智慧機(jī)場智能視頻計(jì)算平臺設(shè)計(jì)分析

朱正模

摘要：智能視頻技術(shù)具有鮮明的自動化、綜合化特征，可以在圖像處理、機(jī)器視覺等技術(shù)的幫助下，輔助完成刷臉登機(jī)、機(jī)場安防等任務(wù)。當(dāng)前伴隨智慧機(jī)場革新進(jìn)程的深化，智能視頻計(jì)算平臺設(shè)計(jì)、優(yōu)化問題成為焦點(diǎn)，為機(jī)場的現(xiàn)代化發(fā)展提供了重要方向。本文聚焦智慧機(jī)場發(fā)展背景，展開論述了智能視頻關(guān)鍵技術(shù)，并對智能視頻計(jì)算平臺軟硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)、功能實(shí)現(xiàn)路徑等進(jìn)行深入探究。

關(guān)鍵詞：智慧機(jī)場? ?智能視頻 計(jì)算平臺設(shè)計(jì) 研究

在城建事業(yè)深化、科技體系完善的大背景之下，居民生活品質(zhì)、消費(fèi)觀念發(fā)生改變，對出行方式、質(zhì)量提出更高要求，以高效化、人性化著稱的智慧機(jī)場登上時代舞臺，運(yùn)營效率提升、運(yùn)營規(guī)模也明顯擴(kuò)大。但與此同時，巨大的客流量、貨流量也給機(jī)場管理帶來一定困難，現(xiàn)階段視頻體系點(diǎn)位分析、算法分析固化等弊端也逐漸暴露出來，亟需通過深入探究尋找更加有效的平臺構(gòu)建、優(yōu)化手段。

1智能視頻技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

智能視頻分析技術(shù)是智慧機(jī)場的關(guān)鍵組成部分，從現(xiàn)階段應(yīng)用實(shí)踐來看，基于服務(wù)器的后端分析技術(shù)是較為常見的類型，總控臺與攝像機(jī)點(diǎn)位相連接，視頻實(shí)時流傳送回計(jì)算機(jī)平臺，開展圖像分析與處理，該種方式改造范圍較小，前期成本投入低。在智能技術(shù)高速發(fā)展的背景之下，前置分析技術(shù)也逐漸進(jìn)入航空領(lǐng)域，PLC芯片直接嵌入到智能攝像機(jī)內(nèi)部，當(dāng)指定區(qū)域有運(yùn)動物體出現(xiàn)時，數(shù)據(jù)才會被傳送，減少了無用數(shù)據(jù)的接收，有助于緩解服務(wù)器壓力。近年來，我國航空事業(yè)飛速發(fā)展，客流量急劇膨脹，這兩種方式的弊端、短板也逐漸暴露出來，首先是分析點(diǎn)位較為固定，攝像機(jī)安裝時需要經(jīng)過嚴(yán)格的點(diǎn)位勘查，作業(yè)時接入路數(shù)固定，監(jiān)測范圍也相對有限，很難滿足多區(qū)域、多目標(biāo)分析需求;其次是算法固化，智能攝像機(jī)出廠環(huán)節(jié)，分析類別、算法版本均已經(jīng)設(shè)定完成，后續(xù)無法進(jìn)行更換、升級，適用的業(yè)務(wù)場景較為有限;最后是調(diào)度機(jī)制僵化，現(xiàn)行的智能視頻技術(shù)運(yùn)行、分析控制平臺是相互獨(dú)立的，遇到參數(shù)調(diào)整問題時，需要分開登錄調(diào)配，調(diào)度協(xié)同性嚴(yán)重不足，因此有必要從平臺搭建角度出發(fā)，提升智能視頻系統(tǒng)的集成性、靈活性，簡化調(diào)度流程，優(yōu)化控制能力。

