視頻技術(shù)下的機場場面監(jiān)視系統(tǒng)簡述論文

　　視頻技術(shù)即動態(tài)圖像傳輸，在電信領(lǐng)域被稱為視頻業(yè)務(wù)或視訊業(yè)務(wù)，在計算機界常常稱為多媒體通信、流媒體(下載像流水)通信等。視頻通信技術(shù)是實現(xiàn)和完成視頻業(yè)務(wù)的主要技術(shù)。以下是學(xué)習(xí)啦小編今天為大家精心準(zhǔn)備的：視頻技術(shù)下的機場場面監(jiān)視系統(tǒng)簡述相關(guān)論文。內(nèi)容僅供參考，歡迎閱讀!

　　視頻技術(shù)下的機場場面監(jiān)視系統(tǒng)簡述全文如下：

　　1 概述

　　機場場面監(jiān)視系統(tǒng)是飛行安全的有力保證，傳統(tǒng)的機場場面監(jiān)視主要以場面監(jiān)視雷達(dá)(SMR)為主，國內(nèi)的大型機場，如北京首都機場、上海浦東機場一般裝有完備的場面監(jiān)視雷達(dá)。但是隨著未來通航政策的開放，中小機場負(fù)擔(dān)不起這種高成本的場面監(jiān)視雷達(dá)，因此，作為在交通信息控制中廣泛使用的視頻監(jiān)視技術(shù)成為取代昂貴場面監(jiān)視雷達(dá)的有效工具。

　　視頻場面監(jiān)視技術(shù)是近年來興起的一種低成本的機場監(jiān)視技術(shù)。它主要通過為機場裝備高清攝像頭，為機場運行人員提供飛機的軌跡與方運行信息，使其準(zhǔn)確進(jìn)行決策。由于無需在航空器或地面運載工具上加載接收器，視頻技術(shù)比雷達(dá)技術(shù)更加的靈活，在機場附近，可以通過大量布置攝像頭實現(xiàn)原有SMR 的覆蓋。同時，對一些SMR 受限的區(qū)域，視頻技術(shù)也能夠進(jìn)行覆蓋并輔助運行人員進(jìn)行決策。

　　2 國外研究進(jìn)展

　　歐美發(fā)達(dá)國家通航開放較早，中小機場規(guī)模大，視頻技術(shù)得到了很大的發(fā)展，典型的項目有美國NASA 與德國DLR 合作的Rap-Tor 項目，瑞典SAAB 公司的遠(yuǎn)程塔臺項目。

　　在2006 -2007 年， 歐洲與美國的ATM 研究計劃SESAR、NEXTGEN 相繼明確了遠(yuǎn)程塔臺(RTC)概念與解決方案。傳統(tǒng)的塔臺空中交通管制是管制員在全角度視景下對飛機進(jìn)行引導(dǎo)控制，而遠(yuǎn)程塔臺控制中心(RAiCe)是在沒有直觀視景情況下中小型機場場面監(jiān)視的一種遠(yuǎn)程視景系統(tǒng)。由于中小型機場普遍缺乏先進(jìn)場面引導(dǎo)和控制系統(tǒng)(ASMGCS)，采用高精度的視頻技術(shù)成為取代ASMGCS的一種輔助場面監(jiān)視工具。

　　DLR 的Schmidt·M 小組在2006-2007 年在布倫瑞克機場針對RTO 系統(tǒng)進(jìn)行了試驗。他們根據(jù)模擬管制員決策過程明確了RTO 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與任務(wù)分析并進(jìn)行了模型分析。他們設(shè)計了RTO的系統(tǒng)框架，開發(fā)了180 度的視頻全景系統(tǒng)并作為RTO 系統(tǒng)中人機交互的核心。

　　M·Schmidt 的研究小組在此基礎(chǔ)之上，根據(jù)180 度塔臺視景系統(tǒng)的一些不足，在2009 年進(jìn)一步研究了低能見度的情況，引入了紅外線傳感器。另一方面，他們考慮加強利用圖像處理的功能，通過改進(jìn)算法獲取運動目標(biāo)軌跡將這套180 度的視頻場面監(jiān)視視景改進(jìn)為輔助決策系統(tǒng)。

