鄭國(guó)海

(中國(guó)電子工程設(shè)計(jì)院有限公司民航設(shè)計(jì)所，廣州 510230)

0 引言

近年來(lái)，民用航空發(fā)展迅猛，國(guó)內(nèi)各大機(jī)場(chǎng)旅客吞吐量增長(zhǎng)迅速，對(duì)于機(jī)場(chǎng)安全保衛(wèi)工作也帶來(lái)了前所未有的挑戰(zhàn)。航站樓作為機(jī)場(chǎng)主體功能建筑，用于實(shí)現(xiàn)旅客從陸側(cè)交通到空側(cè)飛行器之間交通換乘，具有建筑規(guī)模龐大、人流密集且結(jié)構(gòu)功能復(fù)雜的特點(diǎn)。因此，針對(duì)航站樓安全防范系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是機(jī)場(chǎng)安防設(shè)計(jì)的重中之重。

航站樓視頻監(jiān)控系統(tǒng)作為航站樓安防的重要組成部分，其設(shè)計(jì)應(yīng)基于航站樓物理安防進(jìn)行設(shè)計(jì)，并符合航站樓內(nèi)安防管理相關(guān)程序。主流的研究方向，一個(gè)是視頻監(jiān)控系統(tǒng)方面的研究，如整體上探討民航機(jī)場(chǎng)基于數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)典型設(shè)計(jì)方案[1]，視頻監(jiān)控系統(tǒng)與門(mén)禁系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)等[2]；另一個(gè)是利用視頻監(jiān)控系統(tǒng)獲取到的圖像進(jìn)行應(yīng)用研究，包括基于小波變換算法進(jìn)行面部特征提取的面部識(shí)別技術(shù)[3]，利用視頻分析算法進(jìn)行客流監(jiān)控預(yù)警[4-5]、旅客異常行為研究等[6-7]。但是對(duì)于如何根據(jù)航站樓具體應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行攝像頭布置以及如何獲得滿(mǎn)足要求的視野的研究較少。

本文分析了航站樓防護(hù)目標(biāo)及其面臨的主要威脅，并結(jié)合航站樓內(nèi)區(qū)域劃分給出上述威脅在航站樓發(fā)生的主要區(qū)域及地點(diǎn)，進(jìn)而給出攝像頭設(shè)置的主要位置。參考行業(yè)常規(guī)做法及經(jīng)驗(yàn)，給出不同等級(jí)安防區(qū)域所要求的圖像質(zhì)量量化指標(biāo)，最后綜合攝像機(jī)焦距、安裝距離、安裝高度及安裝角度等因素進(jìn)行視野分析，從而得出滿(mǎn)足要求的視野。

1 航站樓主要防護(hù)目標(biāo)及威脅

航站樓內(nèi)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)置包含多個(gè)方面功能，包括通過(guò)攝像頭在重要地點(diǎn)的設(shè)置對(duì)潛在的安防威脅進(jìn)行威懾，減少安防事件的發(fā)生；在監(jiān)控過(guò)程中，視頻監(jiān)控系統(tǒng)后臺(tái)通過(guò)對(duì)攝像頭前端視頻信號(hào)分析，對(duì)正在發(fā)生的威脅進(jìn)行告警；在安防事件/事故發(fā)生后，通過(guò)視頻回放進(jìn)行事后追溯；同時(shí)也為公安及其他執(zhí)法部門(mén)辦案提供相關(guān)違法犯罪證據(jù)。

在進(jìn)行系統(tǒng)前端設(shè)計(jì)之前需明確航站樓內(nèi)及其周邊重點(diǎn)防護(hù)目標(biāo)以及航站樓面臨的主要安防威脅。前端點(diǎn)位的設(shè)置應(yīng)滿(mǎn)足對(duì)航站樓內(nèi)重點(diǎn)防護(hù)目標(biāo)的覆蓋要求。重點(diǎn)防護(hù)目標(biāo)包括：航站樓內(nèi)旅客及工作人員的人身安全，航站樓以及與之連接的飛行器運(yùn)行安全，旅客隨身行李、航站樓重要設(shè)備資產(chǎn)安全等。

