编制单位镜像视界浙江科技有限公司研究支撑国家十四五重点课题研究、镜像视界浙江普陀时空大数据应用技术联合研究院权威认证河南省电检院权威机构认证理论奠基人耿文海全球首次提出单视频三维实时重构和视频动态目标三维实时重构理论的学者同时是物理空间透明化智能管理理论奠基人、人体身体指纹与无感定位技术首创者文档密级内部公开适用对象民航机场建设单位、运行指挥中心、安全管理部门、规划设计单位、系统集成商、科研院所摘要跑道侵入、机坪地面碰撞、滑行冲突始终是民航场面运行核心安全风险。传统机场安全预警体系大多依靠阈值触发式告警仅基于瞬时位置做简单判断缺少对目标运动趋势、空间态势、时间演化关系的综合研判虚警率高、提前预判能力不足难以实现风险前置预警。本文阐述镜像视界将视频三维重构技术与时空张量推演机制深度融合的机场安全预警技术方案。依托 SpaceOS™空间计算操作系统底座NeuroRebuild™单视频动态三维实时重构引擎、Pixel2Geo™无感时空定位引擎构建机‑车‑人全要素三维数字空间引入时空张量计算模型对多目标运动状态、空间位置、行进姿态、时序演化关系进行联合推演实现跑道侵入风险预判、滑行路径冲突识别、地面碰撞风险提前预警由事后告警转向事前风险推演全面降低场面运行安全隐患提升大型航空枢纽整体运行效能。1 概述1.1 民航场面安全运行现实挑战大型航空枢纽跑道、滑行道、机坪区域空间结构复杂航空器、保障车辆、作业人员多目标高密度交织运行。跑道侵入、地面剐蹭碰撞、滑行道抢道冲突属于民航场面重点防范的高危安全事件。一旦发生此类事件不仅造成设备财产损失还将直接引发航班大面积延误对机场运行秩序带来严重冲击。当前主流机场安全预警手段存在固有局限。场面雷达、ADS‑B 存在遮挡盲区对地勤车辆、作业人员覆盖能力不足传统视频分析大多基于单帧图像检测仅做越界瞬时判断只能够做到事件发生之后告警缺少对目标运动趋势的预测能力虚警、漏警现象突出各类感知数据相互独立缺少统一三维空间底座无法把位置、速度、航向、空间距离、时间窗口等多维度信息做耦合计算传统预警模式以 “发生即告警” 为主很难实现风险的提前识别与预判。面对上述行业痛点镜像视界浙江科技有限公司基于像素升维理论体系将视频三维重构与时空张量推演机制相结合。通过视频三维重构还原场面真实三维空间环境基于 Pixel2Geo™输出全要素目标高精度时空坐标构建时空张量完成多目标时空演化联合计算实现风险前置推演构建 “感知‑计算‑推演‑预警‑复盘” 完整闭环重塑机场场面安全预警技术体系。1.2 方案总体思路本方案复用机场跑道、滑行道、机坪区域现有视频感知网络以视频流作为核心输入源。依托 NeuroRebuild™完成场面实景视频三维重构建立与物理空间实时对齐的三维数字空间通过 Pixel2Geo™无感时空定位引擎输出航空器、保障车辆、作业人员高精度三维大地坐标CameraGraph™跨镜空间拓扑引擎实现跨区域目标连续追踪补齐目标短暂遮挡阶段运动轨迹。在统一 SpaceOS™时空基准之上引入时空张量计算模型把目标位置、运动速度、航向姿态、空间几何约束、跑道 / 滑行道地理规则、时间窗口多维信息构建多维张量矩阵对多目标未来时间片段内空间演化态势做推演计算。针对跑道侵入风险、滑行交汇冲突、机坪车机碰撞风险进行量化评估输出风险等级、风险发生概率、风险时间窗口实现前置预警。整套系统支持边缘本地化闭环运算原始视频不出域满足民航空侧内网、信创适配建设要求输出预警结果对接机场运行指挥系统、安全管理平台。2 核心技术体系2.1 底层理论基础像素升维理论由耿文海提出的像素升维理论完成二维图像像素向真实三维物理空间信息映射。打破监控视频仅输出图像画面的局限通过多视角几何、空间张量时序约束、地理基准配准将像素信息升维为包含经纬度、高程、姿态、运动参数的完整物理空间信息为本方案视频三维重构、无感定位、时空张量推演提供底层理论支撑。