机场围界入侵预警与自动跟踪系统研究

黎永志 张焱辉

摘  要：传统围界入侵技术防范都是接触式或准接触式的探测系统，当报警时，空防事件已经发生，留给值守人员的反应时间非常短，有时只有几秒钟时间，非常容易遗漏，而且传统入侵探测手段受环境干扰严重，误报高，稳定性较差。本文基于3D智能分析技术、高灵敏度热成像技术、深度学习算法，形成预警、报警、自动跟踪三层技术防护，可大大提升安保威慑力、报警准确性和处置效果，提高围界安全性。

关键词：民用机场;围界入侵报警;入侵预警;自动跟踪

中图分类号：TP277;V351      文献标识码：A 文章编号：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

机场围界以内是机场空侧，属于机场控制区，通过围界安全保卫设施进行预防、阻止或延缓针对机场和航空器的非法干扰行为，提高对异常事件、突发事件的识别和处置能力，保护机场内人员及财产安全。一类、二类机场围界应设置入侵报警系统和视频监控系统，三类机场围界宜设置入侵报警系统和视频监控系统。[1]系统应能对物理围界形成完整的覆盖，能对目标进行分类，对入侵行为作出判断;应能在机场飛行和安全照明的环境下工作，并应满足全天候运行的要求。[2]

在实际围界安全保卫工作中发现，对于接触式或准接触式的探测系统，当报警时，空防事件已经发生，留给值守人员的反应时间非常短[3]，非常容易遗漏，而且受环境干扰严重，误报高，稳定性较差。而非接触跨越围界进行入侵，传统围界入侵报警系统无法发现，形成了安全漏洞[4]。

本文基于3D智能分析技术、高灵敏度热成像技术、在机场飞行区围界外5米设置虚拟围界，对靠近围界人员进行主动探测，对进入预警区的人员进行预警;通过深度学习算法，对入侵人员进行自动跟踪，掌握其活动轨迹。结合传统围界入侵技术防范系统，可以形成预警、报警、自动跟踪三层技术防护，大大提升安保威慑力、报警准确性和处置效果，提高机场围界安全性。

1  3D智能分析算法

3D建模的原理是在视频画面中绘制矩形框来指定对象的大小，即在近端设置一次对象的大小，在远端也设置一次对象的大小，使用这些矩形作为参考对象的大小，由系统判定对象的大小是否与当前的位置实际上引用对象的大小相匹配。如果对象的例子是小于一个人站在那个位置，则软件算法不触发事件）。这种情况下，智能分析算法得出来的结果更加准确。

通过3D智能分析算法，由于视频画面中同一大小物体在不同距离所占像素点的数量和尺寸是不同的，通过此原理构建视频画面中的坐标体系，在不同距离情况下区分目标大小，从而区分人和小动物，减少目标检测（例如：鸟类或小型野生动物的移动）中误报的触发。以某仓库的屋顶平台的监控为例（如图1所示），在入侵者是人的情况下，无论他们在屋顶上哪个地方都会触发警报，然而换作是一只鸟就不会触发报警（如图2所示），在防区旁边的人也不会不被发现。

基于3D的智能分析算法，根据现场图像画面进行3D建模，判断不同尺寸物体（小动物、人、车等）在画面中不同距离的活动情况，从而减少了误报的数量。有效滤除户外各种环境干扰（下雨、下雪、树木、大风、立杆摇晃），可靠地检测运动物体，并能区分出人或物体的行走方向（左、右、上、下四种方向）。

2  基于热成像的视频探测

红外光——电磁光谱的一部分，人眼可以检测可见光（或可见光辐射），但还存在我们看不见的其他形式的光（辐射）。人眼只能看到电磁光谱中很小一部分。不可见紫外光和不可见红外光分别位于光谱的两端。红外辐射介于电磁光谱的可见光辐射和微波辐射之间。红外辐射源主要为热量或热辐射。温度高于绝对零度（-273.15摄氏度或0开尔文）的任何物体均会发出红外辐射。

热成像探测器合理利用了所有事物均能散发热量的原理，即使夜间也能发挥如同白昼般的侦测效果。在夜间或能见度低，且无来自灯光和激光补充照明的条件下，完全依赖可见光进行侦测的监控摄像机似乎显得苍白无力。

