多目標雷達、視頻融合技術與人工智能在周界安防系統中的應用

楊茜 張西平 張在吉 張軍科

摘要：近幾年，“平安城市”“雪亮工程”、“智慧磐石”等一系列重大工程項目的開展，周界安防預警系統的需求越來越迫切。隨著信息化技術的飛速發展和多媒體手段的不斷演進，傳統的監控方式已不能滿足日常管控的需要。為解決傳統周界安防誤報率高、受天氣光線影響大、易翻越等難題，將多目標雷達與云臺攝像機通過人工智能AI算法進行戰略性組合，完美融合了雷達技術的主動探測性、高靈敏度與視頻的可視性，極大的提升了該系統在復雜環境下的檢測率。

關鍵詞：周界安防;多目標雷達;視頻融合;人工智能

1 引言

常說的周界安全防范系統有三防：“人防、物防、技防”。傳統的“人防”是指在安全防范工作中人的自然能力的展現。物防是指用于安全防范目的、能延遲風險事件發生的各種實體手段。技防是指利用各種電子信息設備組成系統和網絡以提高探測、延遲、反應能力和防護功能的安全防范手段。對于目前現有的監控技術，單一的周界安防預警系統都各有其優點及缺點，一個完善的安全防范系統不是依靠一個技術防范可以解決的。所以多維數據融合勢在必行。本文提出雷球聯動一體化預警系統，該系統集雷達偵測、視頻監控、多媒體融合、圖像識別、人工智能AI算法、網絡傳輸、遠程集中控制等多項技術于一體，形成了一套高效穩定的監視控制體系。

2 多維融合的周界安防預警系統的三大核心

2.1 第一大核心 多目標調頻連續波雷達

該雷達采用鋸齒波調頻連續波體質，功耗低、抗干擾能力強，主要應用于安全設施、邊境防控等應用場景，對無人值守地區的多個目標進行探測、識別、信息反饋。

其中， 為目標距離產生的回波頻率， 為目標運動產生的多普勒頻率。

算法方面采用了先進的DSP跟蹤算法，包括多普勒信號的強度匹配、比相和混疊排序等算法，其獨特的多目標跟蹤算法，實現了雷達對多目標進行測速、測距、測方位角的主要功能。

2.2 第二大核心 多目標雷達與高速球形云臺攝像機的視頻融合

高速球形攝像機的發展越來越快，它以獨特的功能即360度旋轉功能、安裝簡便、高集成化、高智能化等特點，成為周界安防監控領域的寵兒。將其與多目標調頻連續波雷達強強聯合，得出了更強大的多維融合系統——“雷球聯動”系統。

該系統由多目標調頻連續波雷達作為主導，將雷達與球機的數據的進行融合，根據多目標雷達實時提供的多個目標的坐標信息、角度信息、速度信息等，反饋給AI人工智能管理系統，將多目標雷達獲取到的目標空間/地理位置數據與遠距離球機轉動角度、鏡頭焦距進行聯動，實現對該空間、地理位置的場景圖像進行實時復核，并對目標進行連續監視和特征識別。這樣球機可以在第一時間捕捉被探測目標并對其進行跟蹤鎖定，實現雷達球機聯動。

2.3 第三大核心 AI人工智能算法

為了實現對多維數據的融合，就需要一個功能強大的AI人工智能算法。多目標雷達通過多普勒偏移的原理可以實現對目標的探測，受光照和天氣因素影響較小，精度高，但難以識別人、車等入侵目標的特征元素。高速球形攝像機可以實現對車輛行人的目標特征元素的識別，但是容易受光照天氣等因素的影響。所以AI人工智能的作用就是收集多目標雷達對觀測目標的數據，然后對各傳感器的輸出數據進行特征提取與模式識別處理，并把目標按類別進行準確關聯，利用融合算法將同一目標的所有傳感器數據進行融合。

融合算法包括空間、時間的融合和同步。

●空間融合：由于各個傳感器系統都擁有自己的坐標系系統。多目標雷達是雷達XYZ坐標系，球形攝像機是攝像機PTZ坐標系，架設系統時需要參考的三維世界坐標系，以及生成融合圖像的像素坐標系。AI智能算法就是要將這四大坐標系數據進行空間融合。“一次融合”首先根據雷達與球機架設的實際位置信息，參考三維世界坐標系，融合雷達XYZ坐標系，得到實際的目標方位坐標;“二次融合”是把得到的實際目標方位坐標系與攝像機PTZ坐標系融合，即可得到目標的PTZ坐標，用來控制球機對目標的鎖定跟蹤;由于終端平臺需要把抽象的三維信息轉化為視覺圖像顯示出來，所以“三次融合”是把實際的目標方位坐標與圖像的像素坐標系進行融合，完成空間上多目標雷達監測目標匹配至視覺圖像。并在此基礎上，將檢測到的目標運動狀態的信息進行輸出跟蹤。

●時間融合：由于多目標雷達的采樣率和球形攝像機的采樣率不一致，所以在時間上同步采集數據，實現時間融合。時間融合相較于空間融合簡單一些。根據多目標雷達的工作手冊上獲得雷達的采樣周期，得出雷達的采樣幀速率，再根據球形攝像機的采樣幀速率，最終結合整個系統中的算法延遲時間，從而保證多目標雷達數據和攝像機數據時間上的同步。

3 系統方案

各站點前端設備包括多目標雷達及自身防護球機，外加室外立桿及含AI人工智能算法的服務器，構成了前端安防系統。再借助光纖通訊或衛星通訊方式，將前端數據和視頻傳至雷球聯動綜合管理平臺。這樣即可在監控中心直觀的監視各個站點的實時畫面及報警信息。

4 結束語

“靈敏的耳朵”（雷達）、“雪亮的眼睛”（球機）、“聰慧的大腦”（AI人工智能），這已不僅僅是簡單的1+1+1，而是多維感知技術的融合產生的聚變。此應用系統也不僅僅局限于雷達和球機的融合，借助AI人工智能算法下的綜合管理平臺服務器，還可以在系統中增加其他先進的周界安防技術，例如：聲光打擊技術、電子圍欄、傳感器對射、生物電技術、無人機飛控等，均可對其進行數據的融合，使整個周界安防預警系統無懈可擊。可以預見，未來的周界安防，將是一個無人值守的全天候智能化監控、報警、打擊的全方位無盲區的“銅墻鐵壁”。為周界安防領域提供了新的技術手段，提升了周界區域及重要區域的安全管控能力。

參考文獻：

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