智能監(jiān)控技術(shù)在運河船舶過閘中的應(yīng)用范文

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摘要：隨著京杭運河蘇北段通行能力的提高以及船舶大型化趨勢，船閘通行的高效管理成為提高通行效率、保障通行安全的主要抓手。為實現(xiàn)對船舶過閘行為的智能監(jiān)控，文章基于船舶過閘可能會發(fā)生的安全事故類型，對智能監(jiān)控的需求和方案、重點監(jiān)控的對象、智能監(jiān)控的流程、關(guān)鍵性技術(shù)以及實現(xiàn)的功能等方面進行分析和研究，為船舶智能過閘監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞：智能監(jiān)控技術(shù)；蘇北運河；船舶過閘

京杭運河蘇北段北起徐州藺家壩，南至揚州六圩口，全長404.5km，是魯、蘇、浙3省的南北水運大動脈，北煤南運的主干道，是京杭運河全線運輸最繁忙的航段，也是江蘇“兩縱四橫”干線航道網(wǎng)的重要組成部分。京杭運河徐揚段擔(dān)負著沿線地區(qū)大宗物資中轉(zhuǎn)集散及北煤南運的戰(zhàn)略任務(wù)，在長三角地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展中地位十分突出，是一條名副其實的“黃金水道”［1］。隨著京杭運河蘇北段航道等級的進一步提高，航道通行能力不斷得到提升，船舶大型化的需求在不斷攀升，蘇北運河航閘所承載的船舶通過壓力也隨之增大，船閘實際年通過量已大大超過最初的設(shè)計通航能力。目前，改、新建的船舶噸位大幅提升，船舶主尺度也不斷增大，這些大型化船舶已對蘇北運河航閘設(shè)施以及自身安全構(gòu)成一定威脅。

1船舶過閘安全事故類型分析

（1）閘門碰撞。對于閘室來說，閘門是最容易發(fā)生碰撞，也是最怕發(fā)生碰撞的部位。閘門碰撞可能直接導(dǎo)致船閘停航。

（2）閘臺吊船。閘室上閘首部位下有閘臺，如果船舶擱淺在閘臺上，閘室泄水時會導(dǎo)致船舶傾覆。

（3）閘首漩渦。在閘室漲、泄水的過程中，閘首鎮(zhèn)靜段至閘門部位會形成漩渦。如果船舶比較小，形成的漩渦使船舶打轉(zhuǎn)進而引發(fā)安全事故。目前，隨著船舶大型化，此類事故發(fā)生的概率已經(jīng)非常低。

（4）船舶吊纜。由于過閘時，船舶未帶活纜繩，導(dǎo)致閘室漲、泄水的過程中發(fā)生船舶吊纜。

（5）船舶夾檔。由于兩條船舶之間未留有足夠的安全距離，導(dǎo)致船舶在閘室漲、泄水的過程中不能隨水位升、降而上下浮動，形成傾覆。

對于以上常見的5類船舶過閘時在閘室里的安全事故，船舶吊纜和船舶夾檔主要需要船閘上、下游閘首值班人員進行判斷，尚沒有成熟可行的技術(shù)方案。閘門碰撞、閘臺吊船、閘首漩渦3種事故類型主要集中于閘首鎮(zhèn)靜段至閘門區(qū)域。因此，通過對閘首區(qū)域的智能監(jiān)控分析和研究可以實現(xiàn)對這3類事故的預(yù)警。

