Discussion on the Design of Intelligent Periphery Security System for Airport Flight Zone

邱冬莉 / 魏 旗

(中國航空規劃設計研究總院有限公司，北京 100120)

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Discussion on the Design of Intelligent Periphery Security System for Airport Flight Zone

機場飛行區智能周界安防系統設計探討

邱冬莉 / 魏 旗

(中國航空規劃設計研究總院有限公司，北京 100120)

The fence security system design scheme of a domestic airport is analyzed, and the structure and application of the new intelligent fence security system are introduced. The subsystems of intelligent fence security system are mainly elaborated, what include the vibration of intrusion detection system based on the sensor network, radar video surveillance system (RVS), video monitoring system and broadcasting system. Through the network integration of the subsystems, the goal of the airfield fence intelligent monitoring is achieved.

periphery security of airport flight zone, internet of things, radar detection for moving target, intelligent

0 引言

一直以來，民航機場的安全防范主要分為航站區安防監控系統和飛行區周界安防系統兩部分。隨著民航機場吞吐量的增加和起降飛機等級的增大，機場跑道和機坪的面積也逐漸擴大，為保證機場空防和地面人員的安全，飛行區周界安防系統作為第一道防線，作用十分重要。

傳統的周界安防主要包括紅外對射、脈沖電子、泄露電纜及振動光纜(電纜)等技術，但這些傳統技術普遍存在誤報率較高、安全性差、環境適應性弱等缺點，隨著現代計算機技術、通信技術的快速發展及物聯網概念的問世，使得多元化、智能化的周界安防系統應運而生，這種系統采用多技術協同探測、融合算法、可根據氣象數據智能分析、結合視頻聯動、廣播報警等，功能豐富、可靠性強，已經在國內外多個大型機場得到了驗證。本文以國內某國際機場為例，對飛行區智能周界安防系統進行分析探討。

1 機場飛行區智能周界安防系統設計

1.1 系統總體方案

飛行區智能周界安防系統采用現代多媒體技術及數字化監控技術，形成先進的數字化、智能化、網絡化周界安防系統，通過統一的通信網絡平臺和管理軟件將中央監控室設備與各子系統設備聯網，實現由監控中心對全系統進行信息集成的自動化管理。子系統包括基于物聯網的MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微機電系統)振動入侵報警系統、移動目標雷達探測及熱成像掃描系統、視頻監控系統及廣播報警系統。飛行區智能周界安防系統框架圖如圖1所示。

圖1 飛行區智能周界安防系統框架圖

根據不同飛行區域的地理環境和人員行動特點，采用多種檢測手段和復合技術實現安防監控應用。環境復雜的航站樓、貨運庫、維修機庫圍界較為曲折多變，容易受車輛、人員影響，入侵防御以點防為主，需選用成本低、靈敏度及精度高、智能化集成的MEMS振動探測系統結構，在金屬圍界和部分實體墻上安裝圍欄探測器和磚墻探測器。在空曠的跑道圍界區域，防護區廣闊平坦，可選用移動目標探測雷達、該設備可靠性高，能夠有效減少工作人員排查設備故障次數的移動目標探測雷達。飛行區圍界上按一定距離安裝日夜轉換固定式數字彩色攝像機和日夜轉一體化球型彩色攝像機，在雷達附近安裝熱成像及超視距彩色攝像機對入侵目標進行跟蹤。沿著圍界布置廣播揚聲器，實時語音告警。通過四個系統的集成達到實時監控不法分子的入侵，及時警告進入周界附近的人員，以避免造成對機場內設施的破壞和對人員的傷害。

1.2 系統設計

1)MEMS振動入侵報警系統

圖2 MEMS振動入侵報警系統框圖

基于物聯網技術的MEMS振動入侵報警系統(見圖2)主要包括前端探測和后臺服務器兩部分。其中，多個部署在圍界上的前端探測器連接到一個區域融合控制器，后者通過以太網連接到后臺服務器，氣象采集設備同樣通過以太網連接到后臺服務器。系統后臺服務器具有接收前端探測器的報警數據和氣象數據、分析設備的故障信息、對報警數據和氣象信息等數據進行融合、判斷是否報警并給出報警結果等功能。采用物聯網技術，能夠將機場基礎設施和IP網絡設施結合起來管理，一方面是機場、道路和建筑物的安防需求，一方面是數據中心和網絡的應用，兩者的結合不僅節省了人工成本，也促進了機場管理邁向智能化。

