機(jī)場圍界入侵預(yù)警與自動跟蹤系統(tǒng)研究

黎永志 張焱輝

摘? 要：傳統(tǒng)圍界入侵技術(shù)防范都是接觸式或準(zhǔn)接觸式的探測系統(tǒng)，當(dāng)報警時，空防事件已經(jīng)發(fā)生，留給值守人員的反應(yīng)時間非常短，有時只有幾秒鐘時間，非常容易遺漏，而且傳統(tǒng)入侵探測手段受環(huán)境干擾嚴(yán)重，誤報高，穩(wěn)定性較差。本文基于3D智能分析技術(shù)、高靈敏度熱成像技術(shù)、深度學(xué)習(xí)算法，形成預(yù)警、報警、自動跟蹤三層技術(shù)防護(hù)，可大大提升安保威懾力、報警準(zhǔn)確性和處置效果，提高圍界安全性。

關(guān)鍵詞：民用機(jī)場;圍界入侵報警;入侵預(yù)警;自動跟蹤

中圖分類號：TP277;V351? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）15-0117-05

Airport Perimeter Intrusion Early Warning and Automatic Tracking System

LI Yongzhi，ZHANG Yanhui

（Beijing Huacheng Zhiyun Software Co.，Ltd.，Beijing? 100070，China）

Abstract：Traditional enclosure invasion technologies are contact or quasi-contact detection system. When alarming，air defense incidents have occurred. The reaction time left to guards is very short，sometimes only a few seconds，which is very easy to miss. Moreover，traditional intrusion detection methods are seriously disturbed by the environment，with high false alarm and poor stability. Based on three-dimensional intelligent analysis technology，high-sensitivity thermal imaging technology and depth learning algorithm，this paper forms three layers of technical protection：early warning，alarm and automatic tracking，which can greatly enhance the security deterrence，alarm accuracy and disposal effect，and improve the security of the enclosure.

Keywords：civil airport;enclosure invasion alarm;invasion early warning;automatic tracking

0? 引? 言

機(jī)場圍界以內(nèi)是機(jī)場空側(cè)，屬于機(jī)場控制區(qū)，通過圍界安全保衛(wèi)設(shè)施進(jìn)行預(yù)防、阻止或延緩針對機(jī)場和航空器的非法干擾行為，提高對異常事件、突發(fā)事件的識別和處置能力，保護(hù)機(jī)場內(nèi)人員及財產(chǎn)安全。一類、二類機(jī)場圍界應(yīng)設(shè)置入侵報警系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)，三類機(jī)場圍界宜設(shè)置入侵報警系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)。[1]系統(tǒng)應(yīng)能對物理圍界形成完整的覆蓋，能對目標(biāo)進(jìn)行分類，對入侵行為作出判斷;應(yīng)能在機(jī)場飛行和安全照明的環(huán)境下工作，并應(yīng)滿足全天候運行的要求。[2]

在實際圍界安全保衛(wèi)工作中發(fā)現(xiàn)，對于接觸式或準(zhǔn)接觸式的探測系統(tǒng)，當(dāng)報警時，空防事件已經(jīng)發(fā)生，留給值守人員的反應(yīng)時間非常短[3]，非常容易遺漏，而且受環(huán)境干擾嚴(yán)重，誤報高，穩(wěn)定性較差。而非接觸跨越圍界進(jìn)行入侵，傳統(tǒng)圍界入侵報警系統(tǒng)無法發(fā)現(xiàn)，形成了安全漏洞[4]。

本文基于3D智能分析技術(shù)、高靈敏度熱成像技術(shù)、在機(jī)場飛行區(qū)圍界外5米設(shè)置虛擬圍界，對靠近圍界人員進(jìn)行主動探測，對進(jìn)入預(yù)警區(qū)的人員進(jìn)行預(yù)警;通過深度學(xué)習(xí)算法，對入侵人員進(jìn)行自動跟蹤，掌握其活動軌跡。結(jié)合傳統(tǒng)圍界入侵技術(shù)防范系統(tǒng)，可以形成預(yù)警、報警、自動跟蹤三層技術(shù)防護(hù)，大大提升安保威懾力、報警準(zhǔn)確性和處置效果，提高機(jī)場圍界安全性。