　　國內(nèi)研究進(jìn)展

　　國內(nèi)視頻場面監(jiān)視技術(shù)發(fā)展相對較晚。2011 年，羅曉與盧宇結(jié)合DLR 的一些經(jīng)驗，提出采用多視頻融合的機場場面監(jiān)視方法，該方法的核心是利用圖像識別技術(shù)中的光流法計算運動場，用動態(tài)模糊聚類算法分析運動場，并用多視頻融合增強檢測精度，最后對仿真序列和機場視頻序列進(jìn)行了比較，他們用了三臺攝像機對成都雙流機場的場面飛機運行進(jìn)行了動態(tài)目標(biāo)檢測與識別，但是光流法的視頻場面監(jiān)視方法也存在缺陷，有時即使沒有目標(biāo)，在外部照明發(fā)生變化時，也可以觀測到光流，這在布滿了燈光系統(tǒng)的機場上容易出現(xiàn)誤判。另外，光流法在缺乏足夠的灰度等級變化的區(qū)域，實際運動往往觀測不到，而視頻場面監(jiān)視需要高精度的目標(biāo)檢測。最后，光流法以迭代的方法進(jìn)行計算，這種計算需要消耗大量內(nèi)容，因此需要特殊硬件的支持。

　　2013 年盧宇，吳宏剛，徐自勵繼續(xù)對多視頻融合的機場監(jiān)視方法進(jìn)行了研究，提出了一種基于視頻MLAT 的場面目標(biāo)監(jiān)視新方法，該方法從定位原理及算法上分析了視頻多點定位誤差的拓?fù)浞植?，并通過對誤差分布信息來配置跟蹤濾波參數(shù)，從而達(dá)到提高定位于跟蹤精度的目的，解決了視頻監(jiān)視技術(shù)中的飛機定位的問題，在一定程度上準(zhǔn)確確定了運動目標(biāo)的坐標(biāo)，但是該方法在定位連貫性上仍有所欠缺。

　　南京航空航天大學(xué)的研究小組也在2013 年針對視頻場面監(jiān)視技術(shù)進(jìn)行了研究，他們根據(jù)民航二所的視頻監(jiān)視系統(tǒng)，提出了一種視頻監(jiān)視中實現(xiàn)飛機自動掛標(biāo)牌的新方法。首先對視頻進(jìn)行圖像跟蹤獲得飛機圖像坐標(biāo)，再通過在機場地圖與視頻圖像上分別選取4個及以上點、線對應(yīng)計算出兩個投影平面之間的單應(yīng)矩陣把圖像坐標(biāo)映射成地圖坐標(biāo)，最后把圖像跟蹤數(shù)據(jù)與ADS-B 監(jiān)視數(shù)據(jù)融合實現(xiàn)視頻中飛機自動掛標(biāo)牌。這種掛標(biāo)牌的方法準(zhǔn)確且誤差小，但是大范圍的推廣還有待實驗。

　　比較國內(nèi)外基于視頻技術(shù)的場面監(jiān)視系統(tǒng)不難發(fā)現(xiàn)，我國在這一領(lǐng)域起步較晚，場面視頻監(jiān)視技術(shù)主要借鑒了國外的一些經(jīng)驗。當(dāng)前，國內(nèi)的視頻技術(shù)的場面監(jiān)視系統(tǒng)急需解決的問題是飛機起飛與著陸的監(jiān)視。DLR 利用GPS 描繪的著陸軌跡與視頻場面監(jiān)視系統(tǒng)進(jìn)行了對比，得出了視頻監(jiān)視下的下滑道軌跡與真實軌跡之間的偏差。國內(nèi)的視頻技術(shù)尚未在這方面進(jìn)行嚴(yán)格的討論，同時，DLR 在機場低能見度的情況也進(jìn)行了討論，國內(nèi)的視頻監(jiān)視系統(tǒng)可以在這之上進(jìn)行借鑒。

　　3 幾種常用視頻識別方法比較分析

　　3.1 時間差分法

　　時間差分法是通過將圖像序列中連續(xù)幀中所有的對應(yīng)位置像素點亮度值相減，如果差的絕對值大于給定的閾值，則相應(yīng)的像素值取“1”。否則取“0”。在像素點亮度變化過程中得到幀差圖像，從而實現(xiàn)目標(biāo)識別的功能。在相鄰幀的差分過程中，運用高斯模糊處理可以僅得到運動物體的運動軌跡而非其輪廓，因此在模糊處理后可大大降低圖像中的雜色，從而減少了最終檢測過程中的噪聲。該方法較為簡單，但閾值的相關(guān)設(shè)定較為復(fù)雜，對某些亮度變化相似的像素點不能有效識別，因此易造成圖像識別不連續(xù)，在實時監(jiān)控識別中不推薦使用。

　　3.2 背景差分法

　　背景差分法是目前運動分割中另一種常用的方法，它是利用當(dāng)前圖像與背景圖像的差分來檢測運動目標(biāo)的一種技術(shù)。即以相鄰幀圖像作圖像比較，使兩幅圖具有相似的背景圖像，從而使移動目標(biāo)“顯現(xiàn)”出來。它一般能夠提供較完整的特征數(shù)據(jù)，但對于場景的變化，如光照、天氣變化以及突發(fā)事件等的干擾比較敏感。該方法適合對機場內(nèi)固定攝像頭采集視頻的目標(biāo)識別。若背景圖像有變化，則無法準(zhǔn)確跟蹤識別運動的航空器。