前端探測分為安裝在圍欄上的圍欄探測器(安裝示意圖見圖3)和安裝在墻磚上的磚墻探測器(安裝示意圖見圖4)。探測器使用MEMS傳感器采集和識別圍界振動信號。與傳統的傳感器相比，采用微電子和微機械加工技術制造出來的MEMS傳感器具有體積小、重量輕、成本低、功耗低、可靠性高、易于集成和實現智能化的特點。將探測器安裝在每個圍欄立柱上，入侵報警定位精度可達3m。每個探測器都是獨立的報警單元，所有報警單元組成全圍界振動狀態的實時狀態監控系統。當某個探測器內部發生故障時，不會導致總線故障，且節點故障狀態會在后臺軟件及時更新。當線纜短路時系統會發出防區故障報警信號，通信線纜被剪斷時，系統可精確定位線纜被破壞點。前端探測器的這些特征節約了機場復雜區域圍界安防的成本，提高了精度，具有較高性價比。

圖3 圍欄探測器安裝示意圖

圖4 墻磚探測器安裝示意圖

在后臺服務器上運行的防入侵智能報警軟件，能夠接收到前端探測器數據并輸出報警結果。系統軟件采用智能區域融合算法，通過接收和處理所有探測器的現場信息數據，最大限度排除飛行區周邊車輛振動、無意觸碰等干擾。為了有效減少機場附近極端天氣帶來的干擾，探測器利用空間和時間算法融合區域內探測器數據，同時還借助風速、風向等傳感器感知的數據進行數據融合，自動調整報警檢測的特征參數。

2)移動目標雷達探測及熱成像掃描系統

移動目標雷達探測及熱成像掃描系統由系統服務器和前端雷達組成。系統服務器接收到雷達的報警信號，經過處理后直接發送命令給熱成像及超視距彩色攝像機，對可疑目標進行實時跟蹤。移動目標雷達安裝示意圖見圖5。

圖5 移動目標雷達安裝示意圖

移動目標雷達探測系統采用RVS(Radar Video Surveillance，雷達視頻監控)技術，對人員有效探測距離為1 000m，對車輛的有效探測距離為1 454m。機場飛行區跑道的空曠圍界長度約為5 500m，根據有效探測距離，平均布置3臺雷達即可進行有效防范。該雷達工作頻段為76～77GHz，屬毫米波雷達，發射功率最大為15mW，掃描頻率216°/s，最小安全距離為0.36m。經有關機場使用部門測試，該雷達設備在運行期間對機場盲降系統、航班正常起降和空管通訊沒有影響。

RVS技術采用掃描式探測，其覆蓋的范圍能同時探測≥10個的入侵目標，且雷達覆蓋范圍內的10個入侵目標可連續、不間斷、不干擾地進行追蹤顯示。雷達覆蓋范圍內的攝像機除了能進行基本的復核外，還能對入侵者入侵后的軌跡進行連續式追蹤，或者多目標間的切換追蹤。用戶可以選擇主要追蹤目標，但是隨著攝像機對主要目標進行追蹤的同時，其他入侵目標不會因攝像機的數量問題而在地圖上丟失目標。

機場飛行區空曠區域面積廣，距離機場安防管理監控中心較遠，天氣變幻多樣，采用高性能、高分辨率、極低誤報率(24h內僅有一次誤報)的雷達探測技術，可大大減少管理人員排查故障的工作量，而且其準確性不會因為天氣、光照或是其他環境因素的改變而變化；也不受小動物引發的虛假警報影響，能夠定位和跟蹤圍欄外闖入者，并且可識別其攀越圍欄；當中間沒有阻擋物時，該雷達還能探測相鄰陸域或水域的情況。