2智能視頻計(jì)算平臺架構(gòu)分析

2.1數(shù)據(jù)感知層

數(shù)據(jù)感知處于整個系統(tǒng)的前端，承擔(dān)著數(shù)據(jù)采集、傳送的職能，設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)推薦采用智能攝像機(jī)裝置，內(nèi)嵌編碼芯片，提升系統(tǒng)穩(wěn)定性。傳感器選擇上，CMOS以及CCD均是較為常見的類型，前者集成于金屬氧化物半導(dǎo)體，制作成本、能耗相對較低，但色彩還原度、曝光度有所欠缺;后者以半導(dǎo)體單晶材料為依托，通透性、明銳度均有較高保障，可以結(jié)合實(shí)況進(jìn)行比選。其次還應(yīng)關(guān)注成像分辨率問題，像素點(diǎn)是影響圖像清晰度的關(guān)鍵要素，在相同條件之下，像素點(diǎn)越多，成像會越清晰。因此，對于高清晰特征識別監(jiān)控，通常選擇1080P或4K為佳，追求高分辨率的同時，還要相應(yīng)提升服務(wù)器性能，這主要是因?yàn)橥瑯影忻娉叽缦?，過多像素點(diǎn)會加劇傳輸負(fù)擔(dān)[1]，可能會導(dǎo)致卡頓等情況，服務(wù)器定期優(yōu)化升級可以在一定程度上緩解此類問題。最后還應(yīng)關(guān)注信號傳輸通道問題，光纖、以太網(wǎng)等均是較為常見的方案。

2.2平臺服務(wù)層

平臺服務(wù)層涵蓋內(nèi)容較為多樣，包含了算法資源池、視頻分析模塊、鏡頭控制模塊等，是分析平臺運(yùn)轉(zhuǎn)的核心部分，其中算法資源池主要融合云計(jì)算技術(shù)，機(jī)場可以自行搭建本地私有云，規(guī)避硬件服務(wù)器管理繁瑣的弊端，所有AI算法均聚集于私有云之中，滿足隨時調(diào)用和查看。視頻顯示模塊則承擔(dān)著視頻預(yù)覽、呈現(xiàn)的職能，所有智能攝像機(jī)架設(shè)于伺服云臺之上，實(shí)時采集圖像信息，并將圖像內(nèi)容、錄影時間、角度等打包傳輸回平臺，實(shí)現(xiàn)全景化、多角度監(jiān)控，規(guī)避舊有模式之中節(jié)點(diǎn)固化的問題。鏡頭控制模塊可以用于遠(yuǎn)程對焦、近光度調(diào)節(jié)等，在夜晚監(jiān)視場景下，還能支持紅外成像。視頻控制模塊采用自動化作業(yè)邏輯，可以實(shí)時監(jiān)測智能攝像機(jī)視覺性能，并依據(jù)不同天氣情況調(diào)整設(shè)備參數(shù)，提升亮度、色度與環(huán)境之間的匹配性[2]，保障采集圖像的精準(zhǔn)程度，減輕工作人員負(fù)擔(dān)。

2.3應(yīng)用交互層

應(yīng)用交互層面向不同身份用戶開放，能夠?yàn)槠脚_的管理、維護(hù)提供支撐，其內(nèi)置模塊主要可分為4個部分，首選是權(quán)限管理模塊，可以定義平臺管理員、算法開發(fā)者等角色，其中管理員權(quán)限最高，可以進(jìn)行權(quán)限的開通與關(guān)閉，以及算法增減刪改、計(jì)算機(jī)狀態(tài)監(jiān)控等工作。其次是算法管理模塊，以此通道為依托，可以進(jìn)行算法修改、升級、發(fā)布工作，在容器技術(shù)的支撐下，還能夠?qū)崿F(xiàn)異構(gòu)算法封裝，方便人工智能廠家分析研究，提升接口匹配性。再次是資源管理能力，該功能的作業(yè)對象主要為AI資源池，由于平臺是以容器技術(shù)為依托打造運(yùn)行環(huán)境的，因此在服務(wù)發(fā)布之前，必須根據(jù)資源規(guī)格創(chuàng)建虛擬池，保障系統(tǒng)算力充足，保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。然后是作業(yè)調(diào)度能力，工作人員可以通過該模塊開展視頻資源的創(chuàng)建、更新、刪除等工作，所有任務(wù)的進(jìn)展情況均直觀呈現(xiàn)在屏幕上，可以隨時查看、更改。最后是賦能集成功能，可以提供統(tǒng)一API對外開放接口，滿足服務(wù)管理、算法版本管理接入需求。

3智能視頻計(jì)算平臺關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1人臉識別及熱成像技術(shù)

