航站楼安防监控系统前端设计及视野分析

郑国海

(中国电子工程设计院有限公司民航设计所，广州 510230)

0 引言

近年来，民用航空发展迅猛，国内各大机场旅客吞吐量增长迅速，对于机场安全保卫工作也带来了前所未有的挑战。航站楼作为机场主体功能建筑，用于实现旅客从陆侧交通到空侧飞行器之间交通换乘，具有建筑规模庞大、人流密集且结构功能复杂的特点。因此，针对航站楼安全防范系统的设计是机场安防设计的重中之重。

航站楼视频监控系统作为航站楼安防的重要组成部分，其设计应基于航站楼物理安防进行设计，并符合航站楼内安防管理相关程序。主流的研究方向，一个是视频监控系统方面的研究，如整体上探讨民航机场基于数字视频监控系统典型设计方案[1]，视频监控系统与门禁系统的联动等[2]；另一个是利用视频监控系统获取到的图像进行应用研究，包括基于小波变换算法进行面部特征提取的面部识别技术[3]，利用视频分析算法进行客流监控预警[4-5]、旅客异常行为研究等[6-7]。但是对于如何根据航站楼具体应用场景进行摄像头布置以及如何获得满足要求的视野的研究较少。

本文分析了航站楼防护目标及其面临的主要威胁，并结合航站楼内区域划分给出上述威胁在航站楼发生的主要区域及地点，进而给出摄像头设置的主要位置。参考行业常规做法及经验，给出不同等级安防区域所要求的图像质量量化指标，最后综合摄像机焦距、安装距离、安装高度及安装角度等因素进行视野分析，从而得出满足要求的视野。

1 航站楼主要防护目标及威胁

航站楼内视频监控系统的设置包含多个方面功能，包括通过摄像头在重要地点的设置对潜在的安防威胁进行威慑，减少安防事件的发生；在监控过程中，视频监控系统后台通过对摄像头前端视频信号分析，对正在发生的威胁进行告警；在安防事件/事故发生后，通过视频回放进行事后追溯；同时也为公安及其他执法部门办案提供相关违法犯罪证据。

在进行系统前端设计之前需明确航站楼内及其周边重点防护目标以及航站楼面临的主要安防威胁。前端点位的设置应满足对航站楼内重点防护目标的覆盖要求。重点防护目标包括：航站楼内旅客及工作人员的人身安全，航站楼以及与之连接的飞行器运行安全，旅客随身行李、航站楼重要设备资产安全等。

航站楼面临的威胁包括损害机场设施、扰乱机场运行、影响旅客及机场工作人员人身安全的具体行为。根据威胁产生的后果严重程度，安防威胁形式如表1所示。

航站楼遭受的主要威胁形式 表1

上述威胁中，空防安全威胁及公共安全威胁是航站楼视频监控系统以至机场安防需重点考虑的威胁。

2 航站楼重点防护区域

针对航站楼需要防护目标以及所遭受的主要安防威胁，需进一步确定上述威胁容易发生的地点，以确定重点防护区域及摄像头需覆盖的区域。

依照旅客进出港流程以及航站楼功能，航站楼及其周边区域可划分为：与航站楼毗邻的陆侧交通以及车道边、公共活动区(含安检大厅、值机大厅、到达大厅等)、值机柜台区、商铺、控制区外办公区、安检工作区(含旅客安检区、返流通道、工作人员安检区、货物安检区)、机场控制区(含候机隔离区、到达行李提取大厅、行李分检装卸区、货物存放区等)、隔离区内办公区、核心设备区、免税店、与航站楼相邻的空侧服务车道等。其中，工作区、商铺、办公区、设备区等既可设置于控制区内，也可以设置于控制区外。这些区域的设置取决于航站楼功能要求。

为应对空防安全威胁及公共安全威胁，航站楼应设置多级防范，旅客从陆侧至空侧的出港流程应为安防等级逐次递增的过程。常规来说，航站楼应建立三道安全防范红线。

(1)防爆安全线：机场防爆检查可设置于安检工作区，当机场所处环境为高风险等级或当安保升级时，防爆检查前移至航站楼陆侧出入口。防爆安全线上采取的防爆检查措施用于将炸弹等可用于恐怖袭击的危险品阻挡在航站楼旅客聚集区之外。该红线也是视频监控实施人脸识别的重要卡口。

(2)控制区红线：该红线为以安检工作区为界，向机场物理围界延伸的空陆侧隔离线。经过安检的旅客及工作人员应被认为没有可用于威胁机场运行安全的武器；安防红线上的所有安检通道、返流通道、疏散通道、检修通道应为安防重点区域。对该条线上各通道的监控是视频监控系统考虑的重点。

(3)空陆侧隔离红线：该红线为航站楼进出空侧的出入口，未经授权进入空侧航空器运行区域的人员将对机场安防产生重大的影响。在该红线上，航站楼与登机廊桥之间的出入口、航站楼及登机廊桥与站坪之间的出入口(含登机廊桥固定端及活动端通道、消防疏散口、检修维护通道、远机位登机口)应是安防重点考虑区域。