1? 3D智能分析算法

3D建模的原理是在視頻畫面中繪制矩形框來指定對象的大小，即在近端設(shè)置一次對象的大小，在遠(yuǎn)端也設(shè)置一次對象的大小，使用這些矩形作為參考對象的大小，由系統(tǒng)判定對象的大小是否與當(dāng)前的位置實際上引用對象的大小相匹配。如果對象的例子是小于一個人站在那個位置，則軟件算法不觸發(fā)事件）。這種情況下，智能分析算法得出來的結(jié)果更加準(zhǔn)確。

通過3D智能分析算法，由于視頻畫面中同一大小物體在不同距離所占像素點的數(shù)量和尺寸是不同的，通過此原理構(gòu)建視頻畫面中的坐標(biāo)體系，在不同距離情況下區(qū)分目標(biāo)大小，從而區(qū)分人和小動物，減少目標(biāo)檢測（例如：鳥類或小型野生動物的移動）中誤報的觸發(fā)。以某倉庫的屋頂平臺的監(jiān)控為例（如圖1所示），在入侵者是人的情況下，無論他們在屋頂上哪個地方都會觸發(fā)警報，然而換作是一只鳥就不會觸發(fā)報警（如圖2所示），在防區(qū)旁邊的人也不會不被發(fā)現(xiàn)。

基于3D的智能分析算法，根據(jù)現(xiàn)場圖像畫面進(jìn)行3D建模，判斷不同尺寸物體（小動物、人、車等）在畫面中不同距離的活動情況，從而減少了誤報的數(shù)量。有效濾除戶外各種環(huán)境干擾（下雨、下雪、樹木、大風(fēng)、立桿搖晃），可靠地檢測運動物體，并能區(qū)分出人或物體的行走方向（左、右、上、下四種方向）。

2? 基于熱成像的視頻探測

紅外光——電磁光譜的一部分，人眼可以檢測可見光（或可見光輻射），但還存在我們看不見的其他形式的光（輻射）。人眼只能看到電磁光譜中很小一部分。不可見紫外光和不可見紅外光分別位于光譜的兩端。紅外輻射介于電磁光譜的可見光輻射和微波輻射之間。紅外輻射源主要為熱量或熱輻射。溫度高于絕對零度（-273.15攝氏度或0開爾文）的任何物體均會發(fā)出紅外輻射。

熱成像探測器合理利用了所有事物均能散發(fā)熱量的原理，即使夜間也能發(fā)揮如同白晝般的偵測效果。在夜間或能見度低，且無來自燈光和激光補(bǔ)充照明的條件下，完全依賴可見光進(jìn)行偵測的監(jiān)控攝像機(jī)似乎顯得蒼白無力。

熱能可以穿透許多障礙物，包括煙霧、塵埃、樹葉和薄霧。使用熱成像探測器可穿透霧靄，發(fā)現(xiàn)霧色中行走的人員，這是使用標(biāo)準(zhǔn)可見光攝像機(jī)力所難及的。

在大多數(shù)情況下，熱能在空氣中傳播的效率比可見光更高。因此，利用熱成像探測器可以探測大范圍內(nèi)的活動情況，而采用色彩對比的可見光攝像機(jī)則稍遜一籌。

熱成像探測器選用分辨率為336×252，熱靈敏度為50mK的傳感器。傳感器采用氧化釩（VOx）技術(shù)，當(dāng)暴露在陽光直射情況下，使用氧化釩技術(shù)的熱成像傳感器可免疫陽光的損傷或永久圖像退化。成像效果如圖3所示。

3? 虛擬圍界

沿周界每100米設(shè)置一個防區(qū)，每個防區(qū)設(shè)計一臺熱成像探測器，安裝在圍界上方高于刺籠1米的立桿頂部。探測器的部署方案采用為首尾相連的追尾部署方式，確保整個周界上不存在任何監(jiān)控盲區(qū)，形成沿周界的無盲區(qū)全覆蓋。[5]

每臺熱成像探測器范圍設(shè)置在周界外設(shè)置兩條虛擬周界，周界圍網(wǎng)外5米范圍為預(yù)警區(qū)。在靠近馬路的周界，可調(diào)整虛擬周界的位置和走向，避免馬路上車輛的干擾。虛擬圍界布置如圖4所示。

通過3D智能分析算法，過濾環(huán)境干擾因素，經(jīng)過智能分析處理和智能識別后，判斷出人員入侵行為和方向，對入侵預(yù)警區(qū)的行為進(jìn)行預(yù)警，并按照聯(lián)動預(yù)案聯(lián)動相關(guān)燈光、廣播和后臺處理。

