視訊技術下的機場場面監視系統簡述論文
視訊技術即動態影象傳輸，在電信領域被稱為視訊業務或視訊業務，在計算機界常常稱為多媒體通訊、流媒體***下載像流水***通訊等。視訊通訊技術是實現和完成視訊業務的主要技術。以下是小編今天為大家精心準備的：視訊技術下的機場場面監視系統簡述相關論文。內容僅供參考，歡迎閱讀!
視訊技術下的機場場面監視系統簡述全文如下：
1 概述
機場場面監視系統是飛行安全的有力保證，傳統的機場場面監視主要以場面監視雷達***SMR***為主，國內的大型機場，如北京首都機場、上海浦東機場一般裝有完備的場面監視雷達。但是隨著未來通航政策的開放，中小機場負擔不起這種高成本的場面監視雷達，因此，作為在交通訊息控制中廣泛使用的視訊監視技術成為取代昂貴場面監視雷達的有效工具。
視訊場面監視技術是近年來興起的一種低成本的機場監視技術。它主要通過為機場裝備高清攝像頭，為機場執行人員提供飛機的軌跡與方執行資訊，使其準確進行決策。由於無需在航空器或地面運載工具上載入接收器，視訊技術比雷達技術更加的靈活，在機場附近，可以通過大量佈置攝像頭實現原有SMR 的覆蓋。同時，對一些SMR 受限的區域，視訊技術也能夠進行覆蓋並輔助執行人員進行決策。
2 國外研究進展
歐美髮達國家通航開放較早，中小機場規模大，視訊技術得到了很大的發展，典型的專案有美國NASA 與德國DLR 合作的Rap-Tor 專案，瑞典SAAB 公司的遠端塔臺專案。
在2006 -2007 年， 歐洲與美國的ATM 研究計劃SESAR、NEXTGEN 相繼明確了遠端塔臺***RTC***概念與解決方案。傳統的塔臺空中交通管制是管制員在全形度視景下對飛機進行引導控制，而遠端塔臺控制中心***RAiCe***是在沒有直觀視景情況下中小型機場場面監視的一種遠端視景系統。由於中小型機場普遍缺乏先進場面引導和控制系統***ASMGCS***，採用高精度的視訊技術成為取代ASMGCS的一種輔助場面監視工具。
DLR 的Schmidt·M 小組在2006-2007 年在布倫瑞克機場針對RTO 系統進行了試驗。他們根據模擬管制員決策過程明確了RTO 的系統結構與任務分析並進行了模型分析。他們設計了RTO的系統框架，開發了180 度的視訊全景系統並作為RTO 系統中人機互動的核心。
M·Schmidt 的研究小組在此基礎之上，根據180 度塔臺視景系統的一些不足，在2009 年進一步研究了低能見度的情況，引入了紅外線感測器。另一方面，他們考慮加強利用影象處理的功能，通過改進演算法獲取運動目標軌跡將這套180 度的視訊場面監視視景改進為輔助決策系統。
國內研究進展
國內視訊場面監視技術發展相對較晚。2011 年，羅曉與盧宇結合DLR 的一些經驗，提出採用多視訊融合的機場場面監視方法，該方法的核心是利用影象識別技術中的光流法計算運動場，用動態模糊聚類演算法分析運動場，並用多視訊融合增強檢測精度，最後對模擬序列和機場視訊序列進行了比較，他們用了三臺攝像機對成都雙流機場的場面飛機執行進行了動態目標檢測與識別，但是光流法的視訊場面監視方法也存在缺陷，有時即使沒有目標，在外部照明發生變化時，也可以觀測到光流，這在佈滿了燈光系統的機場上容易出現誤判。另外，光流法在缺乏足夠的灰度等級變化的區域，實際運動往往觀測不到，而視訊場面監視需要高精度的目標檢測。最後，光流法以迭代的方法進行計算，這種計算需要消耗大量內容，因此需要特殊硬體的支援。
2013 年盧宇，吳巨集剛，徐自勵繼續對多視訊融合的機場監視方法進行了研究，提出了一種基於視訊MLAT 的場面目標監視新方法，該方法從定位原理及演算法上分析了視訊多點定位誤差的拓撲分佈，並通過對誤差分佈資訊來配置跟蹤濾波引數，從而達到提高定位於跟蹤精度的目的，解決了視訊監視技術中的飛機定位的問題，在一定程度上準確確定了運動目標的座標，但是該方法在定位連貫性上仍有所欠缺。
南京航空航天大學的研究小組也在2013 年針對視訊場面監視技術進行了研究，他們根據民航二所的視訊監視系統，提出了一種視訊監視中實現飛機自動掛標牌的新方法。首先對視訊進行影象跟蹤獲得飛機影象座標，再通過在機場地圖與視訊影象上分別選取4個及以上點、線對應計算出兩個投影平面之間的單應矩陣把影象座標對映成地圖座標，最後把影象跟蹤資料與ADS-B 監視資料融合實現視訊中飛機自動掛標牌。這種掛標牌的方法準確且誤差小，但是大範圍的推廣還有待實驗。
