视频智能分析应用于周界安防方案探究.pdf

INFORMATION INDUSTRY|97技术|应用与探究T E C H N O L O G Y一、引言周界安全防范包括物防、人防和技防三种方式，而物防和人防措施是较传统的有效防范措施，技防是在现代科学技术用于安全防范领域一种新的防范措施，能及时发现入侵事件，有效降弥补物防和人防的不足，节省成本，减少安保人员的精神压力。机场周界技防主要由入侵报警、视频监控、广播警告、辅助灯光照明等构成，其中入侵报警是机场周界技防的核心。机场是一个安全保卫要求非常高的场所，尤其是航空器起飞降落的飞行区范围，发生入侵事件将会造成重大危害，因此对机场周界安全提出了非常高的要求。通常机场周界距离比较长，周围环境比较复杂，不安全因素较多，因此入侵报警技术必须能够长期稳定可靠地运行，不得有漏报警概率，误报率要低，尽量降低自然环境和机场起降噪声引起的各种干扰。机场周界安防具有如下几大特点：安防等级高 周界距离长（支线机场10km左右，大型机场可达40km以上）要求系统长期稳定运行室外供电可靠性要求高防雷、电磁辐射要求高环境复杂，外界干扰源多（自然环境/飞机起降）实现多种安防设备的联动不能影响机场通信、导航等指挥引导系统上述特点对机场周界安防提出了严苛的要求，对技防技术要求尤其突出。二、机场周界入侵系统现状根据民用运输机场安全保卫设施（MH/T 7003-2017）要求，机场安全保卫等级按机场年旅客吞吐量划分为四类：类别一类二类三类四类年旅客吞吐量 1000 万人次 200 万人次 1000 万人次 50 万人次 200 万人次50 万人次视频智能分析应用于周界安防方案探究 文/赵行旺其中一、二类安保等级机场的飞行区周界应设置入侵报警系统，三类为宜设置入侵报警系统。目前达到二类以上的全国机场基本已设置入侵报警系统，据统计，大部分机场周界入侵报警系统均存在受物理围界、周围地形、气候环境等影响而造成误报率高，每天误报率可达百次以上，给安保人员日常管理带来很大压力，因此如何解决误报率居高不下的问题尤为重要。三、技术分析目前机场应用的周界安防入侵报警形式主要有被动探测技术和主动探测技术。被动探测技术主要包括振动传感器探测、振动光纤、振动电缆、张力围栏、红外多鉴探测等形式。主动探测技术包括雷达探测、泄漏电缆和智能视频分析等形式。各类探测技术优劣势如下：报警形式报警类别原理安装方式抗干扰能力稳定性运维成本误报率被动探测振动传感器探测基于 MEMS 振动原理，同时探测器内封装加速度器弥补探测灵敏度。复杂较弱较强 较高 较高振动光纤以光缆作为传感介质，基于光的散射或干涉原理，光缆与围网绑在一起，触碰围网时产生振动，光纤参数改变，接收器对回波解调，发出报警。简单较强较强 较低 较高振动电缆一种特殊同轴电缆，由中心导体、感应导线和屏蔽层组成，工作时主机向电缆发射脉冲信号，入侵者触碰时，电缆内电参数变化，接收器对信号进行解调，发出报警。简单较弱较强 较低 较高张力围栏基于电磁力，通过形成静态场防止物体穿过围栏。复杂较强较差 较高 较高红外多鉴探测发射不可见红外线，光束受到物理遮挡，则触发警报。简单较强较差 较高 较高主动探测雷达探测利用电磁波在不同介质中传播速度不同特性。简单较弱较强 较低 较高泄漏电缆基于电场和磁场的感应现象。复杂较强较差 较高 较高智慧墙探测利用芯片收发微波信号形成向量对外构建传感探测场。简单较弱较强 较低 较高98|INFORMATION INDUSTRY技术|应用与探究T E C H N O L O G Y从上表可以看出目前机场周界应用的主要入侵报警技术，没有绝对无缺陷的探测技术，尤其是误报率较高是通病，究其原因，主要为机场周界区域空旷，气象环境变化较大，小动物活动频繁。因此入侵报警产品应具备深入学习功能，能够判别出自然环境变化、小动物等以减少误报，目前部分产品已具备学习功能，如振动光纤、智慧墙探测等，但由于机场周界距离长，各区域环境不同，还是不能有效解决误报率高问题，因此提出视频智能分析辅助入侵报警，排除外界干扰，降低误报，减小安保管理压力。（二）伴线检测伴线检测功能是通过在监控画面上划一条警戒线或警戒区域，判断指定方向上是否存在非法越线行为。能检测出在线和离线视频中通过预先定义的警戒线的运动目标行为并输出报警事件，输出通过警戒线的目标类别（人、车、动物、其他物体）、大小、位置、运动方向等信息。四、智能分析功能视频智能分析目前主要有两种分析方式，一种是通过嵌入具有 AI 算法识别的摄像机中，在前端进行视频分析将图像数据传输至后台发现异常做出报警；另一种是利用原有图像信息在后台通过 AI 边缘服务器进行数据处理，再通过视频分析系统判别异常发出报警。前端摄像机智能分析可以实现对入侵对象特征结构化分析、行为动作分析等，后台智能分析可结合人员库判断入侵对象身份、对入侵对象进行结构化分析、行为动作分析等。前端智能分析实时性更高，无需多次编解码，图像更优，智能准确率更高，网络中断不会影响智能分析。后台智能分析可利用现有设施，施工便利，算法应用更灵活。建议采用前端智能分析与后台智能分析相结合模式，作为周界智能分析需求的支撑。