面向机场跑道智能视频监控系统设计和实现

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1、面向机场跑道智能视频监控系统设计和实现　　摘要：为解决目前机场跑道视频监控智能化程度低、监控结果受人为因素影响较大的问题，结合多目标跟踪技术和轨迹分析技术，设计并实现了基于Client/Server网络架构的面向机场跑道的智能监控系统。服务器端可设置监控规则并显示相应的告警信息，客户端则负责对场景中的飞机进行跟踪获取运动轨迹，然后分析飞机是否违反规则并发送告警。系统在满足实时性的要求下，达到了智能监控的目的。关键词：机场跑道；多目标跟踪；轨迹分析；智能监控；Client/Server网络架构中图分类号：TP319文献标识码：A文章编号：1672-7800（2014）003-0

2、114-030引言7随着经济的不断发展，航空运输业的货运量和客运量均在快速增长。通过增建跑道提升机场运行能力的方式往往受制于地理环境因素而无法展开，导致机场跑道的运行压力越来越大，使得机场调度愈发复杂，调度指令的正确性、及时性以及能否被正确执行都难以得到保证，因飞机上错跑道、违规停机、飞机互碰、飞机与车辆相撞等严重影响跑道运行效率和安全的情况时有发生。为了能够更好地对机场跑道进行控制，机场普遍安装了覆盖跑道的网络摄像头，并通过传统的视频监控方式对机场跑道进行安全监控，但该方式需要大量的人力资源，而且人工监控无法顾及所有监控场景，并且难以保证监控者长时间集中注意力，从而使得跑道

3、的状况常常无法被实时、准确地掌握，进而难以有效地减少甚至避免事故发生。为解决目前机场跑道视频监控智能化程度低、监控结果受人为因素影响较大等问题，有必要开发一款针对机场跑道的可自定义规则的智能监控实时告警系统，用以辅助塔台工作人员对机场跑道上的飞机进行实时监控，并对其中违反规则的飞机进行告警。1系统总体设计机场跑道通常不止一架飞机在运动，故在对跑道进行基于视频的智能分析监控时，需要结合多目标算法获取飞机运动轨迹，并通过轨迹分析判断飞机是否违反规则。对跑道的监控通常是全方位多视角的，即视频分析处理的视频数据很大，加上算法本身的运算量也很大。因此，本文设计的智能监控系统采用的是客户

4、端-服务器模式的网络架构，由部署在塔台的服务器端（监控端）和部署在机房的客户端（数据处理端）组成。7该系统的总体架构如图1所示。其中，服务器端由位于机场塔台的监控人员负责，主要获取跑道各个摄像头的监控视频，以便于监控人员能够方便直观地了解各个场景的情况，同时服务器端可以针对各个场景设置不同的规则（如警戒区入侵、非法运动轨迹等），一旦飞机违规，便能够接收来自客户端的告警，并向监控人员显示告警；客户端则主要负责对视频数据进行分析，其主要利用多目标跟踪算法获取机场各场景中飞机的运动轨迹，然后结合轨迹分析技术和监控人员设置的飞机行驶规则判断飞机是否违规，最后将相应的告警通过网络发送到

5、服务器端。2服务器端服务器端面向的是机场塔台的监控人员。当服务器运行时，会通过网络接收所需的多路（或单路）视频流并显示在界面上。同时监听客户端发送的告警信息，一旦有告警信息，就将相关告警显示在对应的视频上，并加入告警列表。此外，监控人员也可以对各个监控场景设置规则，规则会通过网络发送到相应的客户端。服务器的主要功能包括多路视频显示、规则设置以及告警信息显示等。服务器端界面设计如图2所示。服务器端功能具体如下：（1）多路视频显示。服务器端主要供机场监控人员负责，因此服务器端必须能够同时接收并显示多路视频。7（2）用户定义规则。监控系统支持用户自定义规则，达到针对不同的监控场景实

6、现相应的监控效果。目前，适用于机场的规则主要包括警戒区入侵、穿越绊线、非法运动轨迹、非法滞留以及非法停机等。在服务器端，用户可以针对不同的场景通过鼠标拖动的方式方便地设置规则，每个场景可以同时设置多个不同的规则。规则设置后，由服务器端通过网络将规则发送给相应的客户端。（3）告警信息显示。客户端在检测到有飞机违反规则时，会将相应的告警信息通过网络发送到服务器端，服务器端可根据告警规则的不同进行差异告警，并将告警信息加入到告警列表，同时会保存出现告警信息的相关视频帧，方便用户事后取证。3客户端客户端的主要工作是对视频进行分析，首先通过网络接收来自单路摄像头的视频帧，然后对场景中出

7、现的飞机进行跟踪，最后通过分析其运动轨迹判断飞机是否违反了用户定义的规则，并将相关结果发送到服务器端。其算法流程如图3所示。3.1目标提取7在进行多目标跟踪前需要对场景中出现的目标进行检测。目前存在的基于特征（如形状、纹理、颜色等）的目标检测算法大都存在实时性差、准确率低等问题，难以达到实时检测的效果，且随着拍摄角度的不同（如飞机的正面和侧面），飞机所呈现出的特征差异较大（如形状、尺度等），难以找到鲁棒的、有鉴别力的特征。但机场跑道上很少出现其它目标，且背景相对简单，因此使用背景建模提取前景目标的方法能