人臉識別技術(shù)當(dāng)前已經(jīng)在多數(shù)機(jī)場實(shí)現(xiàn)推廣應(yīng)用，可以在人臉結(jié)構(gòu)特征提取的基礎(chǔ)上，匹配并確定個體身份，平臺優(yōu)化時可以與熱成像技術(shù)互為搭配，在電磁波原理幫助下，實(shí)時采集人體輻射能量，對不同溫度信號進(jìn)行可視轉(zhuǎn)化，從而形成有灰度差異的影像。攝像機(jī)主要安排在航站樓出入點(diǎn)、安檢通道、登機(jī)口[3]等處，能夠明顯緩解疫情防控及人工安檢負(fù)擔(dān)，通過優(yōu)化算法設(shè)計(jì)，還可以實(shí)現(xiàn)旅客黑名單管理，以及航站樓人員定位等，提升機(jī)場管理服務(wù)效能。此外，這兩項(xiàng)技術(shù)也可與員工通道的安防門禁管理系統(tǒng)對接，內(nèi)部人員刷卡時，系統(tǒng)自動采集人臉信息，并在數(shù)據(jù)庫中搜索比對，匹配率合格后方可放行，雙重保護(hù)防止異常入侵，提升機(jī)場安全性能。

3.2密度統(tǒng)計(jì)技術(shù)C472A448-1635-4FA1-A518-B1F4ADBAD2D0

機(jī)場航站樓、候機(jī)區(qū)是人員集散的關(guān)鍵場所，現(xiàn)階段經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，國內(nèi)航班架次、旅客運(yùn)量明顯提升，機(jī)場人員密度大幅增加，一旦發(fā)生安全事故，將給疏散救援工作帶來極大壓力。實(shí)踐環(huán)節(jié)可以將伺服云臺安裝在航站樓出入口、安檢口等處，對來往人數(shù)開展實(shí)時統(tǒng)計(jì)，將各通道人員通行數(shù)量實(shí)時更新并整合打包，傳送至分析平臺，一旦超過預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，即會發(fā)出預(yù)警信息，提醒管理人員給予適時、適度的干預(yù)和控制。值機(jī)區(qū)域隊(duì)伍過長時，平臺系統(tǒng)同樣會發(fā)出提醒，方便管理人員及時開啟閑置通道，最大限度減少等待時間，提升客戶滿意度，同時防止踩踏等安全事故。

3.3異常行為檢測技術(shù)

通過設(shè)置于各點(diǎn)位的智能攝像機(jī)，機(jī)場內(nèi)部功能區(qū)域情況可以被實(shí)時匯總、傳輸回分析平臺之中，借助大數(shù)據(jù)等技術(shù)對其展開處理，提取價值較高的信息數(shù)據(jù)，并將其上報給管理人員，可以明顯提升機(jī)場管理效率?？紤]到安防是機(jī)場運(yùn)營過程中極為關(guān)鍵的一部分，實(shí)踐環(huán)節(jié)要加大中心機(jī)房、旅客隔離區(qū)等的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集，一旦發(fā)生非法入侵現(xiàn)象，系統(tǒng)即可實(shí)時發(fā)出警報，提醒管理人員注意。公共活動區(qū)域則要將高速奔跑、打鬧等作為重點(diǎn)監(jiān)控對象，扶梯區(qū)域要關(guān)注有無摔倒、逆行情況，最大限度保障旅客出行安全，防止碰撞、踩踏等事故的發(fā)生。系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)計(jì)目標(biāo)跟蹤算法，若異常行為持續(xù)出現(xiàn)，則報警信息仍以周期方式持續(xù)呈現(xiàn)，直至異常行為停止后，警報才會消除，最大限度保障旅客人身安全。

3.4大場景拼接技術(shù)