2.2 SpaceOS™空间计算操作系统底座SpaceOS™为镜像视界自研国产化空间计算底座统一完成多路异构相机调度、全域时空基准归一、多源感知数据融合管理。解决多摄像机之间空间基准错乱、定位漂移、目标串扰等问题为三维重建、定位解算、时空张量推演提供统一算力调度、时间同步、存储与标准化接口支持 GPU 服务器、空间计算边缘一体机多种硬件部署形态。2.3 NeuroRebuild™单视频动态三维实时重构引擎完成跑道、滑行道、机坪、廊桥、建筑物、设备设施动态三维重建构建和物理现场同步演化的三维数字空间。还原真实空间通行边界、隔离区域、跑道保护区、滑行道交汇口等地理约束条件为风险推演提供真实三维空间约束条件而非依赖人工绘制的静态电子围栏。空间场景跟随现场物理变化自动增量更新无需人工修模。2.4 Pixel2Geo™无感时空定位引擎无标签、无基站纯视觉解算航空器、各类保障车辆、作业人员三维大地坐标输出目标位置、速度、航向姿态等运动参数。动态目标定位精度满足场面风险计算要求兼容可见光与红外视频输入实现全天候目标感知输出。2.5 CameraGraph™跨镜空间拓扑引擎自动构建全域相机拓扑图谱完成多相机全自动联合标定。目标跨跑道、滑行道、机坪多视场切换时保持 ID 稳定唯一在设备、建筑物短暂遮挡工况下依靠空间几何与时序信息完成轨迹补全保障时空张量计算输入数据完整连续。2.6 时空张量推演计算机制时空张量为本方案风险预警核心计算单元。将场面环境三维空间约束、目标实时位置、运动速度、航向角、加速度、历史运动轨迹、跑道滑行道运行规则封装至高维张量矩阵之中。以时间切片开展滚动推演计算未来若干时间窗口内多目标空间交汇概率量化输出风险等级、风险发生时间区间、风险空间范围。区别于传统单帧阈值比对告警时空张量综合历史时序、当前运动状态、空间地理约束做多维度联合计算区分真实风险与短暂误闯入等无效工况有效抑制虚警实现风险提前预判。2.7 信创与边缘离线闭环体系全栈软件适配国产信创软硬件生态兼容海光、兆芯 CPU麒麟、UOS 操作系统达梦、金仓数据库。支持边缘节点本地完成视频解析、三维重构、定位解算、时空张量推演、预警事件生成全流程运算原始视频不向外网传输实现数据不出域网络中断状态下安全预警业务可持续运行网络恢复后同步事件记录。3 系统总体架构整体划分为感知接入层、空间计算引擎层、时空张量计算层、数据服务层、业务应用层、展示交互层六层架构。3.1 感知接入层复用机场跑道、滑行道、机坪现有枪机、球机、红外热成像摄像机兼容主流国标视频协议完成视频流接入、PTP 硬件授时、时间戳对齐、图像畸变预处理实现存量设备利旧。3.2 空间计算引擎层基于 SpaceOS™底座调度核心算法组件‑ NeuroRebuild™场面单视频动态三维实时重构‑ Pixel2Geo™全要素目标纯视觉三维坐标解算‑ CameraGraph™相机拓扑构建、跨镜目标接续、遮挡轨迹补全‑ 图像预处理算子集逆光抑制、雨雾退化补偿、画面噪声过滤3.3 时空张量计算层接收三维场景约束、目标时空运动数据构建时空张量矩阵滚动开展多目标运动态势推演完成跑道侵入风险研判、滑行冲突风险计算、地面碰撞概率量化分级输出风险事件、风险等级、预判时间窗口。3.4 数据服务层统一管理三维场景数据、目标时空轨迹、张量推演中间数据、风险预警事件数据对外提供标准化 API 接口本地持久化存储全量时空数据支持安全事件回溯取证。3.5 业务应用层封装场面安全业务能力组件跑道侵入风险预警、滑行道冲突风险研判、机坪地面碰撞风险预警、高危区域闯入告警、风险事件分级处置、安全事件复盘分析可对接机场运行指挥平台、安全管理系统、A‑CDM 系统。3.6 展示交互层提供三维视频孪生沙盘可视化界面直观呈现场面全域目标分布、运动态势、推演预判结果、分级风险告警弹窗支持风险轨迹回放、事件溯源供运行指挥、安全管理调度席位使用。