航站樓安防監控系統前端設計及視野分析

鄭國海

(中國電子工程設計院有限公司民航設計所，廣州 510230)

0 引言

近年來，民用航空發展迅猛，國內各大機場旅客吞吐量增長迅速，對于機場安全保衛工作也帶來了前所未有的挑戰。航站樓作為機場主體功能建筑，用于實現旅客從陸側交通到空側飛行器之間交通換乘，具有建筑規模龐大、人流密集且結構功能復雜的特點。因此，針對航站樓安全防范系統的設計是機場安防設計的重中之重。

航站樓視頻監控系統作為航站樓安防的重要組成部分，其設計應基于航站樓物理安防進行設計，并符合航站樓內安防管理相關程序。主流的研究方向，一個是視頻監控系統方面的研究，如整體上探討民航機場基于數字視頻監控系統典型設計方案[1]，視頻監控系統與門禁系統的聯動等[2]；另一個是利用視頻監控系統獲取到的圖像進行應用研究，包括基于小波變換算法進行面部特征提取的面部識別技術[3]，利用視頻分析算法進行客流監控預警[4-5]、旅客異常行為研究等[6-7]。但是對于如何根據航站樓具體應用場景進行攝像頭布置以及如何獲得滿足要求的視野的研究較少。

本文分析了航站樓防護目標及其面臨的主要威脅，并結合航站樓內區域劃分給出上述威脅在航站樓發生的主要區域及地點，進而給出攝像頭設置的主要位置。參考行業常規做法及經驗，給出不同等級安防區域所要求的圖像質量量化指標，最后綜合攝像機焦距、安裝距離、安裝高度及安裝角度等因素進行視野分析，從而得出滿足要求的視野。

1 航站樓主要防護目標及威脅

航站樓內視頻監控系統的設置包含多個方面功能，包括通過攝像頭在重要地點的設置對潛在的安防威脅進行威懾，減少安防事件的發生；在監控過程中，視頻監控系統后臺通過對攝像頭前端視頻信號分析，對正在發生的威脅進行告警；在安防事件/事故發生后，通過視頻回放進行事后追溯；同時也為公安及其他執法部門辦案提供相關違法犯罪證據。

在進行系統前端設計之前需明確航站樓內及其周邊重點防護目標以及航站樓面臨的主要安防威脅。前端點位的設置應滿足對航站樓內重點防護目標的覆蓋要求。重點防護目標包括：航站樓內旅客及工作人員的人身安全，航站樓以及與之連接的飛行器運行安全，旅客隨身行李、航站樓重要設備資產安全等。

航站樓面臨的威脅包括損害機場設施、擾亂機場運行、影響旅客及機場工作人員人身安全的具體行為。根據威脅產生的后果嚴重程度，安防威脅形式如表1所示。

航站樓遭受的主要威脅形式 表1

上述威脅中，空防安全威脅及公共安全威脅是航站樓視頻監控系統以至機場安防需重點考慮的威脅。

2 航站樓重點防護區域

針對航站樓需要防護目標以及所遭受的主要安防威脅，需進一步確定上述威脅容易發生的地點，以確定重點防護區域及攝像頭需覆蓋的區域。

依照旅客進出港流程以及航站樓功能，航站樓及其周邊區域可劃分為：與航站樓毗鄰的陸側交通以及車道邊、公共活動區(含安檢大廳、值機大廳、到達大廳等)、值機柜臺區、商鋪、控制區外辦公區、安檢工作區(含旅客安檢區、返流通道、工作人員安檢區、貨物安檢區)、機場控制區(含候機隔離區、到達行李提取大廳、行李分檢裝卸區、貨物存放區等)、隔離區內辦公區、核心設備區、免稅店、與航站樓相鄰的空側服務車道等。其中，工作區、商鋪、辦公區、設備區等既可設置于控制區內，也可以設置于控制區外。這些區域的設置取決于航站樓功能要求。