航站樓面臨的威脅包括損害機(jī)場(chǎng)設(shè)施、擾亂機(jī)場(chǎng)運(yùn)行、影響旅客及機(jī)場(chǎng)工作人員人身安全的具體行為。根據(jù)威脅產(chǎn)生的后果嚴(yán)重程度，安防威脅形式如表1所示。

航站樓遭受的主要威脅形式 表1

上述威脅中，空防安全威脅及公共安全威脅是航站樓視頻監(jiān)控系統(tǒng)以至機(jī)場(chǎng)安防需重點(diǎn)考慮的威脅。

2 航站樓重點(diǎn)防護(hù)區(qū)域

針對(duì)航站樓需要防護(hù)目標(biāo)以及所遭受的主要安防威脅，需進(jìn)一步確定上述威脅容易發(fā)生的地點(diǎn)，以確定重點(diǎn)防護(hù)區(qū)域及攝像頭需覆蓋的區(qū)域。

依照旅客進(jìn)出港流程以及航站樓功能，航站樓及其周邊區(qū)域可劃分為：與航站樓毗鄰的陸側(cè)交通以及車(chē)道邊、公共活動(dòng)區(qū)(含安檢大廳、值機(jī)大廳、到達(dá)大廳等)、值機(jī)柜臺(tái)區(qū)、商鋪、控制區(qū)外辦公區(qū)、安檢工作區(qū)(含旅客安檢區(qū)、返流通道、工作人員安檢區(qū)、貨物安檢區(qū))、機(jī)場(chǎng)控制區(qū)(含候機(jī)隔離區(qū)、到達(dá)行李提取大廳、行李分檢裝卸區(qū)、貨物存放區(qū)等)、隔離區(qū)內(nèi)辦公區(qū)、核心設(shè)備區(qū)、免稅店、與航站樓相鄰的空側(cè)服務(wù)車(chē)道等。其中，工作區(qū)、商鋪、辦公區(qū)、設(shè)備區(qū)等既可設(shè)置于控制區(qū)內(nèi)，也可以設(shè)置于控制區(qū)外。這些區(qū)域的設(shè)置取決于航站樓功能要求。

為應(yīng)對(duì)空防安全威脅及公共安全威脅，航站樓應(yīng)設(shè)置多級(jí)防范，旅客從陸側(cè)至空側(cè)的出港流程應(yīng)為安防等級(jí)逐次遞增的過(guò)程。常規(guī)來(lái)說(shuō)，航站樓應(yīng)建立三道安全防范紅線。

(1)防爆安全線：機(jī)場(chǎng)防爆檢查可設(shè)置于安檢工作區(qū)，當(dāng)機(jī)場(chǎng)所處環(huán)境為高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)或當(dāng)安保升級(jí)時(shí)，防爆檢查前移至航站樓陸側(cè)出入口。防爆安全線上采取的防爆檢查措施用于將炸彈等可用于恐怖襲擊的危險(xiǎn)品阻擋在航站樓旅客聚集區(qū)之外。該紅線也是視頻監(jiān)控實(shí)施人臉識(shí)別的重要卡口。

(2)控制區(qū)紅線：該紅線為以安檢工作區(qū)為界，向機(jī)場(chǎng)物理圍界延伸的空陸側(cè)隔離線。經(jīng)過(guò)安檢的旅客及工作人員應(yīng)被認(rèn)為沒(méi)有可用于威脅機(jī)場(chǎng)運(yùn)行安全的武器；安防紅線上的所有安檢通道、返流通道、疏散通道、檢修通道應(yīng)為安防重點(diǎn)區(qū)域。對(duì)該條線上各通道的監(jiān)控是視頻監(jiān)控系統(tǒng)考慮的重點(diǎn)。

