基于物联网技术的机场视频感知应用研究

摘 要：由于传统安防体系的技术限制，现有安防系统仍局限于基础的安防业务，其智能化程度和准确率都有待提高。随着物联网技术的发展，结合物联网技术与安防技术为安防提供了一个新思路。文章对机场安防视频监控系统进行分析，从机场业务需求出发，将物联网技术与视频监控系统有机结合，具体包括密集人群探测、人员位置精准定位、车辆运行轨迹跟踪、托运行李运输跟踪、动力环境信息综合显示和反向控制等诸多方面，深入探讨基于物联网技术的机场视频监控为机场管理流程带来的全新提升，进而获得更多的安全效益。

关键词：物联网，RFID，视频感知，视频监控

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）30-0040-03

1 概 述

作为新一代信息技术的重要组成部分，物联网是将各类信息设备（如：RFID射频识别装置、各种传感器、GPS或北斗定位系统等）、无线传输技术和互联网技术相结合，按照约定的协议，实现相关物品的信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络技术[1]。作为互联网的一种应用拓展，物联网发展的核心是应用创新。

视频监控系统是安防系统的核心组成部分，可以为用户提供现场实时、直观的视觉及听觉信息，并对音视频信息进行存储记录便于事后追溯；与其他安防系统如门禁系统、周界报警系统等进行信息联动。机场作为高风险等级防护的场所，各类机场都进行了包括视频监控系统在内的安防体系建设，并且发挥巨大的作用。然而，现有的安防系统仍局限于基础的安防业务，如越界告警、出入口控制、音视频图像采集记录等，而且受相关技术的限制，智能化程度或准确率有待提升，比如视频图像的智能运用、周界防范报警的误报等[2]。将新一代物联网技术与安防技术相结合，为机场安防提供了全新的解决思路，便于发掘出基于机场业务关联的“泛安防业务”，以及规避安防系统的某些技术缺陷。

物联网和视频监控在机场的工程实施、技术使用、业务应用上有很多结合点，并且视频监控是机场安防体系的核心业务系统和相关安防子系统的互联中枢系统。因此，通过物联网与视频安防的结合形成新型的视频感知安防系统，将能更好地促进机场安防体系的建设，使得安防系统更加智能化。以下，将从物联网基本特征及组成、视频感知网机场业务应用等方面对视频感知物联网进行详细阐述。

2 物联网基本特征及组成

2.1 物联网的主要特征

①全面感知。

利用RFID、传感器、二维码等随时获取物体的信息；

②可靠传递。

通过各种专业网络与互联网的融合，将物体的信息实时准确地传递出去；

③智能处理。

利用云计算、模糊识别等智能计算技术，对海量数据和信息进行分析和处理，对物体实施智能化控制。

可见，物联网首先要实现物体的全面感知，通过前端摄像头、传感器、移动设备等工具实现物体的“可视化”，通过目前已成熟的宽带、移动通信以及专用网络进行远程的信息传递，最终通过大数据分析、以及各种数据挖掘技术的应用实现对前端物体的智能化分析。

2.2 物联网架构

通过对物联网基本特征的分析，从技术架构上物联网可分为感知层、网络层和应用层三个层面，物联网的具体架构如图1所示。

2.3 物联网感知层设备的组成

①传感器。

主要包括温度、湿度、风力、水浸等环境数据传感器，通过电流信号变化、开关量信号等形式反映环境数据，一般由环境动力主机进行管理和数据上传，工作原理如图2所示。

②RFID射频识别。

由射频标签、读写器、中间件设备、名称解析服务器及信息服务器组成。读写器识别射频标签上的编号，通过中间件设备将采集信息传送到名称解析服务器和信息服务器进行编号信息转换、相关信息映射并对外提供处理后的信息服务，工作原理如图3所示。

③其它前端感知技术。

除了传感器和射频装置外，前端感知技术还有基于红外技术的感应器、激光扫描器、基于Wifi技术的感应器、基于UWB技术的感应器以及基于ZigBee技术的感应器，这些感应器通过网络结合起来形成一个巨大网络，将感知物体连接在一起可以自动、实时的对物体进行识别、定位。

3 基于视频感知物联网架构

视频感知物联网是由视频传感器（摄像头）、数据传输部分（包括无线网络、视频专网、电信网络等）、智能信息处理及识别部分以及应用等部分构成。视频感知通过传感去获取图像、图片等信息，然后进行视频标签的提取包括对目标的分类（人、车、物），通过网络的传输与信息处理分析，建立起跨摄像头、事件、控件的视频标签的提取与关联。

视频感知物联网是视频监控网络与物联网的有机融合，根据机场航站楼、飞行区以及公共区占地面积大、立体空间大的特点，在工程实施时需要布放大量的摄像头与物联网传感器。因此，可考虑将物联设备与视频摄像头充分进行整合，利用视频的专网传输，以达到快速有效的收集各种前端信息。 基于视频感知物联网的架构如图4所示。

前端传感器包括摄像头、射频门禁卡、震动传感器、WIFI以及蓝牙等设备。视频摄像头通过视频分析技术可以获得物体特征、人员的生物特征、人员密度、行进方向等信息，而其余这些传感器可以获得相对精确的对人员定位信息、物体定位及移动信息、环境信息、人员密度、人员流向等信息，感知层对这些信息采用前端分布式处理并分类存储，对经过处理的视频分析结果以及各种传感器分析的结果通过应用层的视频应用平台、大数据平台进行事件的关联性分析以及数据的深度挖掘，实现人、车、物的精确定位及可视化，同时能够在GIS应用对运行事态、安全事件等进行展示。

