□文/劉紫云 王宗義

近年以來，中國的民航行業(yè)進入了高速發(fā)展的新階段，各大機場的航班量均呈現(xiàn)井噴式增長，大型機場的地面交通往往處于密集型高位運行狀態(tài)。為適應(yīng)激增的運輸壓力與不斷擴大的機場規(guī)模，提高機場整體的運行管理效率，如何高效整合空管、機場、航空公司信息資源，實現(xiàn)精細化管理機場地面交通，達到安全事故零容忍，航班正點共提升的目標就成為亟待解決的問題。

為落實科技創(chuàng)新提出的總體任務(wù)，推動機場的科技進步，加快平安機場、智慧機場、綠色機場、人文機場的建設(shè)步伐，遵循“戰(zhàn)略導(dǎo)向、問題導(dǎo)向、前瞻導(dǎo)向”的原則，切實解決機場在生產(chǎn)運行過程中面臨的難點問題為目標部署。運用AR全景視頻技術(shù)，實現(xiàn)對機場多機坪區(qū)域的全視頻覆蓋，同時開發(fā)、引入適用于機坪管制業(yè)務(wù)的進場面引導(dǎo)控制系統(tǒng)、VHF系統(tǒng)、內(nèi)話系統(tǒng)等，形成完整的遠程機坪管制應(yīng)用環(huán)境，用于日常航空器機坪管制工作，提高機坪管制安全裕度。

何為AR增強現(xiàn)實技術(shù)

增強現(xiàn)實（Augmented Realityt），簡稱AR。顧名思義，就是在現(xiàn)實世界中將元素標簽化、虛擬化，以便在屏幕上把標簽化、虛擬化的元素套疊加并呈現(xiàn)在現(xiàn)實世界，進行良好的互動，例如，超市商品導(dǎo)購，對面林林總總的商品，通過AR技術(shù)，在手機屏幕上就能快速定位所想要購買的商品。又如AR街道廣告：通過手機屏幕，呈現(xiàn)商店標簽及其相關(guān)信息，便于消費者快速識別。

AR全景視頻系統(tǒng)與其優(yōu)勢

眾所周知，夜間飛行及惡劣天氣會給機場運行帶來諸多不確定因素，造成極大的安全隱患。起飛和著陸是飛機運行中最容易發(fā)生事故的兩個階段，飛行區(qū)作為安全保障等級最高的區(qū)域，實施全景視頻覆蓋是必然趨勢，將現(xiàn)行制度與AR進行有機結(jié)合，能夠在完美保障飛行區(qū)安全的同時，為管理人員提供更佳操作體驗。

AR全景視頻系統(tǒng)是基于AI深度學(xué)習的高性能運算平臺對多路高清視頻進行拼接組合成統(tǒng)一的監(jiān)視系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對機場跑道、滑行道、停機坪等重要云臺協(xié)同定位區(qū)域的實時全景監(jiān)視。利用此系統(tǒng)，機坪管制員可以在正常氣象條件以及低能見度的情況下，以全局的角度監(jiān)視整個機場場面的運行態(tài)勢，能夠全力輔助管制員在工作時做出更準確的決斷，有效提升機場航空器地面運行的安全水平及機場運作效率，打造智慧機場管理新模式。

現(xiàn)狀分析

在AR全景視頻系統(tǒng)引入機場之前，機場的監(jiān)視系統(tǒng)是以空管塔臺場面監(jiān)視雷達系統(tǒng)和機場安防監(jiān)視系統(tǒng)為主，空管塔臺的場面監(jiān)視雷達系統(tǒng)是以一次雷達信號為數(shù)據(jù)源，這種數(shù)據(jù)呈目標點集，沒有目標三維幾何信息并且在機坪內(nèi)部存在大量雷達無法掃描到的盲區(qū)，可靠性較低。機場的安防監(jiān)視系統(tǒng)采用的攝像頭大多獨立離散不連續(xù)，無法對飛行區(qū)進行全景態(tài)勢的把握，并且缺乏全過程全時空的歷史回溯功能。相較之下，AR全景視頻系統(tǒng)作為新的機場場面監(jiān)視系統(tǒng)最大的優(yōu)點就是可以實現(xiàn)對局跑道、滑行道、停機坪等重點盲區(qū)的航空器進行直觀可靠的全景顯示與局部關(guān)注。其主要解決如下問題：