2智能監(jiān)控系統(tǒng)的需求和方案

在船閘現(xiàn)有視頻監(jiān)控系統(tǒng)的支持下，實現(xiàn)對船閘內(nèi)、待閘區(qū)航段的關(guān)鍵設(shè)施的警戒保護和監(jiān)控，對過閘船舶的進、出閘行為進行警戒和預(yù)警，并提供視頻取證［2］。（1）船舶動態(tài)行為的監(jiān)測船舶動態(tài)行為的監(jiān)測主要用于確定船舶速度、距閘室的距離等，以便于預(yù)測船舶行為。在船舶有可能會對船閘產(chǎn)生影響的時候提前進行系統(tǒng)預(yù)警。（2）船舶異常行為的預(yù)警對于船舶異常行為可以提前發(fā)出預(yù)警，提醒管理人員或閘口調(diào)度人員進行處理。（3）船舶異常行為的取證。異常發(fā)生時，可以利用視頻監(jiān)控攝像機拍攝異常行為并將圖像和視頻保存下來，為調(diào)查取證提供視頻證據(jù)。針對以上對系統(tǒng)的需求分析，擬采取以下方案：（1）在垂直于閘室警戒線的上方安裝監(jiān)控攝像機，建立對船閘的動態(tài)視頻監(jiān)控。（2）系統(tǒng)通過視頻圖像分析等技術(shù)對進、出閘船舶行為以及警戒線區(qū)域進行監(jiān)控，智能判斷可能與船閘設(shè)施發(fā)生碰撞的情況，提前發(fā)出預(yù)警，通知監(jiān)控中心工作人員和閘首值班人員及時制止相關(guān)船舶，同時系統(tǒng)自動調(diào)用監(jiān)控攝像機進行拍攝取證。（3）異常行為由系統(tǒng)調(diào)用監(jiān)控攝像機自動進行抓取，管理人員可進行回放查看和分析管理。

3智能監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用

3.1重點監(jiān)控對象的選取

對于船閘來說，需要重點進行監(jiān)控的是船閘閘門。因為閘門內(nèi)、外的水位存在一定的落差，閘門如果被船舶碰撞將會導(dǎo)致船閘進、出水出現(xiàn)問題，從而影響船閘的正常使用。同時，船閘閘門又是最容易被船舶碰撞的設(shè)施，因此，是船閘的重點監(jiān)控對象。系統(tǒng)將使用圖像識別的技術(shù)來實現(xiàn)，要求圖像能達到一定的質(zhì)量。通過圖像識別，可以劃定警戒線，在船閘閘門關(guān)閉時，如果船舶碰警戒線，系統(tǒng)自動報警。通過視頻監(jiān)控畫面，系統(tǒng)可以對該監(jiān)控畫面內(nèi)的船舶行駛速度和船舶軌跡等行為進行分析。通過對船舶行為的分析，系統(tǒng)可以對船舶的危險行為進行提前預(yù)警。在船舶進入閘室時可以計算出船舶的船速，船速超出設(shè)定的最大值，系統(tǒng)觸發(fā)警報，提醒操作人員立即采取措施進行處理，防止因船速過快導(dǎo)致船舶碰撞閘門等設(shè)備設(shè)施的情況發(fā)生。

3.2智能監(jiān)控的流程

船舶過閘智能監(jiān)控系統(tǒng)流程如下：（1）系統(tǒng)通過相關(guān)感知設(shè)備，監(jiān)控動態(tài)的船舶信息，如船舶速度、軌跡、船舶距船閘的距離等。（2）根據(jù)船舶的行為，進行實時監(jiān)測。通過監(jiān)測數(shù)據(jù)計算出船舶距船閘的距離，判斷船舶按照當(dāng)前速度繼續(xù)行駛時，是否會出現(xiàn)碰撞船閘閘門或其他設(shè)備設(shè)施等異常情況。（3）系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)異常情況時，自動發(fā)出異常信息預(yù)警，提醒管理人員及時對相關(guān)異常情況進行處理。如果系統(tǒng)未檢測到任何異常情況，則繼續(xù)進行監(jiān)控，收集數(shù)據(jù)。（4）系統(tǒng)檢測出異常情況后，會自動調(diào)用帶有云臺的監(jiān)控攝像機，對發(fā)生異常情況的區(qū)域?qū)崟r進行畫面監(jiān)控。（5）對于異常情況下的監(jiān)控畫面狀態(tài)，由系統(tǒng)自動抓取，并對圖像數(shù)據(jù)進行保存。（6）管理人員可以通過系統(tǒng)對已保存的異常情況區(qū)域的視頻進行查看和取證。

