南通机场全景增强监视系统设计方案新7.docx
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南通机场全景增强监视系统设计方案新7
南通机场
机场全景增强监视系统
设
计
方
案
上海子牙信息科技有限公司
二〇一八年七月
第1章系统概述
1.1项目背景
随着南通机场运行环境日趋复杂，新建航站楼运行，机场场面航空器吞吐量不断增长，迫切需要引入新的机场场面监视系统，提高航空器的运行安全，实现对机场跑道、滑行道及停机坪等重点盲区的飞行器进行直观、可靠的全景掌握和局部显示。
1.2系统简述
南通机场建设机场全景增强监视系统。
在全天候全景监视的基础上，结合机场场面低能见度下实时视频增强、航空器自动跟踪、全景显示与局部联动、全景视频与多点定位等监视数据融合的挂标牌、全景视频远程推送等技术，同时引入现有机场场面监视数据，实现场面全景视频覆盖，即对机场跑道、滑行道及停机坪等重要监视区域的实时全景与局部可视化信息的动态监视。
第2章设计依据
1.《智能建筑设计标准》EBD-03095
2.《安全防范工程工序与要求》GA/T75-94
3.《民用建筑电气设计技术规范》JGJ/T16－92
4.《电气装置安装工程施工及验收规范》BGJ232.90,92
5.《电视系统视频指标》CCTRRECOMMENDATION472-3
6.《建筑防雷设计规范》HYD41-01-1999
7.《安全防范工程程序与要求》GA/T75
8.《安全防范验收规则》GA/T308－2001
9.《视频安防监视系统技术要求》GA367－2001
10.《安全防范系统通用图形符号》GA/T74－2001
11.《民用建筑电气设计规范》JGJ/T16-92
12.《民用闭路监视电视系统工程技术规范》GB50198-94
13.《防盗报警控制器通用技术条件》GB12663-90
第3章系统架构
3.1系统总体框架
机场全景增强监视系统采集多路高清拼接摄像机、多路球型摄像机的数据，并通过网络送至服务器，进行视频拼接、增强、跟踪及融合处理，将处理后的数据输出至流媒体服务器进行存储，并转发至用户终端，为机场运行指挥人员提供场面实时态势全景监视，其框架如图1所示。
图1机场全景增强监视系统框架
3.2系统硬件架构
系统硬件结构如下图所示：
图2ZPMS系统硬件架构
机场全景增强监视系统硬件部分由P1-Pn球型摄像机、P1-Pn全景增强监控摄像组、监控室视景显示终端、工业光口交换机、核心交换机、视频存储器（NVR）、通信网线、拼接服务器、跟踪服务器、客户端工作站、室外机柜构成。
3.3系统软件流程
机场全景增强监视系统的软件由全景视景拼接模块、视频增强模块、目标跟踪模块、多源数据融合挂标牌模块、球机自动跟踪模块、全景视频存储与传输模块组成。
系统软件流程图如下：
图3ZPMS系统软件架构
系统软件架构设计采用多CPU+GPU的混合运行方式，通过CUDA并行处理海量数据，以满足系统的实时性的需求。
第4章系统功能
4.1系统总体功能
一、支持4-16路高清视频横向和纵向的实时（25fps）、无缝拼接，单路高清视频分辨率不低于1920*1080；
二、室外摄像机满足有效清晰识别航空器运行状态，满足可辨别航空器机尾标志；
三、输出全景满足无畸变（透视畸变、鱼眼畸变）、无亮度差异及无色度差异；
四、全景视频具备同步放大、缩小及调整角度；
五、全景视频图像支持实时夜间、雾天等复杂气候下的增强处理，夜间具有良好的可辨别能力；
六、动态移动物体可在拼接视频图像中显示，可识别动态移动物体；
七、支持目标检测、目标跟踪等功能；
八、支持全景视频与多点定位监视数据融合；
九、支持高清视频三个月的存储容量；
十、支持H.264、MJPEG、MPEG4压缩标准；
十一、支持高清全景视频的精确同步回放（同步精度200ms）；
十二、支持回放快进、慢放、暂停等功能；