通過算法可設(shè)置二級防區(qū)（如圖5所示），在整個檢測區(qū)域中，設(shè)置多個二級防區(qū)，給出入侵目標(biāo)的位置信息，精度可達(dá)5米。

4? 自動跟蹤

通過自動跟蹤深度學(xué)習(xí)算法對活動目標(biāo)進(jìn)行分類，過濾干擾，自動跟蹤入侵目標(biāo)，記錄其活動全過程。

在視頻分析算法有入侵行為后，由軟件算法計算出入侵者的地理位置并驅(qū)動云臺攝像機(jī)，將鏡頭角度指向入侵者并自動調(diào)整焦距，對侵入者進(jìn)行大畫面特寫拍攝。

軟件算法驅(qū)動云臺攝像機(jī)自動調(diào)整PTZ，確保云臺攝像機(jī)一直保持自動跟蹤入侵者，直到接收到操作人員終止跟蹤指令后云臺攝像機(jī)停止跟蹤，調(diào)轉(zhuǎn)至預(yù)置位等待下一次跟蹤指令。圖6、圖7所示為自動跟蹤原理圖，圖8所示為入侵預(yù)警與自動跟蹤效果截圖。

5? 系統(tǒng)實踐

將本課題入侵檢測算法和自動跟蹤算法移植到嵌入式設(shè)備中，實現(xiàn)了邊緣計算，提高了智能分析和自動跟蹤的響應(yīng)時間和準(zhǔn)確性。

在多家機(jī)場項目中，熱成像預(yù)警與自動跟蹤系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對靠近圍界、非法入侵行為進(jìn)行準(zhǔn)確有效的預(yù)警，并自動聯(lián)動云臺跳轉(zhuǎn)到目標(biāo)所在位置，并開啟自動跟蹤目標(biāo)功能。

該系統(tǒng)具備基于3D的智能分析算法，能夠區(qū)分不同距離下的人和小動物，能夠有效地過濾惡劣天氣（大風(fēng)，大雨，大霧天氣等）、小動物（飛鳥，小動物等）等因素的干擾，尚未發(fā)現(xiàn)漏報，誤報率低。

熱成像鏡頭和彩色可見光鏡頭組合使用，夜視效果很好，能夠大大提升夜間和低能見度天氣條件下的監(jiān)控效果。圖9—圖11為熱成像入侵預(yù)警、振動光纖入侵報警和電子地圖顯示入侵防區(qū)的效果截圖。

6? 結(jié)? 論

本課題研究符合《中國民用航空發(fā)展第十三個五年規(guī)劃》、MH/T7003-2017《民用運輸機(jī)場安全保衛(wèi)設(shè)施》等國家、行業(yè)的規(guī)劃。

實踐證明，熱成像預(yù)警與自動跟蹤系統(tǒng)可以準(zhǔn)確分析活動目標(biāo)入侵行為，對入侵虛擬圍界的行為進(jìn)行提前預(yù)警，為安保工作人員爭取了響應(yīng)處置時間。熱成像預(yù)警與自動跟蹤系統(tǒng)與常規(guī)入侵報警系統(tǒng)結(jié)合，能夠形成預(yù)警、報警、自動跟蹤三層防護(hù)，可大大提升安保威懾力、報警準(zhǔn)確性和處置效果，提高圍界安全。

參考文獻(xiàn)：

[1] GB 50348-2018，安全防范工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) [S].北京：中國計劃出版社，2018.

[2] MH/T 7003-2017，民用運輸機(jī)場安全保衛(wèi)設(shè)施 [S].北京：中國民用航空局，2017.

[3] GB/T 36546-2018，入侵和緊急報警系統(tǒng) 告警裝置技術(shù)要求 [S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2018.

[4] GB 50394-2007，入侵報警系統(tǒng)工程設(shè)計規(guī)范 [S].北京：中國計劃出版社，2007.

[5] GA/T 367-2001，視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)要求 [S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2001.

作者簡介：黎永志（1980.08-），男，漢族，廣東佛山人，碩士研究生，民航事業(yè)部總經(jīng)理，工程師，有10多年電子信息、軟件研發(fā)經(jīng)驗和民航行業(yè)應(yīng)用研發(fā)經(jīng)驗，研究方向：電子工程;張焱輝（1984.08-），男，漢族，廣東梅州人，本科，產(chǎn)品經(jīng)理，助理工程師，研究方向：通信工程。