機(jī)場工程通常具有建設(shè)規(guī)模大、占地范圍廣等特征，航站樓、候機(jī)區(qū)域等部位監(jiān)控需求高，監(jiān)控覆蓋面廣，依托系統(tǒng)平臺進(jìn)行管理時，很容易出現(xiàn)呈現(xiàn)范圍狹窄、信息不全面的問題。而智能視頻計(jì)算平臺中，采用大場景拼接技術(shù)，拼接范圍涵蓋飛機(jī)跑道、停機(jī)廣場、安檢區(qū)等，整個機(jī)場所有影像均可實(shí)時呈現(xiàn)出來，當(dāng)需要細(xì)致分析某一畫面時，只需點(diǎn)擊操作即可，這樣一來不僅能夠看到區(qū)域細(xì)節(jié)性信息，還能看到具體的相對位置。利用該種技術(shù)，首先可以開展遺失物品檢測，智能攝像機(jī)安裝于旅客行李領(lǐng)取處，發(fā)現(xiàn)長時間無人領(lǐng)取物品時，會自動提醒管理人員注意，為失物招領(lǐng)工作提供依據(jù)和支撐。其次還可以開展逆行檢測，攝像機(jī)可以安裝于單向通道之中，發(fā)現(xiàn)逆行旅客后，提醒工作人員注意，并趕往現(xiàn)場引導(dǎo)旅客正確通行。最后是設(shè)備移動檢測，機(jī)場人員集散量大，為保障安全性能，通常會設(shè)置許多消防、公安設(shè)備，當(dāng)設(shè)備被違規(guī)移挪，超出監(jiān)控規(guī)定范圍時，系統(tǒng)即可自動發(fā)出警報，降低危險隱患。

3.5機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)

機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)是在人工智能、大數(shù)據(jù)技術(shù)基礎(chǔ)上衍生、發(fā)展起來的，它綜合運(yùn)用了概率、統(tǒng)計(jì)學(xué)等專業(yè)理論，可以高效模擬人腦思維活動，重現(xiàn)感知覺、記憶過程，并以此為依托將接觸到的有效信息進(jìn)行整合、存儲，從中提煉有價值的規(guī)律，不斷改善自身性能，提升智能化水平。當(dāng)類似事件、場景重現(xiàn)時，系統(tǒng)可以自動根據(jù)記憶中的處理過程做出響應(yīng)，防止人工響應(yīng)不及時造成的隱患問題。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是該技術(shù)核心，其可模擬人腦神經(jīng)元結(jié)構(gòu)，通過樣本訓(xùn)練形成程式化解決方案，在自動駕駛、OCR[4]等領(lǐng)域均有著極為廣泛的應(yīng)用。實(shí)踐中可以將該技術(shù)應(yīng)用于智能視頻計(jì)算平臺的故障監(jiān)測、應(yīng)急處理之中，保障系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性。

4智能視頻計(jì)算平臺運(yùn)維功能配備

當(dāng)前伴隨現(xiàn)代化進(jìn)程的深入，我國航空事業(yè)迎來發(fā)展新契機(jī)，民航日接待旅客數(shù)量持續(xù)上升，智能視頻計(jì)算平臺雖然在一定程度上緩解了大負(fù)荷統(tǒng)籌、協(xié)調(diào)壓力，但同時也帶來了新的挑戰(zhàn)與問題，平臺功能結(jié)構(gòu)更加精密、完善，工作時限明顯延長，運(yùn)維手段卻并未相應(yīng)更新。很多機(jī)場建設(shè)跨度較長，不同時間段智能設(shè)備規(guī)格難以統(tǒng)一，維修臺賬記錄不清，視頻故障發(fā)現(xiàn)滯后，對信息采集質(zhì)量、效果產(chǎn)生了較大影響，因此有必要從一體化角度出發(fā)，對平臺運(yùn)維功能的配備進(jìn)行展開論述。

4.1故障預(yù)警功能

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫與運(yùn)維模塊相關(guān)聯(lián)，模塊內(nèi)部同步更新信息細(xì)節(jié)，以此為依據(jù)對故障趨勢進(jìn)行預(yù)測，預(yù)測路徑主要有兩條。首先是指標(biāo)預(yù)警，監(jiān)測對象主要為各業(yè)務(wù)狀態(tài)，比如數(shù)據(jù)存量、圖像延遲時間等，整個邏輯按照時間軸展開，在收集歷史數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，形成正常運(yùn)行基線，當(dāng)運(yùn)行數(shù)值發(fā)現(xiàn)較大偏差，或者較長時間處于波動狀態(tài)時，即可發(fā)出檢修提醒。借助人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，還可以提取指標(biāo)影響因子，生成貼合度較高的預(yù)測模型，提升故障預(yù)警精準(zhǔn)度和可靠度。其次是壽命預(yù)警，機(jī)場內(nèi)部智能攝像機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)壓力較大，使用壽命監(jiān)控極為關(guān)鍵，當(dāng)攝像機(jī)進(jìn)入臨界期后，品質(zhì)、穩(wěn)定性均會發(fā)生明顯下降，智能化運(yùn)維模塊可以實(shí)時同步臺賬信息，同時采集環(huán)境、歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)等，對設(shè)備進(jìn)行壽命故障預(yù)警，提升機(jī)場智能視頻系統(tǒng)的風(fēng)險防范能力。

