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(cè)系統(tǒng)，當(dāng)報(bào)警時(shí)，空防事件已經(jīng)發(fā)生，留給值守人員的反應(yīng)時(shí)間非常短，有時(shí)只有幾秒鐘時(shí)間，非常容易遺漏，而且傳統(tǒng)入侵探測(cè)手段受環(huán)境干擾嚴(yán)重，誤報(bào)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(bào)警、自動(dòng)跟蹤三層技術(shù)防護(hù)，可大大提升安保威懾力、報(bào)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(chǎng);圍界入侵報(bào)警;入侵預(yù)警;自動(dòng)跟蹤

中圖分類(lèi)號(hào)：TP277;V351? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(chǎng)圍界以?xún)?nèi)是機(jī)場(chǎng)空側(cè)，屬于機(jī)場(chǎng)控制區(qū)，通過(guò)圍界安全保衛(wèi)設(shè)施進(jìn)行預(yù)防、阻止或延緩針對(duì)機(jī)場(chǎng)和航空器的非法干擾行為，提高對(duì)異常事件、突發(fā)事件的識(shí)別和處置能力，保護(hù)機(jī)場(chǎng)內(nèi)人員及財(cái)產(chǎn)安全。一類(lèi)、二類(lèi)機(jī)場(chǎng)圍界應(yīng)設(shè)置入侵報(bào)警系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)，三類(lèi)機(jī)場(chǎng)圍界宜設(shè)置入侵報(bào)警系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)。[1]系統(tǒng)應(yīng)能對(duì)物理圍界形成完整的覆蓋，能對(duì)目標(biāo)進(jìn)行分類(lèi)，對(duì)入侵行為作出判斷;應(yīng)能在機(jī)場(chǎng)飛行和安全照明的環(huán)境下工作，并應(yīng)滿足全天候運(yùn)行的要求。[2]

在實(shí)際圍界安全保衛(wèi)工作中發(fā)現(xiàn)，對(duì)于接觸式或準(zhǔn)接觸式的探測(cè)系統(tǒng)，當(dāng)報(bào)警時(shí)，空防事件已經(jīng)發(fā)生，留給值守人員的反應(yīng)時(shí)間非常短[3]，非常容易遺漏，而且受環(huán)境干擾嚴(yán)重，誤報(bào)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(bào)警系統(tǒng)無(wú)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(chǎng)飛行區(qū)圍界外5米設(shè)置虛擬圍界，對(duì)靠近圍界人員進(jìn)行主動(dòng)探測(cè)，對(duì)進(jìn)入預(yù)警區(qū)的人員進(jìn)行預(yù)警;通過(guò)深度學(xué)習(xí)算法，對(duì)入侵人員進(jìn)行自動(dòng)跟蹤，掌握其活動(dòng)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(bào)警、自動(dòng)跟蹤三層技術(shù)防護(hù)，大大提升安保威懾力、報(bào)警準(zhǔn)確性和處置效果，提高機(jī)場(chǎng)圍界安全性。

1? 3D智能分析算法

3D建模的原理是在視頻畫(huà)面中繪制矩形框來(lái)指定對(duì)象的大小，即在近端設(shè)置一次對(duì)象的大小，在遠(yuǎn)端也設(shè)置一次對(duì)象的大小，使用這些矩形作為參考對(duì)象的大小，由系統(tǒng)判定對(duì)象的大小是否與當(dāng)前的位置實(shí)際上引用對(duì)象的大小相匹配。如果對(duì)象的例子是小于一個(gè)人站在那個(gè)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(lái)的結(jié)果更加準(zhǔn)確。

通過(guò)3D智能分析算法，由于視頻畫(huà)面中同一大小物體在不同距離所占像素點(diǎn)的數(shù)量和尺寸是不同的，通過(guò)此原理構(gòu)建視頻畫(huà)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(dòng)物，減少目標(biāo)檢測(cè)（例如：鳥(niǎo)類(lèi)或小型野生動(dòng)物的移動(dòng)）中誤報(bào)的觸發(fā)。以某倉(cāng)庫(kù)的屋頂平臺(tái)的監(jiān)控為例（如圖1所示），在入侵者是人的情況下，無(wú)論他們?cè)谖蓓斏夏膫€(gè)地方都會(huì)觸發(fā)警報(bào)，然而換作是一只鳥(niǎo)就不會(huì)觸發(fā)報(bào)警（如圖2所示），在防區(qū)旁邊的人也不會(huì)不被發(fā)現(xiàn)。

基于3D的智能分析算法，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)圖像畫(huà)面進(jìn)行3D建模，判斷不同尺寸物體（小動(dòng)物、人、車(chē)等）在畫(huà)面中不同距離的活動(dòng)情況，從而減少了誤報(bào)的數(shù)量。有效濾除戶(hù)外各種環(huán)境干擾（下雨、下雪、樹(shù)木、大風(fēng)、立桿搖晃），可靠地檢測(cè)運(yùn)動(dòng)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(cè)

紅外光——電磁光譜的一部分，人眼可以檢測(cè)可見(jiàn)光（或可見(jiàn)光輻射），但還存在我們看不見(jiàn)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(jiàn)紫外光和不可見(jiàn)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(jiàn)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(duì)零度（-273.15攝氏度或0開(kāi)爾文）的任何物體均會(huì)發(fā)出紅外輻射。

