機場圍界入侵預警與自動跟蹤系統研究

黎永志 張焱輝

摘? 要：傳統圍界入侵技術防范都是接觸式或準接觸式的探測系統，當報警時，空防事件已經發生，留給值守人員的反應時間非常短，有時只有幾秒鐘時間，非常容易遺漏，而且傳統入侵探測手段受環境干擾嚴重，誤報高，穩定性較差。本文基于3D智能分析技術、高靈敏度熱成像技術、深度學習算法，形成預警、報警、自動跟蹤三層技術防護，可大大提升安保威懾力、報警準確性和處置效果，提高圍界安全性。

關鍵詞：民用機場;圍界入侵報警;入侵預警;自動跟蹤

中圖分類號：TP277;V351? ? ? 文獻標識碼：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

機場圍界以內是機場空側，屬于機場控制區，通過圍界安全保衛設施進行預防、阻止或延緩針對機場和航空器的非法干擾行為，提高對異常事件、突發事件的識別和處置能力，保護機場內人員及財產安全。一類、二類機場圍界應設置入侵報警系統和視頻監控系統，三類機場圍界宜設置入侵報警系統和視頻監控系統。[1]系統應能對物理圍界形成完整的覆蓋，能對目標進行分類，對入侵行為作出判斷;應能在機場飛行和安全照明的環境下工作，并應滿足全天候運行的要求。[2]

在實際圍界安全保衛工作中發現，對于接觸式或準接觸式的探測系統，當報警時，空防事件已經發生，留給值守人員的反應時間非常短[3]，非常容易遺漏，而且受環境干擾嚴重，誤報高，穩定性較差。而非接觸跨越圍界進行入侵，傳統圍界入侵報警系統無法發現，形成了安全漏洞[4]。

本文基于3D智能分析技術、高靈敏度熱成像技術、在機場飛行區圍界外5米設置虛擬圍界，對靠近圍界人員進行主動探測，對進入預警區的人員進行預警;通過深度學習算法，對入侵人員進行自動跟蹤，掌握其活動軌跡。結合傳統圍界入侵技術防范系統，可以形成預警、報警、自動跟蹤三層技術防護，大大提升安保威懾力、報警準確性和處置效果，提高機場圍界安全性。

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，即在近端設置一次對象的大小，在遠端也設置一次對象的大小，使用這些矩形作為參考對象的大小，由系統判定對象的大小是否與當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，則軟件算法不觸發事件）。這種情況下，智能分析算法得出來的結果更加準確。

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量和尺寸是不同的，通過此原理構建視頻畫面中的坐標體系，在不同距離情況下區分目標大小，從而區分人和小動物，減少目標檢測（例如：鳥類或小型野生動物的移動）中誤報的觸發。以某倉庫的屋頂平臺的監控為例（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警報，然而換作是一只鳥就不會觸發報警（如圖2所示），在防區旁邊的人也不會不被發現。

基于3D的智能分析算法，根據現場圖像畫面進行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量。有效濾除戶外各種環境干擾（下雨、下雪、樹木、大風、立桿搖晃），可靠地檢測運動物體，并能區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）的任何物體均會發出紅外輻射。

熱成像探測器合理利用了所有事物均能散發熱量的原理，即使夜間也能發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充照明的條件下，完全依賴可見光進行偵測的監控攝像機似乎顯得蒼白無力。

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，發現霧色中行走的人員，這是使用標準可見光攝像機力所難及的。

在大多數情況下，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的活動情況，而采用色彩對比的可見光攝像機則稍遜一籌。

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，當暴露在陽光直射情況下，使用氧化釩技術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米設置一個防區，每個防區設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控盲區，形成沿周界的無盲區全覆蓋。[5]

每臺熱成像探測器范圍設置在周界外設置兩條虛擬周界，周界圍網外5米范圍為預警區。在靠近馬路的周界，可調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，過濾環境干擾因素，經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，對入侵預警區的行為進行預警，并按照聯動預案聯動相關燈光、廣播和后臺處理。

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

4? 自動跟蹤

通過自動跟蹤深度學習算法對活動目標進行分類，過濾干擾，自動跟蹤入侵目標，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動云臺攝像機，將鏡頭角度指向入侵者并自動調整焦距，對侵入者進行大畫面特寫拍攝。

軟件算法驅動云臺攝像機自動調整PTZ，確保云臺攝像機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停止跟蹤，調轉至預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所示為入侵預警與自動跟蹤效果截圖。

5? 系統實踐

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

在多家機場項目中，熱成像預警與自動跟蹤系統能夠實現對靠近圍界、非法入侵行為進行準確有效的預警，并自動聯動云臺跳轉到目標所在位置，并開啟自動跟蹤目標功能。

該系統具備基于3D的智能分析算法，能夠區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，大雨，大霧天氣等）、小動物（飛鳥，小動物等）等因素的干擾，尚未發現漏報，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控效果。圖9—圖11為熱成像入侵預警、振動光纖入侵報警和電子地圖顯示入侵防區的效果截圖。

6? 結? 論

本課題研究符合《中國民用航空發展第十三個五年規劃》、MH/T7003-2017《民用運輸機場安全保衛設施》等國家、行業的規劃。

實踐證明，熱成像預警與自動跟蹤系統可以準確分析活動目標入侵行為，對入侵虛擬圍界的行為進行提前預警，為安保工作人員爭取了響應處置時間。熱成像預警與自動跟蹤系統與常規入侵報警系統結合，能夠形成預警、報警、自動跟蹤三層防護，可大大提升安保威懾力、報警準確性和處置效果，提高圍界安全。

參考文獻：

[1] GB 50348-2018，安全防范工程技術標準 [S].北京：中國計劃出版社，2018.

[2] MH/T 7003-2017，民用運輸機場安全保衛設施 [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 告警裝置技術要求 [S].北京：中國標準出版社，2018.

[4] GB 50394-2007，入侵報警系統工程設計規范 [S].北京：中國計劃出版社，2007.

[5] GA/T 367-2001，視頻安防監控系統技術要求 [S].北京：中國標準出版社，2001.

作者簡介：黎永志（1980.08-），男，漢族，廣東佛山人，碩士研究生，民航事業部總經理，工程師，有10多年電子信息、軟件研發經驗和民航行業應用研發經驗，研究方向：電子工程;張焱輝（1984.08-），男，漢族，廣東梅州人，本科，產品經理，助理工程師，研究方向：通信工程。