監(jiān)控點位低，存在盲點

目前機場的安防監(jiān)控主要采取在機場內(nèi)安裝槍、球機為主的低點監(jiān)控建設(shè)模式，普通攝像機視野容易被機場的建筑物及其它設(shè)施遮擋，要想實現(xiàn)對機場的全面監(jiān)控相當困難。

監(jiān)控點位分散，全方位布控欠缺

目前機場監(jiān)控點位分散地分布于各重點部位且獨立離散不連續(xù)，隨著環(huán)境日益復(fù)雜，普通攝像機的缺陷也逐漸暴露，單點監(jiān)控范圍小，無法實現(xiàn)每個區(qū)域都覆蓋視頻監(jiān)控，存在監(jiān)控盲點，監(jiān)控點位無法兼顧整體與局部，無法了解整體機場的運行情況，全方位布控比較欠缺。

地圖二維展現(xiàn)，查看調(diào)度不直觀

視頻監(jiān)控系統(tǒng)、指揮調(diào)度系統(tǒng)、引導(dǎo)控制系統(tǒng)、VHF系統(tǒng)等相對獨立，通常依托二維或三維地圖展現(xiàn)，缺乏全景監(jiān)控視頻畫面進行各子系統(tǒng)的直觀管理調(diào)用，對異常突發(fā)事件的應(yīng)急調(diào)度指揮效率低。

實際應(yīng)用功能介紹

通過引入AR全景視頻監(jiān)控系統(tǒng)，在實際應(yīng)用中主要實現(xiàn)了機坪資源整合、實時指揮、應(yīng)急調(diào)度三大功能，對機坪管制的日常工作發(fā)揮了極其重要的作用。具體如下：

機坪資源整合：該系統(tǒng)通過拼接橫向和縱向上多路高清攝像頭，將其融合成無縫、無畸變、無色度差異的寬場景視頻，管制員可以在盡可能寬廣的范圍內(nèi)進行全局監(jiān)視，并且能夠清晰辨認機場場面的航空器、車輛及人員，這樣管制員就能更全面的掌握地面各個部門的保障情況，比如拖車是否掛上、艙門是否關(guān)閉、引導(dǎo)車是否到位等，管制員可以根據(jù)這些整合的資源情況發(fā)布有效的管制指令。

實時指揮：管制員通過AR全景視頻系統(tǒng)可以全局把握地面交通情況，對地面滑行沖突作出較早的預(yù)判，隨時調(diào)整地面航空器交通流，確保地面交通安全高效。另外，該系統(tǒng)同時還具有全景實時增強處理功能，支持強光抑制、夜視、霧透等功能，提高了畫面顯示的清晰度與舒適度，有效緩解了管制員夜間視覺疲勞。

應(yīng)急調(diào)度：該系統(tǒng)的球機聯(lián)動功能支持對視頻中某細節(jié)進行放大，通過左右移動實現(xiàn)對該位置的周圍進行觀察，自動追蹤功能支持對視頻中某個移動目標進行實時跟蹤，在需要應(yīng)急調(diào)度時，管制員可以對特定的區(qū)域或航空器、車輛及人員等移動目標進行精準監(jiān)視，實時向應(yīng)急指揮中心通報現(xiàn)場保障情況。

除上述三大功能以外，AR全景視頻系統(tǒng)的數(shù)據(jù)融合功能對機坪運行管理和指揮發(fā)揮了技術(shù)優(yōu)勢。該系統(tǒng)可以對視頻數(shù)據(jù)與雷達或多點定位等數(shù)據(jù)進行融合，通過視屏疊加掛牌的方式進行航班信息的可視化增強顯示，便于管制員在全景視頻中直接讀取航班信息。另外該系統(tǒng)還可以將大數(shù)據(jù)的動態(tài)視頻流接入媒體服務(wù)器，實現(xiàn)對全景視頻的存儲與回放，便于管制員對特定事件進行復(fù)盤和事后調(diào)查。

應(yīng)用中的技術(shù)難點

AR全景視頻系統(tǒng)的應(yīng)用過程中，最難解決的技術(shù)難點主要集中在如下方面：

高性能兼顧大場景和小細節(jié) 全景視頻需通過多個攝像頭組合成一體化的設(shè)計同時提供全景與特寫兼顧大場景與特征細節(jié)。因為要在制高點，機身需為全鋁輕量化金屬，散熱性能優(yōu)良，高精度CNC切割工藝確保拼接融合的準確性和可靠性。球機具有高復(fù)雜度的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，14核CPU多級級聯(lián)，保證了極強的運算性能。模塊化設(shè)計理念，滿足用戶多樣化需求，可兼容更多定制化內(nèi)容。