為應對空防安全威脅及公共安全威脅，航站樓應設置多級防范，旅客從陸側至空側的出港流程應為安防等級逐次遞增的過程。常規來說，航站樓應建立三道安全防范紅線。

(1)防爆安全線：機場防爆檢查可設置于安檢工作區，當機場所處環境為高風險等級或當安保升級時，防爆檢查前移至航站樓陸側出入口。防爆安全線上采取的防爆檢查措施用于將炸彈等可用于恐怖襲擊的危險品阻擋在航站樓旅客聚集區之外。該紅線也是視頻監控實施人臉識別的重要卡口。

(2)控制區紅線：該紅線為以安檢工作區為界，向機場物理圍界延伸的空陸側隔離線。經過安檢的旅客及工作人員應被認為沒有可用于威脅機場運行安全的武器；安防紅線上的所有安檢通道、返流通道、疏散通道、檢修通道應為安防重點區域。對該條線上各通道的監控是視頻監控系統考慮的重點。

(3)空陸側隔離紅線：該紅線為航站樓進出空側的出入口，未經授權進入空側航空器運行區域的人員將對機場安防產生重大的影響。在該紅線上，航站樓與登機廊橋之間的出入口、航站樓及登機廊橋與站坪之間的出入口(含登機廊橋固定端及活動端通道、消防疏散口、檢修維護通道、遠機位登機口)應是安防重點考慮區域。

對于托運行李流程(類似于旅客進出港流程)，托運行李的交付、安檢、存儲、傳輸、裝載及卸載過程全程均需設置視頻監控，防止任何人將未經檢查的物品繞過安全檢查直接放入旅客托運行李。

考慮航站樓內重要設備機房以及控制中心對航站樓乃至機場的安全運行起著至關重要的作用，對于上述區域的防盜、非授權入侵、違規操作也是視頻監控的重點。航站樓內可能設置的重要設備機房包括信息機房、中心電房、暖通送回風機房以及給水用房等，重要控制中心包括航站樓運控中心、安全保衛指揮中心、安檢監控中心、消防控制中心、樓宇控制中心、廣播室等。

基于上述分析，視頻監控系統攝像頭的設置應滿足對航站樓內重點監控區域的覆蓋要求。

對于可能對航站樓空防安全及公共安全產生重大影響的區域應設置高質量視頻監控，用于確定可疑人員身份，并確定可疑人員在安防紅線上卡口出現的時間，結合其他區域視頻監控確定可疑人員活動狀況及行動軌跡。對于重點區域應靜態持續覆蓋，有條件的情況下可設置多重覆蓋。圖像應能清晰反映人的臉部正面特征，圖像清晰度可滿足人臉特征識別的要求。這些區域包括但不限于：(1)防爆安全線上的卡口：航站樓出入口；(2)控制區紅線上的卡口：安檢驗證臺、安檢門、返流通道、連通空側和陸側的檢修通道、疏散通道、燃料通道、綜合管廊等的出入口等；(3)空陸側隔離紅線上的卡口：登機口、到達口、登機廊橋出入口、活動端、側梯門等；(4)核心設備區、控制中心等要害部位出入口；(5)值機柜臺、大件行李托運柜臺；(6)小件行李寄存處；(7)電梯轎廂。

對于控制區紅線附近的其他重點區域，以及其他一定程度影響空防安全以及公共安全的區域，應對該區域內的人員活動及行動軌跡進行監控，以利于航站樓整體安防態勢的控制。對于上述重要區域應實施靜態持續全覆蓋視頻監控，圖像應清晰可辨，圖像質量應能滿足對監控范圍內人員基本特征進行識別的要求。這些區域包括但不限于：(1)航站樓前人行道、車道邊(車牌識別)；(2)航站樓內公共活動區、電梯口、衛生間門前；(3)托運行李的交付、安檢、存儲、傳輸、裝載及卸載涉及到的區域；(4)行李開包檢查區域；(5)可以俯視航空器活動區、安檢工作現場的陸側區域；(6)重要工作區域和與公共區域的隔離設施；(7)自動扶梯。