3.3關(guān)鍵技術(shù)研究

由于船舶進閘和出閘時，速度并非勻速，因此如何獲取船舶的實時動態(tài)狀況非常重要。對于船舶動態(tài)監(jiān)測，一般來說，有以下3種方案［3］：（1）通過船舶GPS位置信息，監(jiān)測船舶的動態(tài)位置信息。該方法是直接利用現(xiàn)有的數(shù)據(jù)進行處理。但是由于GPS數(shù)據(jù)自身的誤差限制，船舶GPS數(shù)據(jù)能否滿足船舶動態(tài)監(jiān)測的技術(shù)要求，還需要進一步確認。（2）加裝速度和距離監(jiān)測設(shè)備。速度和距離監(jiān)控在陸上交通中已經(jīng)應(yīng)用得非常成熟，包括公路上的超速監(jiān)測、防撞監(jiān)測等。速度和距離的監(jiān)控手段一般包括通過紅外、激光等硬件監(jiān)測設(shè)備進行監(jiān)測、通過視頻監(jiān)控分析等軟件輔助設(shè)備進行監(jiān)測。由于航運自身的特點，陸上的監(jiān)測設(shè)備能否直接應(yīng)用到過閘船舶的動態(tài)監(jiān)測，需要通過實驗進一步進行確認。（3）通過視頻識別的方式進行監(jiān)測。通過獲取視頻圖像，并使用圖像識別的手段進行監(jiān)測，是一種可選的方式。但是由于船舶進、出閘非勻速運動，所以實時監(jiān)控時，在識別區(qū)域，通過分類器的分類數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)的對比來識別是否存在船舶。對于船舶過閘智能監(jiān)控系統(tǒng)來說，船舶動態(tài)監(jiān)測是本系統(tǒng)需要解決的關(guān)鍵技術(shù)之一，該技術(shù)的解決，決定了船舶過閘智能監(jiān)控的具體技術(shù)方案的實現(xiàn)。下面研究通過設(shè)定標識線、警戒線（測速線）、預(yù)警線（測速輔助線）3條線來設(shè)定監(jiān)測的標準。其中，標識線用于區(qū)分監(jiān)測狀態(tài)，警戒線（測速線）作為測速觸發(fā)線，預(yù)警線（測速輔助線）作為測速結(jié)算線。3條觸發(fā)線的位置可以根據(jù)實際情況進行調(diào)節(jié)。首先，監(jiān)測狀態(tài)的區(qū)分。由于閘次可能是上行閘次，也可能是下行閘次，且不斷地切換，相應(yīng)的監(jiān)測狀態(tài)也需要不斷切換。系統(tǒng)利用通信實現(xiàn)監(jiān)測狀態(tài)的切換，當(dāng)某閘次的上游或下游的監(jiān)測狀態(tài)已經(jīng)確定為測速監(jiān)測狀態(tài)時，發(fā)送消息到另一個監(jiān)測程序，使之重置為越界監(jiān)測狀態(tài)。其次，確認監(jiān)測狀態(tài)處于測速狀態(tài)。上游監(jiān)測程序?qū)τ诒O(jiān)測區(qū)域，若在標識線左側(cè)最先檢測出船舶時，即將上游監(jiān)測狀態(tài)設(shè)置為測速狀態(tài)，通過消息設(shè)定下游為越界監(jiān)測狀態(tài)；下游監(jiān)測程序?qū)τ诒O(jiān)測區(qū)域，若在標識線右側(cè)最先檢測出船舶時，即將下游監(jiān)測狀態(tài)設(shè)置為測速狀態(tài)，通過消息設(shè)定上游為越界監(jiān)測狀態(tài)。再次，測速實現(xiàn)的原理，當(dāng)閘室處于測速狀態(tài)時，船舶經(jīng)過測速線時記錄船舶經(jīng)過該線的時間記為T1，通過一些算法，將非船舶數(shù)據(jù)過濾掉，當(dāng)船舶經(jīng)過測速輔助線時，記錄時間T2，通過已設(shè)定的兩線距離S，以及T1、T2之間的時間差（T2-T1）來計算速度V=S/（T2-T1）。如果V大于所設(shè)的最大速度，觸發(fā)報警并進行行為抓取。