熱成像探測(cè)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(cè)效果。在夜間或能見(jiàn)度低，且無(wú)來(lái)自燈光和激光補(bǔ)充照明的條件下，完全依賴(lài)可見(jiàn)光進(jìn)行偵測(cè)的監(jiān)控?cái)z像機(jī)似乎顯得蒼白無(wú)力。

熱能可以穿透許多障礙物，包括煙霧、塵埃、樹(shù)葉和薄霧。使用熱成像探測(cè)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(jiàn)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(jiàn)光更高。因此，利用熱成像探測(cè)器可以探測(cè)大范圍內(nèi)的活動(dòng)情況，而采用色彩對(duì)比的可見(jiàn)光攝像機(jī)則稍遜一籌。

熱成像探測(cè)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(yáng)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(yáng)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(gè)防區(qū)，每個(gè)防區(qū)設(shè)計(jì)一臺(tái)熱成像探測(cè)器，安裝在圍界上方高于刺籠1米的立桿頂部。探測(cè)器的部署方案采用為首尾相連的追尾部署方式，確保整個(gè)周界上不存在任何監(jiān)控盲區(qū)，形成沿周界的無(wú)盲區(qū)全覆蓋。[5]

每臺(tái)熱成像探測(cè)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(chē)輛的干擾。虛擬圍界布置如圖4所示。

通過(guò)3D智能分析算法，過(guò)濾環(huán)境干擾因素，經(jīng)過(guò)智能分析處理和智能識(shí)別后，判斷出人員入侵行為和方向，對(duì)入侵預(yù)警區(qū)的行為進(jìn)行預(yù)警，并按照聯(lián)動(dòng)預(yù)案聯(lián)動(dòng)相關(guān)燈光、廣播和后臺(tái)處理。

通過(guò)算法可設(shè)置二級(jí)防區(qū)（如圖5所示），在整個(gè)檢測(cè)區(qū)域中，設(shè)置多個(gè)二級(jí)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(dòng)跟蹤

通過(guò)自動(dòng)跟蹤深度學(xué)習(xí)算法對(duì)活動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行分類(lèi)，過(guò)濾干擾，自動(dòng)跟蹤入侵目標(biāo)，記錄其活動(dòng)全過(guò)程。

在視頻分析算法有入侵行為后，由軟件算法計(jì)算出入侵者的地理位置并驅(qū)動(dòng)云臺(tái)攝像機(jī)，將鏡頭角度指向入侵者并自動(dòng)調(diào)整焦距，對(duì)侵入者進(jìn)行大畫(huà)面特寫(xiě)拍攝。

軟件算法驅(qū)動(dòng)云臺(tái)攝像機(jī)自動(dòng)調(diào)整PTZ，確保云臺(tái)攝像機(jī)一直保持自動(dòng)跟蹤入侵者，直到接收到操作人員終止跟蹤指令后云臺(tái)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(dòng)跟蹤原理圖，圖8所示為入侵預(yù)警與自動(dòng)跟蹤效果截圖。

5? 系統(tǒng)實(shí)踐

將本課題入侵檢測(cè)算法和自動(dòng)跟蹤算法移植到嵌入式設(shè)備中，實(shí)現(xiàn)了邊緣計(jì)算，提高了智能分析和自動(dòng)跟蹤的響應(yīng)時(shí)間和準(zhǔn)確性。

在多家機(jī)場(chǎng)項(xiàng)目中，熱成像預(yù)警與自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)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(dòng)聯(lián)動(dòng)云臺(tái)跳轉(zhuǎn)到目標(biāo)所在位置，并開(kāi)啟自動(dòng)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(dòng)物，能夠有效地過(guò)濾惡劣天氣（大風(fēng)，大雨，大霧天氣等）、小動(dòng)物（飛鳥(niǎo)，小動(dòng)物等）等因素的干擾，尚未發(fā)現(xiàn)漏報(bào)，誤報(bào)率低。

熱成像鏡頭和彩色可見(jiàn)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(jiàn)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(dòng)光纖入侵報(bào)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(guó)民用航空發(fā)展第十三個(gè)五年規(guī)劃》、MH/T7003-2017《民用運(yùn)輸機(jī)場(chǎng)安全保衛(wèi)設(shè)施》等國(guó)家、行業(yè)的規(guī)劃。

實(shí)踐證明，熱成像預(yù)警與自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)可以準(zhǔn)確分析活動(dòng)目標(biāo)入侵行為，對(duì)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(zhēng)取了響應(yīng)處置時(shí)間。熱成像預(yù)警與自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)與常規(guī)入侵報(bào)警系統(tǒng)結(jié)合，能夠形成預(yù)警、報(bào)警、自動(dòng)跟蹤三層防護(hù)，可大大提升安保威懾力、報(bào)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(guó)計(jì)劃出版社，2018.

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

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

[4] GB 50394-2007，入侵報(bào)警系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范 [S].北京：中國(guó)計(jì)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(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2001.

作者簡(jiǎn)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(yàn)和民航行業(yè)應(yīng)用研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，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。