對于對航站樓安防可能產生一定影響的區域，該區域內可能發生一般安防事件的區域，但不影響航站樓整體安防態勢的，如候機隔離區等。對于該類型區域的監控圖像質量應能夠對人員進行辨識，可采用靜態全覆蓋視頻監控，也可設置球機實施動態全覆蓋。

對于其他區域，視頻監控系統的設置應能夠檢測人員活動。此外，對于安防外其他監控目的的視頻監控，其攝像頭的設置應根據具體需求酌情考慮，但不建議與安防重點區域的視頻監控攝像頭共用。不同監控目的包括：(1)運行狀態監控：如火情監控、登機橋靠橋撤橋過程；(2)商業分析：如商業熱點、客流統計、VIP候機室定制化服務、商鋪收銀、貨柜防盜。

3 攝像頭視野分析

對攝像頭視野進行分析需根據可供安裝攝像頭的環境，結合攝像頭需覆蓋區域的圖像質量要求、俯仰角度、覆蓋區域寬度、安裝位置與監控目標的距離、安裝高度、可供選擇的攝像頭圖像傳感器尺寸、攝像頭分辨率及鏡頭焦距等進行綜合分析。

3.1 視頻圖像質量量化分析

為實現針對航站樓內不同區域的安防監控視頻圖像質量要求，根據現有主流安防廠商產品及航站樓視頻監控系統設計經驗，視頻監控系統的視頻圖像質量可以量化為五類。

(1)人臉特征識別：圖片的質量和細節能夠從法律意義上證明某人的身份“毋庸置疑”。常見的技術手段為“人臉識別”，該級別圖像能夠基于人的臉部特征信息進行身份識別。依照國際行業做法，當視頻圖像質量達到400 px/m 即可進行人臉識別，而當監控環境不良時視頻圖像質量需要達到500 px/m。不良監控環境包括照明不足，人員、物體和車輛高速行駛等因素。而依照國內規范要求，用于人臉識別的圖像兩眼之間需至少30 px/m，考慮成人瞳間距為58～64mm，用于人臉識別約為500 px/m。

(2)基本特征識別：傳統上身份識別是以法院可接受的方式識別一個人的能力。考慮把整個人都包含在圖像中時，識別并不僅僅基于人的面部，還包括整個人的體態、服飾以及行為特征。考慮特征識別時，圖像質量需達到180px/m。

(3)辨識：該級別圖像的質量達不到人體特征識別的要求，但綜合圖像中反映的細節以人的行為習慣以及圍繞事件的一些活動，監視人員能夠識別其熟悉的某人，或者確定某人是一張不熟悉的面孔。針對該級別圖像質量要求達到80px/m。

(4)檢測：當發生安防事件時，監視者將能夠從畫面中確認特定人員是否在場。對于畫面中存在的特定人員的檢測，不需要看清人臉。針對該級別圖像質量要求達到40px/m。

(5)監視：基于該質量的視頻圖像可用于觀察交通流量或人的移動，不需要識別單個數據流運動。針對該級別圖像質量要求達到16px/m。

3.2 攝像頭安裝要求

攝像機安裝位置應確保攝像機自身不受破壞，根據具體安裝環境選擇天花安裝、墻面安裝或支架安裝。安裝位置應與航站樓內裝修相協調，避免影響整體美觀。攝像機應避免直射室外，同時遠離照明燈具，盡量減少人工照明產生的眩光。選擇安裝位置時應注意與門、柱、梁的關系，同時選擇合適高度，避免固定障礙物及移動障礙物對攝像機視野的遮擋。

當在值機廳等大空間安裝時，由于沒有可依附的墻體，可結合廣告屏、航顯屏、標識牌、值機島、幕墻龍骨、物理隔斷支撐桿及問詢臺等安裝，或在不影響車流、人流以及監控目標要求的前提下單獨采用支架安裝。