热能可以穿透许多障碍物，包括烟雾、尘埃、树叶和薄雾。使用热成像探测器可穿透雾霭，发现雾色中行走的人员，这是使用标准可见光摄像机力所难及的。

在大多数情况下，热能在空气中传播的效率比可见光更高。因此，利用热成像探测器可以探测大范围内的活动情况，而采用色彩对比的可见光摄像机则稍逊一筹。

热成像探测器选用分辨率为336×252，热灵敏度为50mK的传感器。传感器采用氧化钒（VOx）技术，当暴露在阳光直射情况下，使用氧化钒技术的热成像传感器可免疫阳光的损伤或永久图像退化。成像效果如图3所示。

3  虚拟围界

沿周界每100米设置一个防区，每个防区设计一台热成像探测器，安装在围界上方高于刺籠1米的立杆顶部。探测器的部署方案采用为首尾相连的追尾部署方式，确保整个周界上不存在任何监控盲区，形成沿周界的无盲区全覆盖。[5]

每台热成像探测器范围设置在周界外设置两条虚拟周界，周界围网外5米范围为预警区。在靠近马路的周界，可调整虚拟周界的位置和走向，避免马路上车辆的干扰。虚拟围界布置如图4所示。

通过3D智能分析算法，过滤环境干扰因素，经过智能分析处理和智能识别后，判断出人员入侵行为和方向，对入侵预警区的行为进行预警，并按照联动预案联动相关灯光、广播和后台处理。

通过算法可设置二级防区（如图5所示），在整个检测区域中，设置多个二级防区，给出入侵目标的位置信息，精度可达5米。

4  自动跟踪

通过自动跟踪深度学习算法对活动目标进行分类，过滤干扰，自动跟踪入侵目标，记录其活动全过程。

在视频分析算法有入侵行为后，由软件算法计算出入侵者的地理位置并驱动云台摄像机，将镜头角度指向入侵者并自动调整焦距，对侵入者进行大画面特写拍摄。

软件算法驱动云台摄像机自动调整PTZ，确保云台摄像机一直保持自动跟踪入侵者，直到接收到操作人员终止跟踪指令后云台摄像机停止跟踪，调转至预置位等待下一次跟踪指令。图6、图7所示为自动跟踪原理图，图8所示为入侵预警与自动跟踪效果截图。

5  系统实践

将本课题入侵检测算法和自动跟踪算法移植到嵌入式设备中，实现了边缘计算，提高了智能分析和自动跟踪的响应时间和准确性。

在多家机场项目中，热成像预警与自动跟踪系统能够实现对靠近围界、非法入侵行为进行准确有效的预警，并自动联动云台跳转到目标所在位置，并开启自动跟踪目标功能。

该系统具备基于3D的智能分析算法，能够区分不同距离下的人和小动物，能够有效地过滤恶劣天气（大风，大雨，大雾天气等）、小动物（飞鸟，小动物等）等因素的干扰，尚未发现漏报，误报率低。

热成像镜头和彩色可见光镜头组合使用，夜视效果很好，能够大大提升夜间和低能见度天气条件下的监控效果。图9—图11为热成像入侵预警、振动光纤入侵报警和电子地图显示入侵防区的效果截图。

6  结  论

本课题研究符合《中国民用航空发展第十三个五年规划》、MH/T7003-2017《民用运输机场安全保卫设施》等国家、行业的规划。

实践证明，热成像预警与自动跟踪系统可以准确分析活动目标入侵行为，对入侵虚拟围界的行为进行提前预警，为安保工作人员争取了响应处置时间。热成像预警与自动跟踪系统与常规入侵报警系统结合，能够形成预警、报警、自动跟踪三层防护，可大大提升安保威慑力、报警准确性和处置效果，提高围界安全。

参考文献：

[1] GB 50348-2018，安全防范工程技术标准 [S].北京：中国计划出版社，2018.

[2] MH/T 7003-2017，民用运输机场安全保卫设施 [S].北京：中国民用航空局，2017.

[3] GB/T 36546-2018，入侵和紧急报警系统 告警装置技术要求 [S].北京：中国标准出版社，2018.

[4] GB 50394-2007，入侵报警系统工程设计规范 [S].北京：中国计划出版社，2007.

[5] GA/T 367-2001，视频安防监控系统技术要求 [S].北京：中国标准出版社，2001.

作者简介：黎永志（1980.08-），男，汉族，广东佛山人，硕士研究生，民航事业部总经理，工程师，有10多年电子信息、软件研发经验和民航行业应用研发经验，研究方向：电子工程;张焱辉（1984.08-），男，汉族，广东梅州人，本科，产品经理，助理工程师，研究方向：通信工程。