十三、支持全景与细节图片的存储功能；
十四、球机支持水平、垂直及对角线查看局部区域；
十五、系统可以添加多个用户，并且对每个用户可以单独设置权限及显示设备；
十六、系统设备启动时间小于5分钟；
十七、编解码及传输总延时小于200ms；
十八、支持视频调用权限管理，优先级进行客户端操作处理。
4.2系统详细功能
4.2.1全景视频拼接显示
对机场飞行区机坪，滑行道，跑道等区域180度以上的全景无缝监控覆盖，其中实时拼接处理支持横向和纵向结合的宽场景下拼接（最高支持2行8列16路高清视频拼接），处理效率达到每秒25帧，通过图像预处理、特征点选取、匹配、拼接融合处理，监视画面须满足无缝，无畸变，无亮度，无色度差异。
实时拼接融合软件支持GPU的CUDA构架，软件可以自动校正，实时无缝融合处理。
应用程序配置简单、快捷。
全景视频上满足有效清晰识别航空器运行态势。
图4机场全景显示效果图
4.2.2全景视频放大、缩小显示
操作人员可根据感兴趣区域在拼接视频上通过鼠标滑动，进行实时放大、缩小及调整感兴趣角度，保证窗口放大、调整角度后过渡实时视频的保真度和清晰度。
浏览方向可左右、上下拖动观看物体或场景。
图5全景视频同步放大前后效果图
4.2.3全景视频夜间增强显示
操作人员可以在薄雾等低能见度天气状况下轻松的区分建筑物和场面活动目标。
对全景枪式摄像机、球型摄像机、进行快捷键一点，利用宽动态下对机场灯光抑制，满足处理光晕，获得更好的观察效果。
夜间具有良好的可辨别能力。
系统提供功能实时的图像增强处理，对强光进行抑制，保证曝光的自动均匀性，平衡性。
支持多个摄像机亮度的统一；支持多个摄像机色度的统一；支持多个摄像机白平衡的统一。
图6夜间增强后显示效果图
4.2.4全景与球机协同联动
通过智能球型摄像机进行视频图像局部细节显示。
通过鼠标点击全景画面，球机快速自动定位到鼠标点击位置，并自动放大和聚焦显示，能清晰辨认航空器，可辨别航空器机尾号，支持平面全方位旋转，便于相关人员进行整体和局部的同时把握。
同时，球机控制功能也可根据获取的航班定位与识别信息、图像中目标跟踪定位信息，对重点航班实现自动跟踪监视。
提供简单方便的人机操作界面，方便操作人员使用。
图7室外监视前端与终端联动示意图
4.2.5球机智能自动跟踪识别
在球型摄像机自动跟踪系统中，通过部署的高倍数球机摄像机可完成对监控画面中跑道、滑行道、停机坪的航空器以及车辆等移动物体进行自动跟踪，免除手动调整球机姿态的繁琐操作，使工作人员能够始终关注监控画面中航空器的运行状态，提高监控效率，减少误操作。
通过该功能可实现对VIP航班的全程跟踪保障。
图8视频跟踪效果图
4.2.6监视数据处理
系统可实时接入多点定位监视数据，获取航班的实时定位信息以及与航班相关的其他的属性信息（如：
航班号、航班速度、航向等），从而获得航班在飞行区内的位置，实现航班识别。
4.2.7全景视频挂标牌识别
系统将整合大场景智能分析、视频识别跟踪及多点定位监视数据，采用全景视频叠加挂牌的方式进行航班信息的可视化增强显示。
同时，支持人工方式在全景画面上对感兴趣的飞机进行输入航班号、机身号；支持跨区带标牌唯一性确定。
图9全景视图下航空器自动挂标牌显示效果图
4.2.8全景视频存储压缩与录像回放
将大数据的动态监视视频流接入流媒体服务器，不仅能进行全景视频存储与回放，而且满足异地用户的协同监控与管理。
在机场出现突发情况时或塔台失控情况下，异地终端部门或用户也能根据现场状况采取合适的应急方案，最大存储容量为3个月。
可以实时回放机场各个点位的全景画面，对整体的历史事件的回溯，具有直观、全面的整体态势感知。
有利于事后的判断分析和运营的指挥决策。
图10多路视频与全景视频存储显示效果图
4.2.9多通道全景视频同步显示