3.3 傳感器及其分辨率的選擇

目前圖像傳感器有兩種，CCD(電荷耦合)元件和CMOS(互補金屬氧化物導體)元件，其中主流傳感器為CMOS，下文以16∶9畫幅比例的CMOS傳感器進行分析。

由于航站樓對于視頻圖像質量的要求通常在辨識及以上，通常采用1080p及以上分辨率攝像頭。分辨率的選擇主要考慮監控場景對圖像質量的要求以及所監控場景寬度，傳感器水平像素數應按式(1)計算：

ρ=Pw/W

(1)

式中，Pw為所選傳感器的水平像素數，單位為像素，px；W為攝像頭所監控場景寬度，m；ρ為目標視野單位長度像素密度，px/m。

基于式(1)，可得出不同分辨率傳感器在滿足特定圖像質量級別(即目標像素密度)情況下所能監控的場景寬度，如表2所示。

常規分辨率傳感器視野寬度 表2

由于安裝條件限制無法對特定區域需采用多個1 080p攝像機進行綜合覆蓋時，可采用4K及以上超高清攝像機替換多個1 080p攝像機，而不降低對特定區域覆蓋的圖像質量要求。但選擇超高清攝像頭時，應注意超高清攝像頭對于光照條件的更高要求。

3.4 安裝距離及高度的確定

攝像頭安裝距離及安裝高度需根據室內建筑布局及層高確定。攝像機安裝距離及安裝高度應滿足式(2)要求：

(2)

式中，L為攝像頭安裝位置與視頻采集對象之間的距離，m；A為光軸與水平線俯仰角度，°(當圖像用于人臉識別時，俯仰角度宜在0～10°，應≤18°)；H1為攝像機安裝高度，m(航站樓內攝像機室內安裝高度應≥2.0m，室外安裝高度應≥3.5m)；H2為監控目標高度，m(航站樓環境旅客及工作人員平均身高取1.7m，針對安檢機進出口高度取0.8m)。

3.5 攝像頭焦距的確定

根據式(3)確定攝像頭焦距：

(3)

式中，f為攝像頭焦距，mm；w為攝像頭圖像傳感器靶面實測寬度，mm；W為采集圖像周圍區域視野空間水平實測寬度，m。

3.6 以安檢通道為例進行視野分析

下面以航站樓常見安檢通道為場景進行視野分析，在進行分析之前，需對安檢通道場景進行分析。

安檢通道用于為旅客提供手提行李及人身安檢，安檢通道通常為狹長形通道，其照明通常>300lx， 具有較好的照明條件。依據相關規范，安檢通道需要監控的場景、監控目的以及各場景對于視頻圖像質量要求如表3所示。

典型安檢通道攝像機視野要求 表3

由于監控場所為固定狹長型，應選擇固定槍式攝像頭用于安檢通道的監控，鏡頭選擇固定焦距鏡頭。CMOS傳感器尺寸采用主流16∶9畫幅1/3″尺寸，分辨率為1 080P，其對應的傳感器靶面寬度w為5.38mm。同時由于安檢通道大多采用隔斷與旅客公共區及隔離候機區進行隔離，攝像頭安裝條件有限，通常結合隔斷采用支架安裝。考慮安檢通道為人員密集場所，應特別注意前方排隊旅客對安檢監控區域攝像頭視野的遮擋，攝像頭安裝高度不能過低。采用IP Video System Design Tool視頻監控系統分析軟件進行分析。

根據安檢通道安裝條件、所需覆蓋視野寬度，運用上述式(1)～(3)，可得出對于監控目標的像素密度、安裝俯仰角度及焦距，如表4所示。

攝像頭安裝要求及參數選擇 表4

通過上述分析，各攝像頭滿足視野覆蓋要求，攝像頭1和5滿足對于旅客人臉特征辨識的要求，攝像頭2～4滿足對于進出安檢機傳送帶物品及開包臺開包細節的監控要求。

4 結束語