前端传感器在工程实施时可以考虑与视频摄像头采取融合方式，如蓝牙感应设备、WIFI设备可以同摄像头进行整合，方便工程实施。

另外摄像头与传感器之间也可通过无线网络形成微型视频感应系统如摄像头与温度传感器、摄像头与门禁等，通过物物相连使视频感技术知能够在更大的范围内产生作用，能够极大的促进机场的安全管理、提高运行服务水平。

4 机场业务

通过将物联网传感器与视频摄像头的融合可以实现面向旅客的密集人群探测、面向工作人员的精确位置定位、面向飞行区的服务车辆运行轨迹跟踪以及面向旅客的商业行为分析等功能

4.1 面向旅客密集人群探测

机场管理部门了解旅客在各区域的密集程度，可以提前合理调配登机口、安检口、服务窗口，减少区域人员过度情况的发生，提高服务质量。探测旅客人群密集程度，需要借助旅客所携带的电子设备，目前阶段主要为手机。借助手机的探测面临诸多问题：如大量的儿童未携带手机；基于移动通信基站的探测，精度差；基于机场提供的Wifi服务探测，存在部分旅客并不使用机场Wifi服务情况；基于社交软件（如微信）的定位服务，存在全球各国旅客使用不同社交软件及商业合作模式的问题。

因此，面向旅客的密集人群的探测，采用高点、广角摄像机的人群密度视频智能分析技术更为可行。

4.2 面向工作人员的精确位置定位

机场管理部门可以强制要求工作人员携带某类便携电子终端设备，借助室内定位技术来较为精确的定位工作人员位置。在GPS/北斗定位系统可以覆盖的室内区域，可以借助定位系统来提供位置信息，由定位系统为视频监控系统提供位置信息，结合楼内电子地图，实现位置信息与相应位置摄像机的关联。在GPS/北斗定位系统无法覆盖的室内区域，摄像机内置蓝牙、iBeacon、ZigBee、UWB等服务端模块，工作人员携带相应的终端设备（如基于RFID或WIFI的门禁卡等），对各部门工作人员进行编号，可以较为精准的定位工作人员的位置信息，利用视频监控的有线网络通道传输数据。

视频监控与定位信息的应用结合：

①视频监控系统中进行业务流程定制；

②相关管理人员的监控终端上显示视频时，可叠加工作人员编号信息；

③在视频录像同时，记录工作人员编号、位置、时间信息，并与相关摄像机关联；

④可用于管理部门进行人员在岗检查、考核；应急事件处置时，快速调度就近人员，远程可视化实时审查事件处理过程；

⑤视频录像和工作人员位置记录信息还可以通过视频录像处理技术，根据时空信息，摘取出多个摄像机的相关录像段，拼接出事件处置的视频证据链。

视频监控在精准位置定位中的应用如图5所示。

4.3 面向飞行区的服务车辆运行轨迹跟踪

飞行区的服务车辆需要严格按照规定路线运行，但是不时出现司机违规情况，为飞行器的安全运行带来隐患，需要加强服务车辆的规范运行管理。对行区的服务车辆，可以GPS/北斗定位系统进行精确的轨迹定位。在服务车辆上安装GPS/北斗终端设备，位置信息发送给机场飞行区GIS地图系统，可以在地图上实时显示服务车辆运行轨迹，在GIS地图上可以随时调看实时视频图像进行确认，监管服务车辆不按规定行车的行为；定位信息、车辆编号信息传送给视频监控系统，也可在视频监控的地图界面上显示服务车辆运行轨迹；视频监控系统保存相关信息，并与视频录像关联，后期可以通过视频录像处理技术，根据时空信息，摘取出路径上各摄像机的相关录像段，拼接出违规运行的视频证据链，为违规处罚提供确凿证据，如图6所示。

4.4 面向旅客的商业行为分析

商业行为分析主要针对机场航站楼内商铺，利用摄像机进行视频分析，分析模式包括人数统计、轨迹分析、滞留分析以及面向识别等，将这些数据进行综合汇总、统计，实现商场管理人员营销策略支持、经营中的问题分析、店员排班管理、促销策略、柜台布局策略支持等，如图7所示。机场店铺管理者需要的数据统计支持至少包括如下内容：

①顾客进入店铺的时间段精确统计，包括月、周、天、高峰小时等。

②顾客进入店铺的驻留情况等。

③结合POS数据，对航站楼区域进行分析统计。

④全方位评价品牌对客流的拉动作用。

5 总 结

目前，基于物联网的机场视频监控还处于建设探索和业务探索阶段。另外，从产业链角度，物联网和视频监控的结合也刚刚起步。物联网的各类技术具有不同的频段、检测距离、覆盖范围、能耗、设备成本；基于某个业务需求，可能有多项技术可以选择，技术的选择需考虑成本、布点位置及覆盖范围、避免与机场航管相关系统的信号冲突、移动终端的电池续航能力等诸多因素。在实践中可以在已建机场进行试点、验证，获得成功试点后，再对已建机场进行系统升级改造或在新建机场全面建设。

参考文献：

[1] 万群，郭贤生，陈章鑫.室内定位理论、方法和应用[M].北京：电子工业出 版社，2012.

[2] 潘国辉.智能高清视频监控原理精解与最佳实践[M].北京：清华大学出 版社，2014.