徐文偉

（廈門兆翔智能科技有限公司，福建廈門 361009）

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人們生活水平大幅提高，跨區(qū)域的商務(wù)活動(dòng)和旅游出行逐漸增多，交通運(yùn)輸也在日常生產(chǎn)生活中扮演著越來越重要的角色?！笆濉逼陂g，我國民航旅客周轉(zhuǎn)量在綜合交通運(yùn)輸體系中占比為33.1%，民航運(yùn)輸?shù)目焖僭鲩L(zhǎng)更凸顯出航空安全的重要性。航空安全主要包括飛行安全、航空地面安全和空防安全等?？辗腊踩笝C(jī)場(chǎng)空側(cè)的安全保衛(wèi)，即綜合運(yùn)用人力防范、實(shí)體防范、電子防范等多種手段，預(yù)防、延遲以及阻止入侵、盜竊、搶劫、破壞等事件的發(fā)生[1]。2017年10月1日實(shí)施的《民用運(yùn)輸機(jī)場(chǎng)安全保衛(wèi)設(shè)施》（MH/T 7003—2017）要求一類、二類機(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)。系統(tǒng)應(yīng)能夠?qū)ξ锢韲缧纬赏暾采w，能夠?qū)δ繕?biāo)進(jìn)行分類，對(duì)入侵行為作出判斷；應(yīng)能夠在機(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]。因此，研究圍界入侵報(bào)警系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性對(duì)空防安全意義重大。

1 圍界入侵報(bào)警系統(tǒng)分類

圍界入侵報(bào)警系統(tǒng)通常采用雷達(dá)、探測(cè)器、傳感器、圖像分析等探測(cè)技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控圍界區(qū)域，對(duì)非法入侵行為及時(shí)觸發(fā)報(bào)警。圍界入侵報(bào)警系統(tǒng)按照探測(cè)技術(shù)的不同可以分為感應(yīng)式入侵報(bào)警系統(tǒng)和非感應(yīng)式入侵報(bào)警系統(tǒng)兩大類，其中感應(yīng)式入侵報(bào)警系統(tǒng)主要有振動(dòng)電纜、振動(dòng)光纖、振動(dòng)探測(cè)器等，非感應(yīng)式入侵報(bào)警系統(tǒng)主要采用視頻監(jiān)控分析技術(shù)。

1.1 振動(dòng)電纜入侵報(bào)警系統(tǒng)

振動(dòng)電纜入侵報(bào)警系統(tǒng)采用一種經(jīng)特殊充電處理后帶有永久預(yù)置電荷的同軸電纜作為傳感器，有入侵時(shí)，電纜受振動(dòng)產(chǎn)生模擬電壓信號(hào)觸發(fā)報(bào)警。

振動(dòng)電纜為無源分布式，安裝簡(jiǎn)便，布線靈活，適合在地形復(fù)雜的圍界布防。振動(dòng)電纜易受電磁干擾導(dǎo)致誤報(bào)，電纜遭雷擊后會(huì)存在系統(tǒng)癱瘓的風(fēng)險(xiǎn)，且系統(tǒng)建設(shè)和維護(hù)的成本比較高[3]。

1.2 振動(dòng)光纖入侵報(bào)警系統(tǒng)

振動(dòng)光纖入侵報(bào)警系統(tǒng)采用光干涉原理及光學(xué)振動(dòng)傳感技術(shù)，采用光纖作為探測(cè)設(shè)備，無須供電，性能穩(wěn)定，安裝維護(hù)簡(jiǎn)單，不受電磁干擾和地形起伏影響。振動(dòng)光纖對(duì)各種振動(dòng)頻率非常敏感，易受大風(fēng)、暴雨等惡劣天氣影響導(dǎo)致誤報(bào)。系統(tǒng)調(diào)試復(fù)雜，與第三方報(bào)警設(shè)備兼容性較差[4]。

1.3 振動(dòng)探測(cè)器入侵報(bào)警系統(tǒng)