视频智能分析功能包括入侵检测、人脸识别、人数统计、视频检索等，以下功能可以应用于机场周界安防。（一）运动目标检测运动目标检测功能是利用当前图像和背景图像中的像素点作对比，如果差值大于一定阀值，则判定为运动目标，可能为入侵事件。运动目标检测从算法的角度来看，可以简单地分为两大类。一类是“光流”法，通过发现运动物体对光流场的影响来发现运动物体，光流法容易受到图像噪音的影响，不适用于检测小物体，检测距离较近。机场周界安防建议采用背景模型法，建立背景模型，通过和背景模型相对比来发现运动物体，背景模型法对运动物体的提取较完整，有利于下一步对物体的跟踪、分类以及将来的检索。（三）行为特征分析行为特征分析功能是从图像中寻找满足预先设定的行为特征的事件，可以弥补物理围界无法进行目标分类跟踪的不足。典型的应用包括：（1）分类：识别运动物体是飞机、车辆、人、动物等，便于用户进行快速分类；（2）徘徊：判别在周界敏感区域内徘徊观察人员；（3）遗留物：判别在周界放置可疑物然后离开；（4）动作：判别是否存在入侵行为动作。（四）多目标实时定位跟踪传统入侵报警是通过告警信息进行球机联动，容易出现球机对多个不同区域无法同时跟踪的问题，例如球机跟踪到左边的告警区域时，右边若出现入侵行为则可能出现漏处理的现象。智能分析采用机场围界入侵训练优化模型，可以在实时监控和录像视频上以不同颜色框图和中文标记的方式对目标进行报警和定位跟踪。标出报警总体类型，框图则以颜色对不同类型目标进行区分。直接对多个目标进行多画面的实时跟踪，让工作人员可以直观的对多个目标进行跟踪处理。同时用户可以自由选择报警区域，并且对运动或静止目标均可进行报警，避免传统技术对慢速或静止目标的接触性或非接触性入侵行为的漏报。INFORMATION INDUSTRY|99技术|应用与探究T E C H N O L O G Y五、智能分析应用于周界安防的优势（一）技术成熟视频智能分析技术于上世纪 90 年代已经有雏形，经过十多年的发展，技术逐渐成熟，目前在各领域得到广泛应用，如公安、交通、化工、加油站等都应用了目标定位、跟踪、识别和判断等智能分析技术。随着技术的发展、影响力的提升和智能化的迫切需要，视频智能分析技术应用于机场周界入侵报警可有效提升机场安防能力，保障飞行区安全，减少入侵事件发生，降低管理陈本。（二）降低入侵误报率目前各机场的周界入侵报警均采用单一的报警设施，触发报警后无法准确判断是否为误报。而融合视频智能分析技术后，入侵报警检测到侵扰行为，初步分析是恶意入侵还是无意干扰，并将结果发给安防平台，安防平台接收入侵检测信号，在地图上展示报警位置，同时下发信号联动相应防区的声光报警设备和视频监控设备，视频智能分析接收指令，触发视频弹窗发现运动物体变焦跟踪，复核报警行为，可以佐证入侵报警系统产生的报警信号是否为误报，有效降低误报率。或者视频智能分析运用目标检测、伴线检测、行为特征分析等功能判断可疑入侵行为，主动发出预报警信号，由安防平台发出联动相应防区的声光报警设备进行驱离，预防入侵事件发生。（三）减小安保压力不仅是入侵报警系统误报率高，使得安保人员需要花费大精力处理误报事件，同时还有视频监控画面的海量信息需要处理，要时刻关注监控屏幕上的情况，有问题要快速准确的作出判断，要求安保人员时刻保持精神高度集中，给安保人员带来了很大的工作压力。而采用智能分析技术可以滤除大量的冗余信息，有报警事件发生自动弹窗，对可疑目标进行定位追踪，减少安保人员操作程序和安保压力。（四）施工便利达到安保等级二类以上的机场基本已经完成了周界入侵系统的建设，如果要优化现有周界入侵方案，采用具备 AI 算法识别的摄像机只要更换前端现有摄像机，采用后台服务器处理分析则在现有监控系统的基础上增加边缘计算服务器即可实现。因此，在既有设施的基础上，采用视频智能分析技术可以用较少投资最大化减小施工难度，优化现有周界入侵报警方案。（五）助力“四型”机场建设“平安、绿色、智慧、人文”四型机场建设是机场行业落实民航强国战略的重点任务。视频智能分析提供了更高效、准确的安防方案，确保机场安全运行，是平安机场的重要体现；采用计算分析技术，达到节能减排要求，符合绿色机场的理念；应用了先进的 AI 技术，是智慧机场的重要标志；提升了机场的安全管理效率，减少安保人员压力，是人文机场的表现。因此视频智能分析技术应用于机场周界安防可助力民航四型机场建设。六、结论视频智能分析功能可通过软件接口与机场周界报警系统融合和联动，提高系统对入侵目标监测的准确性。同时将机场周界报警系统报警信号在后台进行入侵报警复合及联动视频智能分析图像，当周界报警系统进行告警时，可实时调取覆盖该区域的系统图像，并在指定窗口显示，进行进一步的复核和确认报警事件。视频智能分析与周界报警系统深度融合可以避免漏报事件发生，降低误报率，并贯彻了“四型”机场的建设要求，对安防事件进行智能分析，实现安防联动，实时展示机场安全视图。通过视频分析和大数据等技术进行整合统计分析机场安全态势，从安全事件事后处理向安全事件预测预警转变，提高了机场日常安全管理水平和效率，提升机场治安防控和应对突发事件的能力。（上海民航新时代机场设计研究院有限公司，上海，200335）