3.4系統(tǒng)功能

根據(jù)系統(tǒng)方案、主要流程和關(guān)鍵性技術(shù)研究，船舶智能過閘監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)主要包括以下功能：（1）船舶動態(tài)監(jiān)控船舶動態(tài)監(jiān)控模塊獲取過閘船舶的行駛速度、距離等數(shù)據(jù)；根據(jù)船舶速度、距離的關(guān)系等分析船舶的行為，并進行船舶行為的預(yù)測。同時，結(jié)合現(xiàn)有視頻監(jiān)控系統(tǒng)，調(diào)用并顯示過閘船舶當(dāng)前的動態(tài)信息。（2）異常狀況預(yù)警當(dāng)通過船舶動態(tài)監(jiān)控模塊檢測到船舶可能發(fā)生異常狀況時，系統(tǒng)啟動異常預(yù)警，提醒管理人員注意相關(guān)異常信息。預(yù)警信息包括異常發(fā)生的地點、類型、發(fā)生地的實況視頻等。（3）越界警報和抓取當(dāng)閘室處于越界監(jiān)測狀態(tài)時，船舶超過預(yù)警線就會觸發(fā)報警。船舶超過警戒線時，觸發(fā)報警并進行行為抓取。當(dāng)系統(tǒng)觸發(fā)行為抓取之后，將船速、上下游信息、警報類型、觸發(fā)線位置打在抓取的視頻上，留作視頻證據(jù)。（4）異常視頻錄制在異常狀況發(fā)生時，系統(tǒng)自動啟動對異常情況發(fā)生地的視頻進行錄制，并自動進行異常視頻的保存。同時，根據(jù)視頻監(jiān)控系統(tǒng)流媒體服務(wù)器的相關(guān)設(shè)置，將異常視頻加入到流媒體服務(wù)器的相應(yīng)點播點。（5）異常視頻播放對于異常視頻，需要自動保存，并且能夠自動播放。異常視頻的播放需要流媒體服務(wù)器的支持，包括流媒體服務(wù)器的相關(guān)設(shè)置和管理、監(jiān)控點的添加、維護等。有權(quán)限的管理人員可以通過流媒體服務(wù)器查看相關(guān)的異常視頻。

4結(jié)語

文章通過信息化技術(shù)手段，對蘇北運河船舶過閘行為的智能監(jiān)控系統(tǒng)進行分析與研究，實現(xiàn)對船舶的動態(tài)監(jiān)控、異常情況預(yù)警與取證，可以有效減少船閘關(guān)鍵設(shè)施受損壞，預(yù)防船閘安全事故發(fā)生，確保蘇北運河船閘的安全與暢通。

參考文獻

［1］鄭愛華.淺析變頻器在揚州船閘的運用［J］.交通科技，2014［1］（01）：135-137.

［2］豐瑋，王迅，楊本.京杭運河徐揚段智能過閘管理系統(tǒng)的構(gòu)［1］建與實踐［J］.中國水運，2014（09）：68-69.

［3］思創(chuàng)數(shù)碼科技股份有限公司.蘇北運河船舶過閘智能監(jiān)控［1］系統(tǒng)［R］.2014.

作者：陳剛 單位：京杭運河江蘇省交通運輸廳蘇北航務(wù)管理處