4.2質(zhì)量檢測功能

系統(tǒng)質(zhì)量檢測功能主要可分為3個方面，首先是圖像質(zhì)量判斷，平臺可以人工智能、高性能算法等為依托，廣泛采集機(jī)場視頻截圖，分析樣本中是否存在畫面遮擋、卡頓或者模糊、亮度異常等問題，在此基礎(chǔ)上總結(jié)常見故障，細(xì)化故障指標(biāo)，提升判斷精準(zhǔn)性。其次是視頻質(zhì)量異常統(tǒng)計(jì)，完成故障類型分析后，系統(tǒng)還可以對內(nèi)部異常畫面進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，明確云臺控制故障、畫面遮擋等問題的多發(fā)區(qū)域，探尋低質(zhì)量畫面來源等，并依據(jù)已經(jīng)劃分好的風(fēng)險等級，給出檢修安排推薦，增強(qiáng)檢修計(jì)劃適應(yīng)性。最后是視頻完好率統(tǒng)計(jì)，可以在圖像分析的基礎(chǔ)上，推算出視頻完好點(diǎn)位，以及占點(diǎn)位總量的百分比，防止中間傳輸通道等影響范圍較大的部分出現(xiàn)故障，制約機(jī)場智能視頻系統(tǒng)的整體運(yùn)行質(zhì)量。

4.3流程控制功能

流程控制功能面向具體檢修環(huán)節(jié)，實(shí)踐時可根據(jù)機(jī)場自身運(yùn)營情況進(jìn)行調(diào)整，總體來說可以依托平臺完成工單創(chuàng)建、接收、提交等工作，若過程中出現(xiàn)意外變更，也可以登錄平臺進(jìn)行回退、改派或刪除[5]等。平臺內(nèi)部設(shè)置專家系統(tǒng)，存儲有海量的領(lǐng)域?qū)＜抑R，可以對機(jī)場智能視頻系統(tǒng)故障進(jìn)行精準(zhǔn)判別，并在正推理、反推理算法的支撐下，模擬專家決策過程，提升故障響應(yīng)效率，除主動采集數(shù)據(jù)外，管理人員也可以錄入相關(guān)資料，保障解決方案與本系統(tǒng)的適應(yīng)性。同時，所有進(jìn)入檢修流程的視頻設(shè)備，進(jìn)度均要同步到平臺之中，增強(qiáng)信息共享性和透明度。

4.4自動巡檢功能

自動巡檢功能是對上述模塊功能的有機(jī)補(bǔ)充，主要利用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)和人工智能技術(shù)，可以在歷史數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，提煉出故障趨勢及演變規(guī)律，可重復(fù)性極強(qiáng)。過程中要做好樣本訓(xùn)練工作，可以采用輪詢方式開展工作，對大體量視頻源進(jìn)行分析，平臺CPU在一定算法約束下，對周邊設(shè)備發(fā)出服務(wù)詢問，若有異常情況，則默認(rèn)需要服務(wù)，展開故障預(yù)測和診斷，若沒有異常，則詢問下一個周邊，直至機(jī)場內(nèi)部所有設(shè)備問詢完畢。智能巡檢代替人工巡檢，可以有效提升機(jī)場視頻系統(tǒng)的故障響應(yīng)效率，降低人工勞動強(qiáng)度，同時減少人為疏漏[5-6]。

5結(jié)語

綜上所述，智能視頻計(jì)算平臺具有高效化、便捷化優(yōu)勢，可以有效提升機(jī)場監(jiān)控、安防質(zhì)量，實(shí)踐環(huán)節(jié)要正視其功能價值，從數(shù)據(jù)感知層、平臺服務(wù)層以及應(yīng)用交互層入手強(qiáng)化設(shè)計(jì)與開發(fā)，不斷優(yōu)化人臉識別、熱成像、大場景拼接等技術(shù)，同時配套開發(fā)運(yùn)維平臺功能，強(qiáng)化故障預(yù)警、質(zhì)量監(jiān)測，為系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和機(jī)場服務(wù)質(zhì)量的優(yōu)化奠定穩(wěn)固基礎(chǔ)。

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