　　3.3 光流法

　　在動態(tài)圖像所構(gòu)成的景物范圍中，各物體與各部分的運動是不同的，其所形成的眾多瞬時位置速度向量，即成為了光流。光流法即從運動速度上區(qū)分不同目標(biāo)與背景。此方法不需要將所取圖像進(jìn)行灰度化和二值化處理，但易受噪聲的影響，且計算方法復(fù)雜量大，實時性比較差，識別結(jié)果的精度無法保證，所以對于精度要求較高的機場場面監(jiān)控來說，光流法并不推薦。

　　3.4 特征匹配法

　　確定移動目標(biāo)的特征，利用特征點建立模板并在全圖內(nèi)作塔式遍歷，通過相關(guān)系數(shù)值來確定特征的相似程度，從而確定目標(biāo)。相關(guān)特征匹配法檢測移動目標(biāo)一般分為兩步：第一，要先選擇合適的特征，這些特征應(yīng)該對灰度的變化不敏感;第二，通過對相同特征區(qū)域進(jìn)行特征相關(guān)系數(shù)計算來確定對應(yīng)的特征從而確定移動目標(biāo)。此法需要較多的數(shù)學(xué)計算，實現(xiàn)起來較為復(fù)雜。

　　4 前景預(yù)測

　　4.1 ADS-B 與視頻場面監(jiān)視系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合

　　ADS-B 作為未來新航行系統(tǒng)的一部分，已經(jīng)在中國民航范圍進(jìn)行了推廣。未來的空中交通系統(tǒng)要求運載方配有機載的ADS-B 設(shè)備，這為發(fā)展視頻技術(shù)的場面監(jiān)視系統(tǒng)提供了突破。視頻場面監(jiān)視系統(tǒng)雖然能為中小機場提供低成本的監(jiān)視解決方案，但受制于視頻技術(shù)獲得的信息有限，無法為機場決策人員提供全方位的輔助監(jiān)控平臺。而ADS-B 由于包括了飛機的一系列信息，可以彌補視頻監(jiān)視系統(tǒng)在信息提取上的不足。此外，在快要著陸過程中，考慮給視頻場面監(jiān)視系統(tǒng)掛上應(yīng)答機代碼與機載速度高度信息達(dá)到雷達(dá)場面監(jiān)視的效果也是視頻場面監(jiān)視技術(shù)未來發(fā)展的方向。

　　4.2 通航機場的發(fā)展機遇

　　中國低成本的通用航空正處于發(fā)展的起步階段，從市場方面看，我國擁有巨大的低成本航空市場潛力。2012 年中國民航旅客運輸量3.2 億人次、人均年乘機次數(shù)0.24 次、人均GDP 約6000 美元(美國在人均GDP 為6000 美元時，人均年乘機次數(shù)接近1 次)。預(yù)計到2030 年，我國民航旅客運輸量將達(dá)到15 億人次，大力發(fā)展低成本航空是實現(xiàn)這一目標(biāo)的重要途徑。

　　2014 年10 月，國務(wù)院批準(zhǔn)對通用機場核準(zhǔn)權(quán)限下放，這代表了通航機場將迎來快速發(fā)展的機遇，而基于視頻技術(shù)的機場場面監(jiān)視系統(tǒng)作為一種安全廉價的機場運行輔助設(shè)施，必將得到廣泛的推廣。

　　5 結(jié)束語

　　基于視頻技術(shù)的民航機場場面監(jiān)視方法是實現(xiàn)未來空管自動化的一項重要的發(fā)展方向，由于傳統(tǒng)的雷達(dá)監(jiān)視所需要的成本大，不適用通航機場空中交通管制的需要，而視頻技術(shù)的場面監(jiān)視方法就可以成為替代昂貴的場面監(jiān)視雷達(dá)的有效工具。在歐洲，這種技術(shù)作為遠(yuǎn)程塔臺的核心手段引起了廣泛的研究興趣，國內(nèi)的一些民航科研單位也在抓緊對這種技術(shù)的探索研究。這種技術(shù)主要是利用了圖像處理技術(shù)對機場實時的視頻流進(jìn)行處理并結(jié)合空管人員的實際需要來實現(xiàn)機場場面監(jiān)視等一系列功能。目前，這種技術(shù)還不成熟，尚不足以滿足未來眾多通航機場的需要，應(yīng)此需要我們給予更多的關(guān)注與支持。