合運行方式，通過CUDA并行處理以滿足系統(tǒng)的實時性和海量數(shù)據(jù)處理的需求。

1.3系統(tǒng)主要功能

本系統(tǒng)是基于高性能運算平臺的多路高清視頻監(jiān)視系統(tǒng)，系統(tǒng)由10路1080P三星高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、戶外護(hù)罩支架等組成，由于全景視頻拼接對攝像機(jī)角度精確度要求高，不能隨意旋轉(zhuǎn)，因此本系統(tǒng)戶外護(hù)罩云臺不支持旋轉(zhuǎn)控制，攝像機(jī)的參數(shù)可通過遠(yuǎn)程登錄進(jìn)行設(shè)置。本系統(tǒng)能夠在低能見度較低，光線較強(qiáng)情況下實現(xiàn)視頻增強(qiáng)和寬動態(tài)的超高清全景視頻監(jiān)控，能夠?qū)C(jī)場停機(jī)坪、滑行道、跑道等重要區(qū)域，全天候無盲區(qū)的全景實時監(jiān)視，為民航單位提供了專業(yè)的視頻監(jiān)控解決方案。

1.3.1視頻拼接功能

通過全景視頻監(jiān)視系統(tǒng)的拼接功能，工作人員可以輕松的獲取整個機(jī)場場面的運行狀態(tài)。圖2是貴陽機(jī)場全景視頻監(jiān)視系統(tǒng)在白天拼接效果圖，該圖是由架設(shè)在龍洞堡機(jī)場塔臺上的攝像機(jī)采集到的圖像拼接而成。塔臺距離跑道邊緣約為1000米，用四臺高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)拼接融合而成，生成的全景視頻分辨率為4500*900，幀率為25fps。

1.3.2視頻增強(qiáng)功能

視頻增強(qiáng)功能在整個全景視頻監(jiān)視系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用。夜晚光線條件不理想，管制員不能輕松準(zhǔn)確的分辨出停機(jī)位準(zhǔn)確信息，通過此功能管制員可以在夜間和低能見度較天氣條件下清晰地區(qū)分機(jī)場建筑物和場面活動目標(biāo)。

如圖3所示，該圖是架設(shè)在機(jī)場C指廊的高清攝像機(jī)，通過對機(jī)場停機(jī)坪進(jìn)行視頻采集、增強(qiáng)和拼接后的效果圖。攝像頭距離停機(jī)坪的距離約為300米。效果圖上端顯示器畫面為沒有進(jìn)行視頻增強(qiáng)的實時畫面，下端顯示器畫面為進(jìn)行視頻增強(qiáng)的全景拼接實時畫面。我們可以清晰的觀察到有視頻增強(qiáng)的視頻監(jiān)控畫面能夠比較清晰的觀察到機(jī)場停機(jī)坪內(nèi)的實時畫面，清楚的區(qū)分建筑物和運動目標(biāo)。

2 系統(tǒng)特點

本系統(tǒng)區(qū)別于傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，全景視頻監(jiān)視系統(tǒng)能更加直觀反映機(jī)場場面信息，減少管制員對機(jī)場場面情況的分析與判斷時間， 為了保證全景視頻監(jiān)視系統(tǒng)運行的可靠性，本系統(tǒng)在設(shè)計上就從不同層面來保證系統(tǒng)穩(wěn)定性。傳輸光纜采用雙路由鏈路。設(shè)備的搭配上采用合理的冗余技術(shù)，服務(wù)器的硬件結(jié)構(gòu)上提供切換、備份技術(shù)，存儲采用磁盤陣列來保障系統(tǒng)運行的流暢性。采用通用的標(biāo)準(zhǔn)接口，通過使用編碼器能兼容不同廠商的產(chǎn)品，有利于設(shè)備軟、硬件的兼容和系統(tǒng)的升級。

維護(hù)方面本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用模塊化設(shè)計，方便維護(hù)人員后期對設(shè)備進(jìn)行維護(hù)。人機(jī)操作界面友好，增加必要的輔助服務(wù)功能，維護(hù)人員可直接通過Web訪問前端節(jié)點并對設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程操作控制。

3 結(jié)束語

貴陽機(jī)場的全景視頻監(jiān)視系統(tǒng)建成后提高了管制員的工作效率，在充分保障運行安全的前提下，為管制員管理機(jī)場場面提供了強(qiáng)有力的手段。此方案可以應(yīng)用于機(jī)場的遠(yuǎn)程場面管理，使得管制員可以遠(yuǎn)程指揮機(jī)場飛機(jī)起降。針對本系統(tǒng)目前的運行狀況，還有一些問題需要改進(jìn)，畫面拼接處縫隙比較明顯以及畫面顯示幀率還不夠高，這些問題將在后期的升級與維護(hù)中進(jìn)行改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張平.視景增強(qiáng)系統(tǒng)在民用飛機(jī)中的應(yīng)用[J].中國民用航空，2014（189）：39-40.

[2] 吳敏.增強(qiáng)視景監(jiān)視系統(tǒng)在民航的應(yīng)用研究[J].民航科技，2014（161）：5-8.