(3)空陸側(cè)隔離紅線：該紅線為航站樓進(jìn)出空側(cè)的出入口，未經(jīng)授權(quán)進(jìn)入空側(cè)航空器運(yùn)行區(qū)域的人員將對(duì)機(jī)場(chǎng)安防產(chǎn)生重大的影響。在該紅線上，航站樓與登機(jī)廊橋之間的出入口、航站樓及登機(jī)廊橋與站坪之間的出入口(含登機(jī)廊橋固定端及活動(dòng)端通道、消防疏散口、檢修維護(hù)通道、遠(yuǎn)機(jī)位登機(jī)口)應(yīng)是安防重點(diǎn)考慮區(qū)域。

對(duì)于托運(yùn)行李流程(類(lèi)似于旅客進(jìn)出港流程)，托運(yùn)行李的交付、安檢、存儲(chǔ)、傳輸、裝載及卸載過(guò)程全程均需設(shè)置視頻監(jiān)控，防止任何人將未經(jīng)檢查的物品繞過(guò)安全檢查直接放入旅客托運(yùn)行李。

考慮航站樓內(nèi)重要設(shè)備機(jī)房以及控制中心對(duì)航站樓乃至機(jī)場(chǎng)的安全運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用，對(duì)于上述區(qū)域的防盜、非授權(quán)入侵、違規(guī)操作也是視頻監(jiān)控的重點(diǎn)。航站樓內(nèi)可能設(shè)置的重要設(shè)備機(jī)房包括信息機(jī)房、中心電房、暖通送回風(fēng)機(jī)房以及給水用房等，重要控制中心包括航站樓運(yùn)控中心、安全保衛(wèi)指揮中心、安檢監(jiān)控中心、消防控制中心、樓宇控制中心、廣播室等。

基于上述分析，視頻監(jiān)控系統(tǒng)攝像頭的設(shè)置應(yīng)滿(mǎn)足對(duì)航站樓內(nèi)重點(diǎn)監(jiān)控區(qū)域的覆蓋要求。

對(duì)于可能對(duì)航站樓空防安全及公共安全產(chǎn)生重大影響的區(qū)域應(yīng)設(shè)置高質(zhì)量視頻監(jiān)控，用于確定可疑人員身份，并確定可疑人員在安防紅線上卡口出現(xiàn)的時(shí)間，結(jié)合其他區(qū)域視頻監(jiān)控確定可疑人員活動(dòng)狀況及行動(dòng)軌跡。對(duì)于重點(diǎn)區(qū)域應(yīng)靜態(tài)持續(xù)覆蓋，有條件的情況下可設(shè)置多重覆蓋。圖像應(yīng)能清晰反映人的臉部正面特征，圖像清晰度可滿(mǎn)足人臉特征識(shí)別的要求。這些區(qū)域包括但不限于：(1)防爆安全線上的卡口：航站樓出入口；(2)控制區(qū)紅線上的卡口：安檢驗(yàn)證臺(tái)、安檢門(mén)、返流通道、連通空側(cè)和陸側(cè)的檢修通道、疏散通道、燃料通道、綜合管廊等的出入口等；(3)空陸側(cè)隔離紅線上的卡口：登機(jī)口、到達(dá)口、登機(jī)廊橋出入口、活動(dòng)端、側(cè)梯門(mén)等；(4)核心設(shè)備區(qū)、控制中心等要害部位出入口；(5)值機(jī)柜臺(tái)、大件行李托運(yùn)柜臺(tái)；(6)小件行李寄存處；(7)電梯轎廂。

對(duì)于控制區(qū)紅線附近的其他重點(diǎn)區(qū)域，以及其他一定程度影響空防安全以及公共安全的區(qū)域，應(yīng)對(duì)該區(qū)域內(nèi)的人員活動(dòng)及行動(dòng)軌跡進(jìn)行監(jiān)控，以利于航站樓整體安防態(tài)勢(shì)的控制。對(duì)于上述重要區(qū)域應(yīng)實(shí)施靜態(tài)持續(xù)全覆蓋視頻監(jiān)控，圖像應(yīng)清晰可辨，圖像質(zhì)量應(yīng)能滿(mǎn)足對(duì)監(jiān)控范圍內(nèi)人員基本特征進(jìn)行識(shí)別的要求。這些區(qū)域包括但不限于：(1)航站樓前人行道、車(chē)道邊(車(chē)牌識(shí)別)；(2)航站樓內(nèi)公共活動(dòng)區(qū)、電梯口、衛(wèi)生間門(mén)前；(3)托運(yùn)行李的交付、安檢、存儲(chǔ)、傳輸、裝載及卸載涉及到的區(qū)域；(4)行李開(kāi)包檢查區(qū)域；(5)可以俯視航空器活動(dòng)區(qū)、安檢工作現(xiàn)場(chǎng)的陸側(cè)區(qū)域；(6)重要工作區(qū)域和與公共區(qū)域的隔離設(shè)施；(7)自動(dòng)扶梯。