对于托运行李流程(类似于旅客进出港流程)，托运行李的交付、安检、存储、传输、装载及卸载过程全程均需设置视频监控，防止任何人将未经检查的物品绕过安全检查直接放入旅客托运行李。

考虑航站楼内重要设备机房以及控制中心对航站楼乃至机场的安全运行起着至关重要的作用，对于上述区域的防盗、非授权入侵、违规操作也是视频监控的重点。航站楼内可能设置的重要设备机房包括信息机房、中心电房、暖通送回风机房以及给水用房等，重要控制中心包括航站楼运控中心、安全保卫指挥中心、安检监控中心、消防控制中心、楼宇控制中心、广播室等。

基于上述分析，视频监控系统摄像头的设置应满足对航站楼内重点监控区域的覆盖要求。

对于可能对航站楼空防安全及公共安全产生重大影响的区域应设置高质量视频监控，用于确定可疑人员身份，并确定可疑人员在安防红线上卡口出现的时间，结合其他区域视频监控确定可疑人员活动状况及行动轨迹。对于重点区域应静态持续覆盖，有条件的情况下可设置多重覆盖。图像应能清晰反映人的脸部正面特征，图像清晰度可满足人脸特征识别的要求。这些区域包括但不限于：(1)防爆安全线上的卡口：航站楼出入口；(2)控制区红线上的卡口：安检验证台、安检门、返流通道、连通空侧和陆侧的检修通道、疏散通道、燃料通道、综合管廊等的出入口等；(3)空陆侧隔离红线上的卡口：登机口、到达口、登机廊桥出入口、活动端、侧梯门等；(4)核心设备区、控制中心等要害部位出入口；(5)值机柜台、大件行李托运柜台；(6)小件行李寄存处；(7)电梯轿厢。

对于控制区红线附近的其他重点区域，以及其他一定程度影响空防安全以及公共安全的区域，应对该区域内的人员活动及行动轨迹进行监控，以利于航站楼整体安防态势的控制。对于上述重要区域应实施静态持续全覆盖视频监控，图像应清晰可辨，图像质量应能满足对监控范围内人员基本特征进行识别的要求。这些区域包括但不限于：(1)航站楼前人行道、车道边(车牌识别)；(2)航站楼内公共活动区、电梯口、卫生间门前；(3)托运行李的交付、安检、存储、传输、装载及卸载涉及到的区域；(4)行李开包检查区域；(5)可以俯视航空器活动区、安检工作现场的陆侧区域；(6)重要工作区域和与公共区域的隔离设施；(7)自动扶梯。

对于对航站楼安防可能产生一定影响的区域，该区域内可能发生一般安防事件的区域，但不影响航站楼整体安防态势的，如候机隔离区等。对于该类型区域的监控图像质量应能够对人员进行辨识，可采用静态全覆盖视频监控，也可设置球机实施动态全覆盖。

对于其他区域，视频监控系统的设置应能够检测人员活动。此外，对于安防外其他监控目的的视频监控，其摄像头的设置应根据具体需求酌情考虑，但不建议与安防重点区域的视频监控摄像头共用。不同监控目的包括：(1)运行状态监控：如火情监控、登机桥靠桥撤桥过程；(2)商业分析：如商业热点、客流统计、VIP候机室定制化服务、商铺收银、货柜防盗。

3 摄像头视野分析

对摄像头视野进行分析需根据可供安装摄像头的环境，结合摄像头需覆盖区域的图像质量要求、俯仰角度、覆盖区域宽度、安装位置与监控目标的距离、安装高度、可供选择的摄像头图像传感器尺寸、摄像头分辨率及镜头焦距等进行综合分析。

3.1 视频图像质量量化分析

为实现针对航站楼内不同区域的安防监控视频图像质量要求，根据现有主流安防厂商产品及航站楼视频监控系统设计经验，视频监控系统的视频图像质量可以量化为五类。

(1)人脸特征识别：图片的质量和细节能够从法律意义上证明某人的身份“毋庸置疑”。常见的技术手段为“人脸识别”，该级别图像能够基于人的脸部特征信息进行身份识别。依照国际行业做法，当视频图像质量达到400 px/m 即可进行人脸识别，而当监控环境不良时视频图像质量需要达到500 px/m。不良监控环境包括照明不足，人员、物体和车辆高速行驶等因素。而依照国内规范要求，用于人脸识别的图像两眼之间需至少30 px/m，考虑成人瞳间距为58～64mm，用于人脸识别约为500 px/m。

(2)基本特征识别：传统上身份识别是以法院可接受的方式识别一个人的能力。考虑把整个人都包含在图像中时，识别并不仅仅基于人的面部，还包括整个人的体态、服饰以及行为特征。考虑特征识别时，图像质量需达到180px/m。