通过在机房后台终端将飞行区跑道、滑行区、远/近机坪等机场内多个区域的全景视频进行统一处理，直接压缩传输全景视频数据，用户可以通过同一显示终端同时对多个全景点位进行管理，也支持在显示客户端中拖拽多个点位的全景视频到对应监控大屏的虚拟大屏。
建立全景视频与监控大屏的会话通道，实现监控大屏幕同时输出显示多个点位全景视频。
同时，支持远程管理客户端完成全套全景视频的调用。
图11多全景视频并发显示效果图
4.2.10系统降效运行措施
本系统每个点位均配置多个高清拼接摄像机和一个球型摄像机。
当其中一个高清拼接摄像机出现故障，球型摄像机可根据预定措施覆盖原故障高清拼接摄像机监视视野。
4.2.11二维及三维导视功能
采用二维平面图像及三维立体图像，根据用户场景不同，可进行无缝导视
第5章南通机场系统配置
5.1前端设备配置
根据在南通机场情况，从全景监视覆盖、供电、网络传输、支架安装等需求全都满足的条件下，本次计划在南通机场部署2组P1-P2高清拼接摄像机组和球型摄像机，如图12所示。
P1部署：
本次工程P1点位部署在点位所示塔台楼顶，全景覆盖跑道、滑行道，需部署6+1路摄像机（6台高清拼接摄像机和1台球型摄像机）。
P2部署：
本次工程P2点位部署在新建航站楼顶，全景覆盖跑道、滑行道及部分停机位等重点区域，需部署4+1路摄像机（4台高清拼接摄像机和1台球型摄像机）。
P3部署：
本次工程P3点位部署在航站楼内，全景覆盖航站楼值机大厅出发层一侧重点区域，需部署5+1路摄像机（5台高清拼接摄像机和1台球型摄像机）。
支架草图
＊建议枪机采用博世NBN-73023-BA，球机采用博世VG5-7230-EPC4。
5.2显示设备配置
（1）终端显示一（高清液晶拼接屏显示）
机场全景增强视景显示终端根据现场设计及安装环境需求：
机场监控大厅具可备m行n列高清液晶拼接显示单元，并调节使多台液晶拼接显示单元处于同一水平面（根据用户需要全景与局部显示可进行分配）。
悬挂位置保证不遮挡管制人员目视观察（含站立姿势）同时管制席位可配置高清曲面屏进行全景与局部监视画面显示。
最终通过对应工作站的显示器进行全景与局部查看监视。
（2）终端显示二（高清无缝曲面大屏）
采用1台48.9寸曲面显示屏放于席位进行操作。
5.3后台设备配置
后台设备位于中心机房，包括：
全景拼接服务器、融合服务器、显示上墙服务器和视频存储服务器，通过网络传输至用户显示端。
5.4网络与供电
机场全景增强监视系统自建网络汇聚到主机房，可接入机场骨干网。
需提供400w的220V的UPS电源。
5.5软件功能定义
视频融合服务
采用ONVIF协议将多路视频按H.264或H.265视频解码后通过拼接引擎进行视频拼接，然后重新进行编码，再以ONVIF形式接入全景拼接监控平台。
拼接视频可以当作一部虚拟摄像机通过全景拼接监控平台进行转发及存储，由客户端进行视频调用。
支持ONVIF或SDK方式接入；支持不少于8路实时视频接入；对融合后的视频图像进行转码；支持实时转发、本地视频存储及历史回放；多台全景融合服务器级联；支持前端设备接入方式接入视频平台。
三维引擎服务
三维引擎是在图形设备接口基础上开发的一套三维模型数据渲染的核心组件。
实现对图形设备接口的合理封装，场景的组织和管理，矩阵变换的封装，视图的封装与管理，命令系统的封装，常用节点和漫游命令的封装等；实现空间索引算法，LOD算法，渲染顺序管理，分图层渲染等。
三维引擎主要负责三维场景的数据组织与渲染，操作命令的组织与管理，以及视频与三维场景的融合。
承包人应实现航站楼内值机大厅的三维建模工作。
三维视频融合显示（航站楼内）
在三维地理信息框架下，使用视频融合技术，将多个视频融合显示在模型所对应的真实位置，实现全局整体态势的立体监控。
操作员在整个三维地图中导航，能快速精准的捕获现场细节。
具备三维空间位置辅助信息整合展示的功能。
高低点视频关联显示