對(duì)于對(duì)航站樓安防可能產(chǎn)生一定影響的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)可能發(fā)生一般安防事件的區(qū)域，但不影響航站樓整體安防態(tài)勢(shì)的，如候機(jī)隔離區(qū)等。對(duì)于該類(lèi)型區(qū)域的監(jiān)控圖像質(zhì)量應(yīng)能夠?qū)θ藛T進(jìn)行辨識(shí)，可采用靜態(tài)全覆蓋視頻監(jiān)控，也可設(shè)置球機(jī)實(shí)施動(dòng)態(tài)全覆蓋。

對(duì)于其他區(qū)域，視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)置應(yīng)能夠檢測(cè)人員活動(dòng)。此外，對(duì)于安防外其他監(jiān)控目的的視頻監(jiān)控，其攝像頭的設(shè)置應(yīng)根據(jù)具體需求酌情考慮，但不建議與安防重點(diǎn)區(qū)域的視頻監(jiān)控?cái)z像頭共用。不同監(jiān)控目的包括：(1)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控：如火情監(jiān)控、登機(jī)橋靠橋撤橋過(guò)程；(2)商業(yè)分析：如商業(yè)熱點(diǎn)、客流統(tǒng)計(jì)、VIP候機(jī)室定制化服務(wù)、商鋪收銀、貨柜防盜。

3 攝像頭視野分析

對(duì)攝像頭視野進(jìn)行分析需根據(jù)可供安裝攝像頭的環(huán)境，結(jié)合攝像頭需覆蓋區(qū)域的圖像質(zhì)量要求、俯仰角度、覆蓋區(qū)域?qū)挾?、安裝位置與監(jiān)控目標(biāo)的距離、安裝高度、可供選擇的攝像頭圖像傳感器尺寸、攝像頭分辨率及鏡頭焦距等進(jìn)行綜合分析。

3.1 視頻圖像質(zhì)量量化分析

為實(shí)現(xiàn)針對(duì)航站樓內(nèi)不同區(qū)域的安防監(jiān)控視頻圖像質(zhì)量要求，根據(jù)現(xiàn)有主流安防廠商產(chǎn)品及航站樓視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，視頻監(jiān)控系統(tǒng)的視頻圖像質(zhì)量可以量化為五類(lèi)。

(1)人臉特征識(shí)別：圖片的質(zhì)量和細(xì)節(jié)能夠從法律意義上證明某人的身份“毋庸置疑”。常見(jiàn)的技術(shù)手段為“人臉識(shí)別”，該級(jí)別圖像能夠基于人的臉部特征信息進(jìn)行身份識(shí)別。依照國(guó)際行業(yè)做法，當(dāng)視頻圖像質(zhì)量達(dá)到400 px/m 即可進(jìn)行人臉識(shí)別，而當(dāng)監(jiān)控環(huán)境不良時(shí)視頻圖像質(zhì)量需要達(dá)到500 px/m。不良監(jiān)控環(huán)境包括照明不足，人員、物體和車(chē)輛高速行駛等因素。而依照國(guó)內(nèi)規(guī)范要求，用于人臉識(shí)別的圖像兩眼之間需至少30 px/m，考慮成人瞳間距為58～64mm，用于人臉識(shí)別約為500 px/m。