振動(dòng)探測(cè)器入侵報(bào)警系統(tǒng)的前端由分布式探測(cè)器節(jié)點(diǎn)組成，將探測(cè)器安裝在物理圍欄或磚墻上，通過采集振動(dòng)信號(hào)觸發(fā)報(bào)警。探測(cè)器信號(hào)線對(duì)防紫外線且防水等級(jí)要求較高，系統(tǒng)采用環(huán)型組網(wǎng)方式，環(huán)網(wǎng)單點(diǎn)故障不會(huì)影響系統(tǒng)報(bào)警功能。系統(tǒng)受天氣影響較低，對(duì)于實(shí)體墻的防護(hù)效果有限。

1.4 視頻監(jiān)控分析報(bào)警系統(tǒng)

視頻監(jiān)控分析報(bào)警系統(tǒng)基于圍界視頻監(jiān)控系統(tǒng)采集的圖像，在物理圍界設(shè)置虛擬防區(qū)，通過圖像分析算法對(duì)入侵行為進(jìn)行預(yù)報(bào)警。視頻監(jiān)控分析報(bào)警系統(tǒng)覆蓋范圍廣，不受地形環(huán)境影響。由于監(jiān)控圖像質(zhì)量受光源、物體遠(yuǎn)近大小、植物晃動(dòng)、雨水等影響較大，系統(tǒng)誤報(bào)率較高，通常僅作為感應(yīng)式入侵報(bào)警系統(tǒng)的輔助報(bào)警手段使用[5]。

通過分析可知，當(dāng)前感應(yīng)式圍界入侵報(bào)警系統(tǒng)可以應(yīng)對(duì)大多數(shù)使用場(chǎng)景，但易受地形環(huán)境、天氣因素、電磁干擾、凈空要求等影響系統(tǒng)功能。對(duì)于部分地形環(huán)境特殊、物理圍界不具備提供感應(yīng)探測(cè)條件的防區(qū)，采用視頻監(jiān)控分析報(bào)警系統(tǒng)存在漏報(bào)風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)于機(jī)場(chǎng)空防安全是一個(gè)較大的隱患。為解決這類特殊圍界防區(qū)的防護(hù)需求，本文提出采用熱成像智能入侵報(bào)警系統(tǒng)代替現(xiàn)有視頻監(jiān)控分析報(bào)警系統(tǒng)。熱成像智能入侵報(bào)警系統(tǒng)基于可見光以及熱成像雙光譜成像信息融合技術(shù)，采用深度學(xué)習(xí)算法，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)識(shí)別分類和報(bào)警，系統(tǒng)不受地理?xiàng)l件和天氣環(huán)境的影響，對(duì)保障特殊圍界防區(qū)適用性較強(qiáng)。

2 熱成像智能入侵報(bào)警系統(tǒng)在廈門機(jī)場(chǎng)的應(yīng)用

廈門機(jī)場(chǎng)坐落在廈門島東北端，機(jī)場(chǎng)位于市區(qū)，機(jī)場(chǎng)圍界與社會(huì)道路相鄰，如圖1所示。

圖1 機(jī)場(chǎng)圍界與社會(huì)道路相鄰

因?qū)Ш皆O(shè)施限制要求，此處無法設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)物理圍欄，圍界僅設(shè)置刺圈和視頻監(jiān)控系統(tǒng)，人員易通過該區(qū)域進(jìn)入飛行區(qū)，造成空防安全隱患，在此防區(qū)增設(shè)一套熱成像智能入侵報(bào)警系統(tǒng)。

2.1 系統(tǒng)部署

熱成像智能入侵報(bào)警系統(tǒng)由前端熱成像雙目攝像機(jī)、網(wǎng)絡(luò)傳輸、存儲(chǔ)系統(tǒng)、大屏顯示、平臺(tái)服務(wù)器和算法服務(wù)器組成。圍界前端分別設(shè)置了近距熱成像雙目攝像機(jī)負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)0～100 m范圍和遠(yuǎn)距熱成像雙目攝像機(jī)負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)100～200 m范圍，對(duì)整個(gè)防區(qū)實(shí)現(xiàn)全方位無死角地覆蓋。

