AR全景視頻助力多機坪可視化運用

□文/劉紫云 王宗義

近年以來，中國的民航行業進入了高速發展的新階段，各大機場的航班量均呈現井噴式增長，大型機場的地面交通往往處于密集型高位運行狀態。為適應激增的運輸壓力與不斷擴大的機場規模，提高機場整體的運行管理效率，如何高效整合空管、機場、航空公司信息資源，實現精細化管理機場地面交通，達到安全事故零容忍，航班正點共提升的目標就成為亟待解決的問題。

為落實科技創新提出的總體任務，推動機場的科技進步，加快平安機場、智慧機場、綠色機場、人文機場的建設步伐，遵循“戰略導向、問題導向、前瞻導向”的原則，切實解決機場在生產運行過程中面臨的難點問題為目標部署。運用AR全景視頻技術，實現對機場多機坪區域的全視頻覆蓋，同時開發、引入適用于機坪管制業務的進場面引導控制系統、VHF系統、內話系統等，形成完整的遠程機坪管制應用環境，用于日常航空器機坪管制工作，提高機坪管制安全裕度。

何為AR增強現實技術

增強現實（Augmented Realityt），簡稱AR。顧名思義，就是在現實世界中將元素標簽化、虛擬化，以便在屏幕上把標簽化、虛擬化的元素套疊加并呈現在現實世界，進行良好的互動，例如，超市商品導購，對面林林總總的商品，通過AR技術，在手機屏幕上就能快速定位所想要購買的商品。又如AR街道廣告：通過手機屏幕，呈現商店標簽及其相關信息，便于消費者快速識別。

AR全景視頻系統與其優勢

眾所周知，夜間飛行及惡劣天氣會給機場運行帶來諸多不確定因素，造成極大的安全隱患。起飛和著陸是飛機運行中最容易發生事故的兩個階段，飛行區作為安全保障等級最高的區域，實施全景視頻覆蓋是必然趨勢，將現行制度與AR進行有機結合，能夠在完美保障飛行區安全的同時，為管理人員提供更佳操作體驗。

AR全景視頻系統是基于AI深度學習的高性能運算平臺對多路高清視頻進行拼接組合成統一的監視系統，能夠實現對機場跑道、滑行道、停機坪等重要云臺協同定位區域的實時全景監視。利用此系統，機坪管制員可以在正常氣象條件以及低能見度的情況下，以全局的角度監視整個機場場面的運行態勢，能夠全力輔助管制員在工作時做出更準確的決斷，有效提升機場航空器地面運行的安全水平及機場運作效率，打造智慧機場管理新模式。

現狀分析

在AR全景視頻系統引入機場之前，機場的監視系統是以空管塔臺場面監視雷達系統和機場安防監視系統為主，空管塔臺的場面監視雷達系統是以一次雷達信號為數據源，這種數據呈目標點集，沒有目標三維幾何信息并且在機坪內部存在大量雷達無法掃描到的盲區，可靠性較低。機場的安防監視系統采用的攝像頭大多獨立離散不連續，無法對飛行區進行全景態勢的把握，并且缺乏全過程全時空的歷史回溯功能。相較之下，AR全景視頻系統作為新的機場場面監視系統最大的優點就是可以實現對局跑道、滑行道、停機坪等重點盲區的航空器進行直觀可靠的全景顯示與局部關注。其主要解決如下問題：

監控點位低，存在盲點

目前機場的安防監控主要采取在機場內安裝槍、球機為主的低點監控建設模式，普通攝像機視野容易被機場的建筑物及其它設施遮擋，要想實現對機場的全面監控相當困難。

監控點位分散，全方位布控欠缺

目前機場監控點位分散地分布于各重點部位且獨立離散不連續，隨著環境日益復雜，普通攝像機的缺陷也逐漸暴露，單點監控范圍小，無法實現每個區域都覆蓋視頻監控，存在監控盲點，監控點位無法兼顧整體與局部，無法了解整體機場的運行情況，全方位布控比較欠缺。

地圖二維展現，查看調度不直觀

視頻監控系統、指揮調度系統、引導控制系統、VHF系統等相對獨立，通常依托二維或三維地圖展現，缺乏全景監控視頻畫面進行各子系統的直觀管理調用，對異常突發事件的應急調度指揮效率低。

實際應用功能介紹

通過引入AR全景視頻監控系統，在實際應用中主要實現了機坪資源整合、實時指揮、應急調度三大功能，對機坪管制的日常工作發揮了極其重要的作用。具體如下：

機坪資源整合：該系統通過拼接橫向和縱向上多路高清攝像頭，將其融合成無縫、無畸變、無色度差異的寬場景視頻，管制員可以在盡可能寬廣的范圍內進行全局監視，并且能夠清晰辨認機場場面的航空器、車輛及人員，這樣管制員就能更全面的掌握地面各個部門的保障情況，比如拖車是否掛上、艙門是否關閉、引導車是否到位等，管制員可以根據這些整合的資源情況發布有效的管制指令。