4 关键技术能力说明4.1 基于真实三维空间约束开展风险计算不再完全依赖人工绘制二维电子围栏直接使用视频三维重构生成真实场面三维空间模型跑道保护区、滑行交汇口、航空器安全作业区等空间边界由实景空间自动生成。空间环境发生变更时三维场景自动迭代更新风险计算约束条件同步更新规避人工配置围栏带来的偏差与维护工作量。4.2 时空张量多目标联合推演实现风险前置预判突破传统 “越界即告警” 的事后告警模式。时空张量融合空间位置、运动参数、时序演化、空域地面规则多维度信息滚动推演目标未来一段时间运动态势提前识别潜在跑道侵入、滑行交汇冲突、车机碰撞风险输出风险概率与预计发生时间窗口把安全处置窗口前移。4.3 多目标遮挡下推演连续性保障依靠 CameraGraph™完成遮挡场景轨迹自愈补全保障输入至时空张量的运动时序数据完整。在廊桥、大型设备、建筑物短暂遮挡条件下依然可以维持风险推演计算不中断避免因目标短时被遮挡造成漏警。4.4 风险分级与虚警抑制时空张量通过多维信息耦合计算区分人员车辆临时通行、误闯入、真实高危风险等不同工况对风险进行分级输出过滤大量无效瞬时告警降低调度人员告警处理压力提升预警有效性。4.5 全天候复杂场面环境适配兼容可见光、红外视频输入针对逆光、夜间低光照、雨雪雾天气通过图像退化补偿算法保障三维重建、定位解算稳定输出实现 7×24 小时不间断安全风险推演预警。4.6 存量设备利旧低改造落地模式充分复用机场现有视频感知资源无需大规模部署定位基站无需为车辆人员加装终端标签减少硬件采购、施工改造工作量降低项目建设与后期运维成本项目调试采用错峰作业模式降低对机场日常航班运行的干扰。5 机场核心业务应用场景5.1 跑道侵入风险前置推演预警针对跑道、跑道等待点、跑道保护区开展安全管控。系统通过时空张量推演车辆、人员、航空器运动趋势不仅识别已经发生的闯入行为还可预判目标存在侵入跑道的潜在风险提前输出分级告警提示运行指挥人员及时干预处置遏制跑道侵入高危事件发生。5.2 滑行道交汇冲突风险研判滑行道交叉口、滑行道与跑道衔接位置是冲突高发区域。系统对相向、交叉行进的航空器、保障车辆做多目标时空张量联合推演预判滑行路径交汇冲突风险输出冲突发生概率与时间窗口辅助调度人员调整滑行次序规避滑行抢道、交汇冲突。5.3 机坪区域地面碰撞风险预警在机坪机位、维修区域对航空器、牵引车、加油车、作业人员开展运动态势推演。识别车辆距离航空器过近、相向运动存在碰撞可能性等风险提前发出预警提示防范车‑机、车‑车剐蹭碰撞事故。5.4 高危管控区域闯入告警针对跑道等待区、精密进近保护区、设备隔离区等重点管控区域结合三维空间约束对车辆、人员违规闯入行为进行识别告警区分短时正常通行与违规闯入行为减少无效告警。5.5 安全事件全链路回溯与取证完整留存三维场景快照、目标全量时空轨迹、时空张量推演过程数据、风险告警记录。发生安全事件或者安全事件苗头之后可完整复现事件全过程回溯风险形成演化过程支撑安全调查、事件复盘、运行流程优化形成完整可审计安全证据链。5.6 特情条件下场面安全辅助管控遇到航班大面积延误、备降航班、应急救援处置等特殊工况场面目标运动无序性提升。系统持续开展全域时空张量推演实时识别各类潜在安全风险辅助指挥人员在复杂局面下开展安全管控。6 业务运行完整流程存量视频接入预处理接入跑道、滑行道、机坪摄像机视频流完成 PTP 时间同步、图像畸变校正全域空间自标定与三维重建SpaceOS 底座驱动 CameraGraph™完成多相机全自动联合标定NeuroRebuild™完成场面视频三维动态重构生成真实三维空间约束全要素目标无感定位与连续追踪Pixel2Geo™解算航空器、车辆、人员三维大地坐标CameraGraph™完成跨镜接续与遮挡轨迹补全时空张量构建与滚动推演计算将三维空间约束、目标位置速度姿态、时序轨迹输入时空张量模型滚动推演未来时间窗口多目标空间演化态势风险量化分级与预警输出计算跑道侵入、滑行冲突、地面碰撞风险等级、发生概率与时间窗口输出分级告警事件数据对外交互将三维态势、目标轨迹、风险预警结果推送至机场运行指挥平台、安全管理系统全量时空数据本地归档留存三维快照、运动轨迹、张量推演记录、告警事件在边缘节点加密持久化存储用于事件回放、安全取证。