設(shè)備安裝位置如圖2所示。

圖2 熱成像攝像機(jī)安裝示意圖

熱成像雙目攝像機(jī)根據(jù)物體輻射溫度信號(hào)進(jìn)行成像，通過可見光和熱成像雙光譜成像信息融合技術(shù)實(shí)現(xiàn)24 h監(jiān)控，可以實(shí)時(shí)為后端算法服務(wù)器提供高質(zhì)量圖像樣本。

系統(tǒng)設(shè)有算法服務(wù)器負(fù)責(zé)對(duì)前端采集的圖像進(jìn)行入侵識(shí)別和預(yù)警分析，轉(zhuǎn)發(fā)并記錄所有控制指令信息流和報(bào)警信息流，具備流媒體服務(wù)功能。

系統(tǒng)采用基于深度學(xué)習(xí)的人工智能識(shí)別算法，模擬人類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別過程，對(duì)大數(shù)據(jù)集進(jìn)行學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，識(shí)別率和誤報(bào)率優(yōu)于傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)物體入侵算法。算法模型包括了人、汽車、貓、狗、鳥等數(shù)十種類型的預(yù)警功能，可以精確選擇需要的安全預(yù)警條件。算法具有自主學(xué)習(xí)和自動(dòng)優(yōu)化功能，可以根據(jù)用戶的處理結(jié)果進(jìn)行長(zhǎng)期神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化訓(xùn)練，系統(tǒng)識(shí)別率可以隨著使用時(shí)間的增加而提升。系統(tǒng)平臺(tái)擁有實(shí)時(shí)告警監(jiān)控、告警數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、電子地圖、告警信息管理、未確認(rèn)告警信息管理、設(shè)備管理、用戶管理等功能。系統(tǒng)的告警信息可以接入機(jī)場(chǎng)現(xiàn)有振動(dòng)探測(cè)器入侵報(bào)警系統(tǒng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)前端廣播和聲光報(bào)警聯(lián)動(dòng)。

2.2 系統(tǒng)測(cè)試

逆光報(bào)警如圖3所示。

圖3 逆光報(bào)警

深夜熱成像報(bào)警如圖4所示。

圖4 深夜熱成像報(bào)警

雨夜熱成像報(bào)警如圖5所示。

圖5 雨夜熱成像報(bào)警

系統(tǒng)建設(shè)完成以后，經(jīng)過一段時(shí)間的調(diào)試和試運(yùn)行，系統(tǒng)趨于穩(wěn)定運(yùn)行。分別選取逆光、深夜、雨夜等幾種特殊使用場(chǎng)景，對(duì)系統(tǒng)的漏警率、誤警率、響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行測(cè)試。

通過場(chǎng)景測(cè)試可知，熱成像智能入侵報(bào)警系統(tǒng)均能準(zhǔn)確識(shí)別并及時(shí)報(bào)警。在實(shí)際使用過程中，熱成像智能入侵報(bào)警系統(tǒng)不受天氣環(huán)境和工作時(shí)間限制，系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性和可靠性，對(duì)特殊圍界防區(qū)起到了較好的防護(hù)作用。

3 結(jié)語

熱成像智能入侵報(bào)警系統(tǒng)擁有可見光和熱成像雙光譜成像信息融合技術(shù)和深度學(xué)習(xí)智能識(shí)別算法，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)視頻監(jiān)控分析報(bào)警的場(chǎng)景單一、受天氣和環(huán)境影響的缺點(diǎn)，應(yīng)用場(chǎng)景和識(shí)別率都優(yōu)于傳統(tǒng)電子圍界視頻監(jiān)控預(yù)警算法，補(bǔ)足了感應(yīng)式探測(cè)技術(shù)防御效果不佳的區(qū)域。未來機(jī)場(chǎng)圍界防入侵技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是采用傳統(tǒng)感應(yīng)探測(cè)技術(shù)和熱成像智能報(bào)警等技術(shù)進(jìn)行多角度、多層次融合決策的智能報(bào)警，可以極大地提高圍界防入侵技術(shù)的穩(wěn)定性和可靠性。