比較國內外基於視訊技術的場面監視系統不難發現，我國在這一領域起步較晚，場面視訊監視技術主要借鑑了國外的一些經驗。當前，國內的視訊技術的場面監視系統急需解決的問題是飛機起飛與著陸的監視。DLR 利用GPS 描繪的著陸軌跡與視訊場面監視系統進行了對比，得出了視訊監視下的下滑道軌跡與真實軌跡之間的偏差。國內的視訊技術尚未在這方面進行嚴格的討論，同時，DLR 在機場低能見度的情況也進行了討論，國內的視訊監視系統可以在這之上進行借鑑。
3 幾種常用視訊識別方法比較分析
3.1 時間差分法
時間差分法是通過將影象序列中連續幀中所有的對應位置畫素點亮度值相減，如果差的絕對值大於給定的閾值，則相應的畫素值取“1”。否則取“0”。在畫素點亮度變化過程中得到幀差影象，從而實現目標識別的功能。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，因此在模糊處理後可大大降低影象中的雜色，從而減少了最終檢測過程中的噪聲。該方法較為簡單，但閾值的相關設定較為複雜，對某些亮度變化相似的畫素點不能有效識別，因此易造成影象識別不連續，在實時監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，它是利用當前影象與背景影象的差分來檢測運動目標的一種技術。即以相鄰幀影象作影象比較，使兩幅圖具有相似的背景影象，從而使移動目標“顯現”出來。它一般能夠提供較完整的特徵資料，但對於場景的變化，如光照、天氣變化以及突發事件等的干擾比較敏感。該方法適合對機場內固定攝像頭採集視訊的目標識別。若背景影象有變化，則無法準確跟蹤識別運動的航空器。
3.3 光流法
在動態影象所構成的景物範圍中，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分不同目標與背景。此方法不需要將所取影象進行灰度化和二值化處理，但易受噪聲的影響，且計算方法複雜量大，實時性比較差，識別結果的精度無法保證，所以對於精度要求較高的機場場面監控來說，光流法並不推薦。
3.4 特徵匹配法
確定移動目標的特徵，利用特徵點建立模板並在全圖內作塔式遍歷，通過相關係數值來確定特徵的相似程度，從而確定目標。相關特徵匹配法檢測移動目標一般分為兩步：第一，要先選擇合適的特徵，這些特徵應該對灰度的變化不敏感;第二，通過對相同特徵區域進行特徵相關係數計算來確定對應的特徵從而確定移動目標。此法需要較多的數學計算，實現起來較為複雜。
4 前景預測
4.1 ADS-B 與視訊場面監視系統資料融合
ADS-B 作為未來新航行系統的一部分，已經在中國民航範圍進行了推廣。未來的空中交通系統要求運載方配有機載的ADS-B 裝置，這為發展視訊技術的場面監視系統提供了突破。視訊場面監視系統雖然能為中小機場提供低成本的監視解決方案，但受制於視訊技術獲得的資訊有限，無法為機場決策人員提供全方位的輔助監控平臺。而ADS-B 由於包括了飛機的一系列資訊，可以彌補視訊監視系統在資訊提取上的不足。此外，在快要著陸過程中，考慮給視訊場面監視系統掛上應答機程式碼與機載速度高度資訊達到雷達場面監視的效果也是視訊場面監視技術未來發展的方向。
4.2 通航機場的發展機遇
中國低成本的通用航空正處於發展的起步階段，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，人均年乘機次數接近1 次***。預計到2030 年，我國民航旅客運輸量將達到15 億人次，大力發展低成本航空是實現這一目標的重要途徑。
2014 年10 月，國務院批准對通用機場核准許可權下放，這代表了通航機場將迎來快速發展的機遇，而基於視訊技術的機場場面監視系統作為一種安全廉價的機場執行輔助設施，必將得到廣泛的推廣。
5 結束語
基於視訊技術的民航機場場面監視方法是實現未來空管自動化的一項重要的發展方向，由於傳統的雷達監視所需要的成本大，不適用通航機場空中交通管制的需要，而視訊技術的場面監視方法就可以成為替代昂貴的場面監視雷達的有效工具。在歐洲，這種技術作為遠端塔臺的核心手段引起了廣泛的研究興趣，國內的一些民航科研單位也在抓緊對這種技術的探索研究。這種技術主要是利用了影象處理技術對機場實時的視訊流進行處理並結合空管人員的實際需要來實現機場場面監視等一系列功能。目前，這種技術還不成熟，尚不足以滿足未來眾多通航機場的需要，應此需要我們給予更多的關注與支援。