Discussion on the Design of Intelligent Periphery Security System for Airport Flight Zone

邱冬莉 / 魏 旗

(中国航空规划设计研究总院有限公司，北京 100120)



Discussion on the Design of Intelligent Periphery Security System for Airport Flight Zone

机场飞行区智能周界安防系统设计探讨

邱冬莉 / 魏 旗

(中国航空规划设计研究总院有限公司，北京 100120)

The fence security system design scheme of a domestic airport is analyzed, and the structure and application of the new intelligent fence security system are introduced. The subsystems of intelligent fence security system are mainly elaborated, what include the vibration of intrusion detection system based on the sensor network, radar video surveillance system (RVS), video monitoring system and broadcasting system. Through the network integration of the subsystems, the goal of the airfield fence intelligent monitoring is achieved.

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0 引言

一直以来，民航机场的安全防范主要分为航站区安防监控系统和飞行区周界安防系统两部分。随着民航机场吞吐量的增加和起降飞机等级的增大，机场跑道和机坪的面积也逐渐扩大，为保证机场空防和地面人员的安全，飞行区周界安防系统作为第一道防线，作用十分重要。

传统的周界安防主要包括红外对射、脉冲电子、泄露电缆及振动光缆(电缆)等技术，但这些传统技术普遍存在误报率较高、安全性差、环境适应性弱等缺点，随着现代计算机技术、通信技术的快速发展及物联网概念的问世，使得多元化、智能化的周界安防系统应运而生，这种系统采用多技术协同探测、融合算法、可根据气象数据智能分析、结合视频联动、广播报警等，功能丰富、可靠性强，已经在国内外多个大型机场得到了验证。本文以国内某国际机场为例，对飞行区智能周界安防系统进行分析探讨。

1 机场飞行区智能周界安防系统设计

1.1 系统总体方案

飞行区智能周界安防系统采用现代多媒体技术及数字化监控技术，形成先进的数字化、智能化、网络化周界安防系统，通过统一的通信网络平台和管理软件将中央监控室设备与各子系统设备联网，实现由监控中心对全系统进行信息集成的自动化管理。子系统包括基于物联网的MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)振动入侵报警系统、移动目标雷达探测及热成像扫描系统、视频监控系统及广播报警系统。飞行区智能周界安防系统框架图如图1所示。

图1 飞行区智能周界安防系统框架图

根据不同飞行区域的地理环境和人员行动特点，采用多种检测手段和复合技术实现安防监控应用。环境复杂的航站楼、货运库、维修机库围界较为曲折多变，容易受车辆、人员影响，入侵防御以点防为主，需选用成本低、灵敏度及精度高、智能化集成的MEMS振动探测系统结构，在金属围界和部分实体墙上安装围栏探测器和砖墙探测器。在空旷的跑道围界区域，防护区广阔平坦，可选用移动目标探测雷达、该设备可靠性高，能够有效减少工作人员排查设备故障次数的移动目标探测雷达。飞行区围界上按一定距离安装日夜转换固定式数字彩色摄像机和日夜转一体化球型彩色摄像机，在雷达附近安装热成像及超视距彩色摄像机对入侵目标进行跟踪。沿着围界布置广播扬声器，实时语音告警。通过四个系统的集成达到实时监控不法分子的入侵，及时警告进入周界附近的人员，以避免造成对机场内设施的破坏和对人员的伤害。

1.2 系统设计

1)MEMS振动入侵报警系统

图2 MEMS振动入侵报警系统框图

基于物联网技术的MEMS振动入侵报警系统(见图2)主要包括前端探测和后台服务器两部分。其中，多个部署在围界上的前端探测器连接到一个区域融合控制器，后者通过以太网连接到后台服务器，气象采集设备同样通过以太网连接到后台服务器。系统后台服务器具有接收前端探测器的报警数据和气象数据、分析设备的故障信息、对报警数据和气象信息等数据进行融合、判断是否报警并给出报警结果等功能。采用物联网技术，能够将机场基础设施和IP网络设施结合起来管理，一方面是机场、道路和建筑物的安防需求，一方面是数据中心和网络的应用，两者的结合不仅节省了人工成本，也促进了机场管理迈向智能化。

前端探测分为安装在围栏上的围栏探测器(安装示意图见图3)和安装在墙砖上的砖墙探测器(安装示意图见图4)。探测器使用MEMS传感器采集和识别围界振动信号。与传统的传感器相比，采用微电子和微机械加工技术制造出来的MEMS传感器具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、易于集成和实现智能化的特点。将探测器安装在每个围栏立柱上，入侵报警定位精度可达3m。每个探测器都是独立的报警单元，所有报警单元组成全围界振动状态的实时状态监控系统。当某个探测器内部发生故障时，不会导致总线故障，且节点故障状态会在后台软件及时更新。当线缆短路时系统会发出防区故障报警信号，通信线缆被剪断时，系统可精确定位线缆被破坏点。前端探测器的这些特征节约了机场复杂区域围界安防的成本，提高了精度，具有较高性价比。

图3 围栏探测器安装示意图

图4 墙砖探测器安装示意图

在后台服务器上运行的防入侵智能报警软件，能够接收到前端探测器数据并输出报警结果。系统软件采用智能区域融合算法，通过接收和处理所有探测器的现场信息数据，最大限度排除飞行区周边车辆振动、无意触碰等干扰。为了有效减少机场附近极端天气带来的干扰，探测器利用空间和时间算法融合区域内探测器数据，同时还借助风速、风向等传感器感知的数据进行数据融合，自动调整报警检测的特征参数。