多目拼接技術(shù) 多目全景視頻需將四個或者八個攝像頭按錐面排布，將獲取的八張圖片統(tǒng)一投影到同一個錐面上，在加以sift特征匹配，計算每個圖像需要移動的矢量，從而實現(xiàn)目標匹配和無縫拼接。錐面拼接是柱面拼接的一種變形，相對于柱面拼接，增加了ptich和歐拉角的矯正，投影變換的復(fù)雜度顯著增加。同時為了保證圖像清晰度，圖像插值算法也需要改變，從而增加了圖像處理的難度。比如AR全景球采用多項專利技術(shù)同步曝光控制、圖像拼接處理，將多個圖像傳感器輸出的視頻畫面，無縫拼接融合成一幅完整的全景視頻畫面，拼接圖像之間無明顯的亮度、色彩上的差異，可以將4個或8個定點攝像機的視頻畫面拼接成180°或360°“沉浸式”全景畫面，細節(jié)跟蹤采用44倍大倍率定位球機，兼顧全景與細節(jié)，全景畫面與球機實現(xiàn)聯(lián)防聯(lián)動和3D定位，檢測直徑240米范圍內(nèi)運動物體，同時檢測60個目標，跟蹤切換時間小于1S。

多目全景+特寫聯(lián)動全景跟蹤 AR全景視頻系統(tǒng)通過多目定點可拼接成180°或360°全景畫面，并配大倍率定位球機，既能實現(xiàn)大范圍全景監(jiān)控，又能特寫跟蹤，成為全景與細節(jié)兼顧的大場景全局監(jiān)控，需實現(xiàn)定點、動點攝像機聯(lián)動，宏觀掌控全局，細節(jié)追蹤定位，在更大的視野間任意放大細節(jié)，球機特寫，并聯(lián)動聲音、白光、激光警戒。既會對固定看守位進行看護，全景通道檢測出異常闖入時，球機通道會通過白燈閃爍、語音提示、激光跟蹤對目標進行警示震懾和提醒。并實時反饋給指揮調(diào)度進行干預(yù)處理。

AR全景視頻系統(tǒng)部署

AR全景視頻系統(tǒng)在機場部署時首先需考慮的是視頻點位的分布，必須做到機場全區(qū)域覆蓋，點位地址的選取要考慮建筑物的高度，視頻視角效果，設(shè)備支架高度不能超過機場凈空高度；其次，視頻點位的規(guī)劃要考慮機場施工區(qū)域的影響和新建機坪的施工進度，點位的設(shè)備需要接入網(wǎng)絡(luò)和電源，機場施工可能會影響點位的啟用；第三，AR全景視頻系統(tǒng)的吊屏在機坪塔臺管制室安裝時要考慮與其他設(shè)備的影響，比如燈光照明系統(tǒng)、自動遮陽簾等，避免出現(xiàn)屏幕反光或由于遮陽簾的升降觸碰到視頻接口造成的短時黑屏現(xiàn)象；最后，該系統(tǒng)應(yīng)當配備備份系統(tǒng)，進一步提高系統(tǒng)可靠性。

結(jié)束語

近年來國內(nèi)外都在致力于研發(fā) “智慧塔臺”系統(tǒng)，這是科技進步的必然趨勢?！爸腔鬯_”需要基于云數(shù)據(jù)、人工智能、AR全景等多種高精尖技術(shù)的綜合應(yīng)用。對于機場而言，AR全景視頻系統(tǒng)的引入在保障機場運行安全與效率，提升機場容量，增加機場區(qū)域經(jīng)濟效益方面可以起到事半功倍的效果。另外，一些中小機場可以利用這一技術(shù)實現(xiàn)“遠程塔臺”以此解決邊遠機場人員緊張的現(xiàn)狀。通過部署AR全景視頻系統(tǒng)可以逐步擺脫人工對實際外部環(huán)境的監(jiān)視，運用視頻分析的方式實現(xiàn)計算機自動化監(jiān)視，成為“遠程塔臺”的開發(fā)過程中極為重要的環(huán)節(jié)。