(2)基本特征識(shí)別：傳統(tǒng)上身份識(shí)別是以法院可接受的方式識(shí)別一個(gè)人的能力。考慮把整個(gè)人都包含在圖像中時(shí)，識(shí)別并不僅僅基于人的面部，還包括整個(gè)人的體態(tài)、服飾以及行為特征?？紤]特征識(shí)別時(shí)，圖像質(zhì)量需達(dá)到180px/m。

(3)辨識(shí)：該級(jí)別圖像的質(zhì)量達(dá)不到人體特征識(shí)別的要求，但綜合圖像中反映的細(xì)節(jié)以人的行為習(xí)慣以及圍繞事件的一些活動(dòng)，監(jiān)視人員能夠識(shí)別其熟悉的某人，或者確定某人是一張不熟悉的面孔。針對(duì)該級(jí)別圖像質(zhì)量要求達(dá)到80px/m。

(4)檢測(cè)：當(dāng)發(fā)生安防事件時(shí)，監(jiān)視者將能夠從畫(huà)面中確認(rèn)特定人員是否在場(chǎng)。對(duì)于畫(huà)面中存在的特定人員的檢測(cè)，不需要看清人臉。針對(duì)該級(jí)別圖像質(zhì)量要求達(dá)到40px/m。

(5)監(jiān)視：基于該質(zhì)量的視頻圖像可用于觀察交通流量或人的移動(dòng)，不需要識(shí)別單個(gè)數(shù)據(jù)流運(yùn)動(dòng)。針對(duì)該級(jí)別圖像質(zhì)量要求達(dá)到16px/m。

3.2 攝像頭安裝要求

攝像機(jī)安裝位置應(yīng)確保攝像機(jī)自身不受破壞，根據(jù)具體安裝環(huán)境選擇天花安裝、墻面安裝或支架安裝。安裝位置應(yīng)與航站樓內(nèi)裝修相協(xié)調(diào)，避免影響整體美觀。攝像機(jī)應(yīng)避免直射室外，同時(shí)遠(yuǎn)離照明燈具，盡量減少人工照明產(chǎn)生的眩光。選擇安裝位置時(shí)應(yīng)注意與門(mén)、柱、梁的關(guān)系，同時(shí)選擇合適高度，避免固定障礙物及移動(dòng)障礙物對(duì)攝像機(jī)視野的遮擋。

當(dāng)在值機(jī)廳等大空間安裝時(shí)，由于沒(méi)有可依附的墻體，可結(jié)合廣告屏、航顯屏、標(biāo)識(shí)牌、值機(jī)島、幕墻龍骨、物理隔斷支撐桿及問(wèn)詢(xún)臺(tái)等安裝，或在不影響車(chē)流、人流以及監(jiān)控目標(biāo)要求的前提下單獨(dú)采用支架安裝。

3.3 傳感器及其分辨率的選擇

目前圖像傳感器有兩種，CCD(電荷耦合)元件和CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物導(dǎo)體)元件，其中主流傳感器為CMOS，下文以16∶9畫(huà)幅比例的CMOS傳感器進(jìn)行分析。

由于航站樓對(duì)于視頻圖像質(zhì)量的要求通常在辨識(shí)及以上，通常采用1080p及以上分辨率攝像頭。分辨率的選擇主要考慮監(jiān)控場(chǎng)景對(duì)圖像質(zhì)量的要求以及所監(jiān)控場(chǎng)景寬度，傳感器水平像素?cái)?shù)應(yīng)按式(1)計(jì)算：

ρ=Pw/W

(1)

式中，Pw為所選傳感器的水平像素?cái)?shù)，單位為像素，px；W為攝像頭所監(jiān)控場(chǎng)景寬度，m；ρ為目標(biāo)視野單位長(zhǎng)度像素密度，px/m。

基于式(1)，可得出不同分辨率傳感器在滿(mǎn)足特定圖像質(zhì)量級(jí)別(即目標(biāo)像素密度)情況下所能監(jiān)控的場(chǎng)景寬度，如表2所示。