3)安防視頻監控系統

入侵報警系統需要與視頻進行聯動，在報警發生時自動切換報警防區的視頻監控圖像，并顯示在大屏幕上，進行報警后的視頻復核。因此在機場飛行區圍界的圍欄和圍墻處每隔約100m設置一臺720P日夜轉換固定式數字彩色攝像機，采用追尾跟蹤和入侵報警聯動控制對企圖跨越周界圍欄或圍墻的行為進行監控；利用照明燈光補光達到24h實時監控的功能，每隔約500m設置1080P日夜轉一體化球型彩色攝像機一臺，用于對闖入者的繼續跟蹤；在機場飛行區隨雷達設置熱成像及超視距彩色攝像機，攝像機可通過雷達控制跟蹤入侵目標，實現實時監控。

前端數字攝像機通過光纖網絡將視頻信息傳輸至機場安防監控中心進行視頻顯示和處理。由于使用IP攝像機，數字視頻信號無需編碼和解碼，可直接傳輸至視頻服務器，如發生非法入侵，安防監控中心屏幕上會顯示報警圖像，同時聯動前端帶云臺攝像機轉到相應報警預置位，并在安防監控中心電視墻上顯示。安防視頻監控系統框圖見圖6。

圖6 安防視頻監控系統框圖

4)廣播報警系統

廣播報警系統的主要作用是對入侵行為進行阻止，機場圍界的廣播同時具有信息發布及廣播講話等功能。根據機場圍界每個區域不同內容的播放要求，系統采用IP數字智能音頻廣播系統，在地形復雜多變的建筑物空側，每隔100m背靠背安裝兩臺40W室外防水號角揚聲器；在空曠的跑道圍界區域設置3臺600W高音室外號角揚聲器，安裝在雷達附近，可隨熱成像攝像機轉動。

當確認有人正在非法進入禁區時，安防報警處理系統通過協議聯動廣播系統，告知廣播系統報警防區信息。廣播系統主機自動打開報警語音，將語音或人工廣播通過音頻網絡適配器傳輸至報警分區現場。同時控制打開相關區域的功率放大器和分區控制器進行自動廣播，播報內容為事先錄制好的警示語。當報警事件處理完后，可通過圍界報警管理主機在管理中心手動關閉廣播。

如果沒有報警，視頻監控彈出可疑現象，中控室可通過廣播管理主機，手動打開防區廣播及相應的揚聲器通路，并由中央控制室內人員通過話筒對外直接喊話。

2 結束語

本文所設計的安防系統環境適應性強，適合在極端天氣較多的地區使用；相比較傳統技術而言，可靠性強、誤報率低、防入侵效果明顯；系統采用雷達技術，實時性高，能夠減輕圍界巡邏壓力，提高防御和抓捕效率；系統后端采用統一通信網絡系統，采用數字化、集成化管理，簡化系統結構，便于排查問題，實現智能化聯動控制；系統安裝簡單、維護方便，日常巡檢人員即可完成維護工作。

無論從全球發展趨勢還是我國經濟結構轉型的角度出發，我國經濟社會對民航機場的需求都處于上升時期，因此，我國有著巨大的飛行區周界安防市場，隨著通信技術和微電子技術的成熟，新一代的飛行區周界安防系統使得設備間能夠直接通信、交互、協作，安全防范更加全面，必定會得到大規模的推廣和應用。未來的飛行區周界安防，將會朝著網絡化、數字化、智能化及多種手段相結合的方向發展，把周界安防系統提高到一個新的水平。

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Qiu Dongli / Wei Qi

通過對國內某機場飛行區周界安防系統設計方案的分析，闡述了新一代智能化周界安防系統的構成及應用。重點分析了該智能化周界安防系統組成的各子系統，包括基于物聯網的MEMS振動入侵報警系統、移動目標雷達探測及熱成像掃描系統、安防視頻監控系統及廣播報警系統。通過各子系統的網絡融合，實現了飛行區周界智能化監控的目標。

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