實時指揮：管制員通過AR全景視頻系統可以全局把握地面交通情況，對地面滑行沖突作出較早的預判，隨時調整地面航空器交通流，確保地面交通安全高效。另外，該系統同時還具有全景實時增強處理功能，支持強光抑制、夜視、霧透等功能，提高了畫面顯示的清晰度與舒適度，有效緩解了管制員夜間視覺疲勞。

應急調度：該系統的球機聯動功能支持對視頻中某細節進行放大，通過左右移動實現對該位置的周圍進行觀察，自動追蹤功能支持對視頻中某個移動目標進行實時跟蹤，在需要應急調度時，管制員可以對特定的區域或航空器、車輛及人員等移動目標進行精準監視，實時向應急指揮中心通報現場保障情況。

除上述三大功能以外，AR全景視頻系統的數據融合功能對機坪運行管理和指揮發揮了技術優勢。該系統可以對視頻數據與雷達或多點定位等數據進行融合，通過視屏疊加掛牌的方式進行航班信息的可視化增強顯示，便于管制員在全景視頻中直接讀取航班信息。另外該系統還可以將大數據的動態視頻流接入媒體服務器，實現對全景視頻的存儲與回放，便于管制員對特定事件進行復盤和事后調查。

應用中的技術難點

AR全景視頻系統的應用過程中，最難解決的技術難點主要集中在如下方面：

高性能兼顧大場景和小細節 全景視頻需通過多個攝像頭組合成一體化的設計同時提供全景與特寫兼顧大場景與特征細節。因為要在制高點，機身需為全鋁輕量化金屬，散熱性能優良，高精度CNC切割工藝確保拼接融合的準確性和可靠性。球機具有高復雜度的內部結構，14核CPU多級級聯，保證了極強的運算性能。模塊化設計理念，滿足用戶多樣化需求，可兼容更多定制化內容。

多目拼接技術 多目全景視頻需將四個或者八個攝像頭按錐面排布，將獲取的八張圖片統一投影到同一個錐面上，在加以sift特征匹配，計算每個圖像需要移動的矢量，從而實現目標匹配和無縫拼接。錐面拼接是柱面拼接的一種變形，相對于柱面拼接，增加了ptich和歐拉角的矯正，投影變換的復雜度顯著增加。同時為了保證圖像清晰度，圖像插值算法也需要改變，從而增加了圖像處理的難度。比如AR全景球采用多項專利技術同步曝光控制、圖像拼接處理，將多個圖像傳感器輸出的視頻畫面，無縫拼接融合成一幅完整的全景視頻畫面，拼接圖像之間無明顯的亮度、色彩上的差異，可以將4個或8個定點攝像機的視頻畫面拼接成180°或360°“沉浸式”全景畫面，細節跟蹤采用44倍大倍率定位球機，兼顧全景與細節，全景畫面與球機實現聯防聯動和3D定位，檢測直徑240米范圍內運動物體，同時檢測60個目標，跟蹤切換時間小于1S。

多目全景+特寫聯動全景跟蹤 AR全景視頻系統通過多目定點可拼接成180°或360°全景畫面，并配大倍率定位球機，既能實現大范圍全景監控，又能特寫跟蹤，成為全景與細節兼顧的大場景全局監控，需實現定點、動點攝像機聯動，宏觀掌控全局，細節追蹤定位，在更大的視野間任意放大細節，球機特寫，并聯動聲音、白光、激光警戒。既會對固定看守位進行看護，全景通道檢測出異常闖入時，球機通道會通過白燈閃爍、語音提示、激光跟蹤對目標進行警示震懾和提醒。并實時反饋給指揮調度進行干預處理。

AR全景視頻系統部署

AR全景視頻系統在機場部署時首先需考慮的是視頻點位的分布，必須做到機場全區域覆蓋，點位地址的選取要考慮建筑物的高度，視頻視角效果，設備支架高度不能超過機場凈空高度；其次，視頻點位的規劃要考慮機場施工區域的影響和新建機坪的施工進度，點位的設備需要接入網絡和電源，機場施工可能會影響點位的啟用；第三，AR全景視頻系統的吊屏在機坪塔臺管制室安裝時要考慮與其他設備的影響，比如燈光照明系統、自動遮陽簾等，避免出現屏幕反光或由于遮陽簾的升降觸碰到視頻接口造成的短時黑屏現象；最后，該系統應當配備備份系統，進一步提高系統可靠性。

結束語

近年來國內外都在致力于研發 “智慧塔臺”系統，這是科技進步的必然趨勢?！爸腔鬯_”需要基于云數據、人工智能、AR全景等多種高精尖技術的綜合應用。對于機場而言，AR全景視頻系統的引入在保障機場運行安全與效率，提升機場容量，增加機場區域經濟效益方面可以起到事半功倍的效果。另外，一些中小機場可以利用這一技術實現“遠程塔臺”以此解決邊遠機場人員緊張的現狀。通過部署AR全景視頻系統可以逐步擺脫人工對實際外部環境的監視，運用視頻分析的方式實現計算機自動化監視，成為“遠程塔臺”的開發過程中極為重要的環節。