常規(guī)分辨率傳感器視野寬度 表2

由于安裝條件限制無(wú)法對(duì)特定區(qū)域需采用多個(gè)1 080p攝像機(jī)進(jìn)行綜合覆蓋時(shí)，可采用4K及以上超高清攝像機(jī)替換多個(gè)1 080p攝像機(jī)，而不降低對(duì)特定區(qū)域覆蓋的圖像質(zhì)量要求。但選擇超高清攝像頭時(shí)，應(yīng)注意超高清攝像頭對(duì)于光照條件的更高要求。

3.4 安裝距離及高度的確定

攝像頭安裝距離及安裝高度需根據(jù)室內(nèi)建筑布局及層高確定。攝像機(jī)安裝距離及安裝高度應(yīng)滿(mǎn)足式(2)要求：

(2)

式中，L為攝像頭安裝位置與視頻采集對(duì)象之間的距離，m；A為光軸與水平線俯仰角度，°(當(dāng)圖像用于人臉識(shí)別時(shí)，俯仰角度宜在0～10°，應(yīng)≤18°)；H1為攝像機(jī)安裝高度，m(航站樓內(nèi)攝像機(jī)室內(nèi)安裝高度應(yīng)≥2.0m，室外安裝高度應(yīng)≥3.5m)；H2為監(jiān)控目標(biāo)高度，m(航站樓環(huán)境旅客及工作人員平均身高取1.7m，針對(duì)安檢機(jī)進(jìn)出口高度取0.8m)。

3.5 攝像頭焦距的確定

根據(jù)式(3)確定攝像頭焦距：

(3)

式中，f為攝像頭焦距，mm；w為攝像頭圖像傳感器靶面實(shí)測(cè)寬度，mm；W為采集圖像周?chē)鷧^(qū)域視野空間水平實(shí)測(cè)寬度，m。

3.6 以安檢通道為例進(jìn)行視野分析

下面以航站樓常見(jiàn)安檢通道為場(chǎng)景進(jìn)行視野分析，在進(jìn)行分析之前，需對(duì)安檢通道場(chǎng)景進(jìn)行分析。

安檢通道用于為旅客提供手提行李及人身安檢，安檢通道通常為狹長(zhǎng)形通道，其照明通常>300lx， 具有較好的照明條件。依據(jù)相關(guān)規(guī)范，安檢通道需要監(jiān)控的場(chǎng)景、監(jiān)控目的以及各場(chǎng)景對(duì)于視頻圖像質(zhì)量要求如表3所示。

典型安檢通道攝像機(jī)視野要求 表3

由于監(jiān)控場(chǎng)所為固定狹長(zhǎng)型，應(yīng)選擇固定槍式攝像頭用于安檢通道的監(jiān)控，鏡頭選擇固定焦距鏡頭。CMOS傳感器尺寸采用主流16∶9畫(huà)幅1/3″尺寸，分辨率為1 080P，其對(duì)應(yīng)的傳感器靶面寬度w為5.38mm。同時(shí)由于安檢通道大多采用隔斷與旅客公共區(qū)及隔離候機(jī)區(qū)進(jìn)行隔離，攝像頭安裝條件有限，通常結(jié)合隔斷采用支架安裝?？紤]安檢通道為人員密集場(chǎng)所，應(yīng)特別注意前方排隊(duì)旅客對(duì)安檢監(jiān)控區(qū)域攝像頭視野的遮擋，攝像頭安裝高度不能過(guò)低。采用IP Video System Design Tool視頻監(jiān)控系統(tǒng)分析軟件進(jìn)行分析。

根據(jù)安檢通道安裝條件、所需覆蓋視野寬度，運(yùn)用上述式(1)～(3)，可得出對(duì)于監(jiān)控目標(biāo)的像素密度、安裝俯仰角度及焦距，如表4所示。

攝像頭安裝要求及參數(shù)選擇 表4

通過(guò)上述分析，各攝像頭滿(mǎn)足視野覆蓋要求，攝像頭1和5滿(mǎn)足對(duì)于旅客人臉特征辨識(shí)的要求，攝像頭2～4滿(mǎn)足對(duì)于進(jìn)出安檢機(jī)傳送帶物品及開(kāi)包臺(tái)開(kāi)包細(xì)節(jié)的監(jiān)控要求。

4 結(jié)束語(yǔ)