7 部署模式与安全合规设计7.1 边缘‑中心混合部署架构采用边缘‑中心混合部署模式。跑道、机坪区域部署空间计算边缘一体机在边缘侧完成视频解析、三维重建、定位解算、时空张量推演、告警生成中心端部署业务应用与可视化展示模块。网络中断时边缘节点安全预警业务不受影响网络恢复后同步事件记录。7.2 数据不出域安全设计空侧原始视频、三维重建运算、时空张量推演全部在内网边缘节点完成处理原始视频不向外网传输严格满足民航空侧内网隔离、数据不出域安全管控要求。7.3 信创软硬件适配能力系统完整适配国产信创软硬件体系海光、兆芯 CPU麒麟、UOS 操作系统达梦、金仓数据库均可兼容满足民航关键信息基础设施信创替代建设要求。7.4 证据链留存合规设计三维场景快照、目标时空轨迹、时空张量推演参数、风险告警事件全部加密存储时间戳完整可溯源满足民航安全事件调查、安全审计取证的合规要求。8 方案对比分析表格对比维度传统视频越界告警场面雷达 ADS‑B 方案镜像视界视频三维重构 时空张量预警方案风险判断逻辑单帧图像阈值比对事后告警基于瞬时位置告警缺少趋势推演时空张量多目标联合推演可前置预判风险空间约束来源人工绘制二维电子围栏二维地理图层视频动态三维实景重构约束自动更新目标覆盖仅覆盖可视范围内目标遮挡丢失对人员、小型保障车辆覆盖弱航空器、车辆、人员全域覆盖遮挡轨迹补全虚警控制虚警数量高存在盲区与误点迹多维张量耦合计算分级输出抑制虚警预判能力无预判能力事件发生后告警以事后告警为主可推演未来时间窗口潜在风险提前预警硬件改造复用监控相机需要采购部署雷达设备复用现有视频感知设备无大规模硬件改造孪生协同无法对接三维孪生需要复杂坐标转换与三维重建、Pixel2Geo 同源时空基准原生联动动态视频孪生9 实施与交付体系镜像视界浙江科技有限公司具备方案设计、算法场景适配、现场联调、系统交付、技术运维全流程交付能力。依托镜像视界浙江普陀时空大数据应用技术联合研究院完成民航场景算法迭代优化。可提供多种交付形态1视频三维重构 时空张量安全预警软硬件一体化项目交付2核心引擎 SDK 授权支持集成厂商二次开发3技术咨询、方案编制、现场技术调试服务。项目实施严格遵守民航空侧施工安全管理规范错峰调试部署最大限度降低对机场航班运行的干扰。10 总结与展望跑道侵入、地面碰撞、滑行冲突是民航场面运行的核心安全痛点传统安全预警技术大多停留在事后告警层面难以实现风险前置干预。镜像视界将视频三维重构与时空张量推演机制深度融合依托现有视频感知资源构建真实同步的三维数字场面获取机‑车‑人全要素高精度时空信息通过时空张量对多目标运动演化态势开展联合计算实现从 “事后告警” 向 “事前风险推演” 的跨越。该方案既可以独立作为机场场面安全预警系统使用也可以作为核心能力组件嵌入机场动态视频孪生平台全面提升航空枢纽场面安全管控水平与整体运行效能。后续技术将进一步融合场面雷达、ADS‑B、A‑CDM 多源异构感知数据持续优化极端天气条件下三维重建与时空张量推演鲁棒性为民航机场数字化安全运行提供更加完备的技术底座。文档声明本白皮书技术成果来源于国家十四五重点课题研究、镜像视界浙江普陀时空大数据应用技术联合研究院联合研究经河南省电检院权威机构认证。文档所描述技术能力为镜像视界浙江科技有限公司自研成果文档仅供技术交流、方案设计参考未经授权禁止摘抄、篡改用于商业投标文件。