系统具备将部署在重点区域内所建设的多路低点摄像机视频信号与三维融合视频进行关联的功能，操作人员在全景视频中点击某个具体区域，系统将覆盖该区域的低点摄像机的视频画面关联显示到客户端界面。
系统实现对视频资源的快速关联与显示，具有观看三维融合视频大场景的功能。
系统将监控区域内所对应的多路低点视频与三维融合视频建立关联关系，具有在不记录摄像机编号的情况下，通过鼠标移动选择所需监控的区域，即可在低点细节视频调看窗口中调看所选区域内的近距离细节视频，实现对重点部位的视频监控，能够快速关联定位事发区域的周边视频资源。
视频枪球协同追视
具有在三维融合视频中通过人工锁定目标,高点球机实现对目标的快速自动跟踪。
具有在全景画面中点击视野范围内的兴趣目标，系统可自动驱动关联的球机对全景画面内的兴趣目标进行自动放大显示的功能。
具有对大场景区域内多种移动目标（人、物等）进行同时追踪，及进行自动轮巡、放大显示的功能。
存储与历史视频回放
系统具有视频与三维模型空间位置信息及三维处理后视频信息存储的功能。
系统具有对指定时间、指定空间的三维模式历史视频回放的功能。
可视化视频巡航
系统具有自动漫游巡航、全覆盖巡航、点线面多方位巡航的功能。
系统具有多任务、多线程、多路径的自动巡航功能。
航班/车辆信息挂牌增强显示功能
通过定制接口接入航班ADS-B数据等多源数据，获取到航班的实时定位信息以及与航班相关的其他的属性信息（如：
航班速度、航向、高度、航班号、机身号等），从而获得航班在飞行区内的位置；其次，在此基础上，系统采用大场景智能分析、视频增强显示等计算机图形图像关键技术，在全景视频画面中自动识别并精确捕获正在运行的航班，进行物理坐标系与平面坐标系的智能变换，从而得到航班在全景视频中的精确位置。
最后，系统将所整合的上述信息采用视频叠加挂牌的方式进行航班信息的可视化增强显示，从而辅助机场飞行区管理工作人员的调度指挥，提高工作效能。
车辆信息挂牌增强显示需要定制接口接入车辆的信息，建设前提需要从车辆调度系统中接入相关数据。
5.6软硬件清单
摄像机清单：
P1塔台楼顶
室外枪型摄像机
套
6
高精度多目标智能追踪球机
套
1
P2航站楼顶
室外枪型摄像机
套
4
高精度多目标智能追踪球机
套
1
P3航站楼内
室内枪型摄像机
套
5
高精度多目标智能追踪球机
套
1
服务器清单：
全景视频融合图形工作站
台
2
全景视频管理服务器
台
2
全景视频解码主机
套
1
智能分析服务器（可删减）
台
2
消息服务器（可删减）
台
1
接口服务器
台
1
全景显示管理主机（图形工作站）
台
1
软件清单：
全景增强管控服务基础平台软件
套
1
摄像机接入权限
路
14
全景增强管控服务客户端软件
套
1
飞行区全景视频融合显示功能
套
1
全景视频高低点关联显示功能
套
1
飞行区全景视频一点即视功能
套
1
飞行区全景单目标持续跟踪功能
套
1
全景历史视频回放功能
套
1
飞行区航班/标牌挂牌功能
套
航站楼出发大厅三维全景融和功能
套
1
第6章我公司同民航二所战略合作协议
第7章ZPMS系统应用案例
案例1：
桂林两江国际机场ZPMS系统一套
案例2：
双流机场川航货运ZPMS系统一套
案例3：
达州机场安消部ZPMS系统一套
案例4：
九寨黄龙机场ZPMS系统一套
案例5：
江苏盐城机场ZPMS系统两套
案例6：
银川河东机场ZPMS系统三套
案例7：
重庆江北机场ZPMS系统三套
案例8：
成都天府广场ZPMS系统两套
高清拼接大屏显示终端一
高清无缝曲面大屏显示终端二
案例9：
广州白云机场ZPMS系统一套
新建信息大楼显示终端一
塔台管制室显示终端二
案例10：
温州龙湾机场ZPMS系统三套
塔台管制室高清拼接屏显示终端一
高清曲面无缝大屏显示终端二
案例11：
成都双流机场ZPMS系统11套
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