(3)辨识：该级别图像的质量达不到人体特征识别的要求，但综合图像中反映的细节以人的行为习惯以及围绕事件的一些活动，监视人员能够识别其熟悉的某人，或者确定某人是一张不熟悉的面孔。针对该级别图像质量要求达到80px/m。

(4)检测：当发生安防事件时，监视者将能够从画面中确认特定人员是否在场。对于画面中存在的特定人员的检测，不需要看清人脸。针对该级别图像质量要求达到40px/m。

(5)监视：基于该质量的视频图像可用于观察交通流量或人的移动，不需要识别单个数据流运动。针对该级别图像质量要求达到16px/m。

3.2 摄像头安装要求

摄像机安装位置应确保摄像机自身不受破坏，根据具体安装环境选择天花安装、墙面安装或支架安装。安装位置应与航站楼内装修相协调，避免影响整体美观。摄像机应避免直射室外，同时远离照明灯具，尽量减少人工照明产生的眩光。选择安装位置时应注意与门、柱、梁的关系，同时选择合适高度，避免固定障碍物及移动障碍物对摄像机视野的遮挡。

当在值机厅等大空间安装时，由于没有可依附的墙体，可结合广告屏、航显屏、标识牌、值机岛、幕墙龙骨、物理隔断支撑杆及问询台等安装，或在不影响车流、人流以及监控目标要求的前提下单独采用支架安装。

3.3 传感器及其分辨率的选择

目前图像传感器有两种，CCD(电荷耦合)元件和CMOS(互补金属氧化物导体)元件，其中主流传感器为CMOS，下文以16∶9画幅比例的CMOS传感器进行分析。

由于航站楼对于视频图像质量的要求通常在辨识及以上，通常采用1080p及以上分辨率摄像头。分辨率的选择主要考虑监控场景对图像质量的要求以及所监控场景宽度，传感器水平像素数应按式(1)计算：

ρ=Pw/W

(1)

式中，Pw为所选传感器的水平像素数，单位为像素，px；W为摄像头所监控场景宽度，m；ρ为目标视野单位长度像素密度，px/m。

基于式(1)，可得出不同分辨率传感器在满足特定图像质量级别(即目标像素密度)情况下所能监控的场景宽度，如表2所示。

常规分辨率传感器视野宽度 表2

由于安装条件限制无法对特定区域需采用多个1 080p摄像机进行综合覆盖时，可采用4K及以上超高清摄像机替换多个1 080p摄像机，而不降低对特定区域覆盖的图像质量要求。但选择超高清摄像头时，应注意超高清摄像头对于光照条件的更高要求。

3.4 安装距离及高度的确定

摄像头安装距离及安装高度需根据室内建筑布局及层高确定。摄像机安装距离及安装高度应满足式(2)要求：

(2)

式中，L为摄像头安装位置与视频采集对象之间的距离，m；A为光轴与水平线俯仰角度，°(当图像用于人脸识别时，俯仰角度宜在0～10°，应≤18°)；H1为摄像机安装高度，m(航站楼内摄像机室内安装高度应≥2.0m，室外安装高度应≥3.5m)；H2为监控目标高度，m(航站楼环境旅客及工作人员平均身高取1.7m，针对安检机进出口高度取0.8m)。

3.5 摄像头焦距的确定

根据式(3)确定摄像头焦距：

(3)

式中，f为摄像头焦距，mm；w为摄像头图像传感器靶面实测宽度，mm；W为采集图像周围区域视野空间水平实测宽度，m。

3.6 以安检通道为例进行视野分析

下面以航站楼常见安检通道为场景进行视野分析，在进行分析之前，需对安检通道场景进行分析。

安检通道用于为旅客提供手提行李及人身安检，安检通道通常为狭长形通道，其照明通常>300lx， 具有较好的照明条件。依据相关规范，安检通道需要监控的场景、监控目的以及各场景对于视频图像质量要求如表3所示。

典型安检通道摄像机视野要求 表3

由于监控场所为固定狭长型，应选择固定枪式摄像头用于安检通道的监控，镜头选择固定焦距镜头。CMOS传感器尺寸采用主流16∶9画幅1/3″尺寸，分辨率为1 080P，其对应的传感器靶面宽度w为5.38mm。同时由于安检通道大多采用隔断与旅客公共区及隔离候机区进行隔离，摄像头安装条件有限，通常结合隔断采用支架安装。考虑安检通道为人员密集场所，应特别注意前方排队旅客对安检监控区域摄像头视野的遮挡，摄像头安装高度不能过低。采用IP Video System Design Tool视频监控系统分析软件进行分析。

根据安检通道安装条件、所需覆盖视野宽度，运用上述式(1)～(3)，可得出对于监控目标的像素密度、安装俯仰角度及焦距，如表4所示。

摄像头安装要求及参数选择 表4

通过上述分析，各摄像头满足视野覆盖要求，摄像头1和5满足对于旅客人脸特征辨识的要求，摄像头2～4满足对于进出安检机传送带物品及开包台开包细节的监控要求。

4 结束语