2)移动目标雷达探测及热成像扫描系统

移动目标雷达探测及热成像扫描系统由系统服务器和前端雷达组成。系统服务器接收到雷达的报警信号，经过处理后直接发送命令给热成像及超视距彩色摄像机，对可疑目标进行实时跟踪。移动目标雷达安装示意图见图5。

图5 移动目标雷达安装示意图

移动目标雷达探测系统采用RVS(Radar Video Surveillance，雷达视频监控)技术，对人员有效探测距离为1 000m，对车辆的有效探测距离为1 454m。机场飞行区跑道的空旷围界长度约为5 500m，根据有效探测距离，平均布置3台雷达即可进行有效防范。该雷达工作频段为76～77GHz，属毫米波雷达，发射功率最大为15mW，扫描频率216°/s，最小安全距离为0.36m。经有关机场使用部门测试，该雷达设备在运行期间对机场盲降系统、航班正常起降和空管通讯没有影响。

RVS技术采用扫描式探测，其覆盖的范围能同时探测≥10个的入侵目标，且雷达覆盖范围内的10个入侵目标可连续、不间断、不干扰地进行追踪显示。雷达覆盖范围内的摄像机除了能进行基本的复核外，还能对入侵者入侵后的轨迹进行连续式追踪，或者多目标间的切换追踪。用户可以选择主要追踪目标，但是随着摄像机对主要目标进行追踪的同时，其他入侵目标不会因摄像机的数量问题而在地图上丢失目标。

机场飞行区空旷区域面积广，距离机场安防管理监控中心较远，天气变幻多样，采用高性能、高分辨率、极低误报率(24h内仅有一次误报)的雷达探测技术，可大大减少管理人员排查故障的工作量，而且其准确性不会因为天气、光照或是其他环境因素的改变而变化；也不受小动物引发的虚假警报影响，能够定位和跟踪围栏外闯入者，并且可识别其攀越围栏；当中间没有阻挡物时，该雷达还能探测相邻陆域或水域的情况。

3)安防视频监控系统

入侵报警系统需要与视频进行联动，在报警发生时自动切换报警防区的视频监控图像，并显示在大屏幕上，进行报警后的视频复核。因此在机场飞行区围界的围栏和围墙处每隔约100m设置一台720P日夜转换固定式数字彩色摄像机，采用追尾跟踪和入侵报警联动控制对企图跨越周界围栏或围墙的行为进行监控；利用照明灯光补光达到24h实时监控的功能，每隔约500m设置1080P日夜转一体化球型彩色摄像机一台，用于对闯入者的继续跟踪；在机场飞行区随雷达设置热成像及超视距彩色摄像机，摄像机可通过雷达控制跟踪入侵目标，实现实时监控。

前端数字摄像机通过光纤网络将视频信息传输至机场安防监控中心进行视频显示和处理。由于使用IP摄像机，数字视频信号无需编码和解码，可直接传输至视频服务器，如发生非法入侵，安防监控中心屏幕上会显示报警图像，同时联动前端带云台摄像机转到相应报警预置位，并在安防监控中心电视墙上显示。安防视频监控系统框图见图6。

图6 安防视频监控系统框图

4)广播报警系统

广播报警系统的主要作用是对入侵行为进行阻止，机场围界的广播同时具有信息发布及广播讲话等功能。根据机场围界每个区域不同内容的播放要求，系统采用IP数字智能音频广播系统，在地形复杂多变的建筑物空侧，每隔100m背靠背安装两台40W室外防水号角扬声器；在空旷的跑道围界区域设置3台600W高音室外号角扬声器，安装在雷达附近，可随热成像摄像机转动。

当确认有人正在非法进入禁区时，安防报警处理系统通过协议联动广播系统，告知广播系统报警防区信息。广播系统主机自动打开报警语音，将语音或人工广播通过音频网络适配器传输至报警分区现场。同时控制打开相关区域的功率放大器和分区控制器进行自动广播，播报内容为事先录制好的警示语。当报警事件处理完后，可通过围界报警管理主机在管理中心手动关闭广播。

如果没有报警，视频监控弹出可疑现象，中控室可通过广播管理主机，手动打开防区广播及相应的扬声器通路，并由中央控制室内人员通过话筒对外直接喊话。

2 结束语

本文所设计的安防系统环境适应性强，适合在极端天气较多的地区使用；相比较传统技术而言，可靠性强、误报率低、防入侵效果明显；系统采用雷达技术，实时性高，能够减轻围界巡逻压力，提高防御和抓捕效率；系统后端采用统一通信网络系统，采用数字化、集成化管理，简化系统结构，便于排查问题，实现智能化联动控制；系统安装简单、维护方便，日常巡检人员即可完成维护工作。

无论从全球发展趋势还是我国经济结构转型的角度出发，我国经济社会对民航机场的需求都处于上升时期，因此，我国有着巨大的飞行区周界安防市场，随着通信技术和微电子技术的成熟，新一代的飞行区周界安防系统使得设备间能够直接通信、交互、协作，安全防范更加全面，必定会得到大规模的推广和应用。未来的飞行区周界安防，将会朝着网络化、数字化、智能化及多种手段相结合的方向发展，把周界安防系统提高到一个新的水平。

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Qiu Dongli / Wei Qi

通过对国内某机场飞行区周界安防系统设计方案的分析，阐述了新一代智能化周界安防系统的构成及应用。重点分析了该智能化周界安防系统组成的各子系统，包括基于物联网的MEMS振动入侵报警系统、移动目标雷达探测及热成像扫描系统、安防视频监控系统及广播报警系统。通过各子系统的网络融合，实现了飞行区周界智能化监控的目标。

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