智能监控技术在运河船舶过闸中的应用范文

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摘要：随着京杭运河苏北段通行能力的提高以及船舶大型化趋势，船闸通行的高效管理成为提高通行效率、保障通行安全的主要抓手。为实现对船舶过闸行为的智能监控，文章基于船舶过闸可能会发生的安全事故类型，对智能监控的需求和方案、重点监控的对象、智能监控的流程、关键性技术以及实现的功能等方面进行分析和研究，为船舶智能过闸监控系统的发展提供参考。

关键词：智能监控技术；苏北运河；船舶过闸

京杭运河苏北段北起徐州蔺家坝，南至扬州六圩口，全长404.5km，是鲁、苏、浙3省的南北水运大动脉，北煤南运的主干道，是京杭运河全线运输最繁忙的航段，也是江苏“两纵四横”干线航道网的重要组成部分。京杭运河徐扬段担负着沿线地区大宗物资中转集散及北煤南运的战略任务，在长三角地区经济社会发展中地位十分突出，是一条名副其实的“黄金水道”［1］。随着京杭运河苏北段航道等级的进一步提高，航道通行能力不断得到提升，船舶大型化的需求在不断攀升，苏北运河航闸所承载的船舶通过压力也随之增大，船闸实际年通过量已大大超过最初的设计通航能力。目前，改、新建的船舶吨位大幅提升，船舶主尺度也不断增大，这些大型化船舶已对苏北运河航闸设施以及自身安全构成一定威胁。

1船舶过闸安全事故类型分析

（1）闸门碰撞。对于闸室来说，闸门是最容易发生碰撞，也是最怕发生碰撞的部位。闸门碰撞可能直接导致船闸停航。

（2）闸台吊船。闸室上闸首部位下有闸台，如果船舶搁浅在闸台上，闸室泄水时会导致船舶倾覆。

（3）闸首漩涡。在闸室涨、泄水的过程中，闸首镇静段至闸门部位会形成漩涡。如果船舶比较小，形成的漩涡使船舶打转进而引发安全事故。目前，随着船舶大型化，此类事故发生的概率已经非常低。

（4）船舶吊缆。由于过闸时，船舶未带活缆绳，导致闸室涨、泄水的过程中发生船舶吊缆。

（5）船舶夹档。由于两条船舶之间未留有足够的安全距离，导致船舶在闸室涨、泄水的过程中不能随水位升、降而上下浮动，形成倾覆。

对于以上常见的5类船舶过闸时在闸室里的安全事故，船舶吊缆和船舶夹档主要需要船闸上、下游闸首值班人员进行判断，尚没有成熟可行的技术方案。闸门碰撞、闸台吊船、闸首漩涡3种事故类型主要集中于闸首镇静段至闸门区域。因此，通过对闸首区域的智能监控分析和研究可以实现对这3类事故的预警。

2智能监控系统的需求和方案

在船闸现有视频监控系统的支持下，实现对船闸内、待闸区航段的关键设施的警戒保护和监控，对过闸船舶的进、出闸行为进行警戒和预警，并提供视频取证［2］。（1）船舶动态行为的监测船舶动态行为的监测主要用于确定船舶速度、距闸室的距离等，以便于预测船舶行为。在船舶有可能会对船闸产生影响的时候提前进行系统预警。（2）船舶异常行为的预警对于船舶异常行为可以提前发出预警，提醒管理人员或闸口调度人员进行处理。（3）船舶异常行为的取证。异常发生时，可以利用视频监控摄像机拍摄异常行为并将图像和视频保存下来，为调查取证提供视频证据。针对以上对系统的需求分析，拟采取以下方案：（1）在垂直于闸室警戒线的上方安装监控摄像机，建立对船闸的动态视频监控。（2）系统通过视频图像分析等技术对进、出闸船舶行为以及警戒线区域进行监控，智能判断可能与船闸设施发生碰撞的情况，提前发出预警，通知监控中心工作人员和闸首值班人员及时制止相关船舶，同时系统自动调用监控摄像机进行拍摄取证。（3）异常行为由系统调用监控摄像机自动进行抓取，管理人员可进行回放查看和分析管理。

3智能监控系统技术应用

3.1重点监控对象的选取

对于船闸来说，需要重点进行监控的是船闸闸门。因为闸门内、外的水位存在一定的落差，闸门如果被船舶碰撞将会导致船闸进、出水出现问题，从而影响船闸的正常使用。同时，船闸闸门又是最容易被船舶碰撞的设施，因此，是船闸的重点监控对象。系统将使用图像识别的技术来实现，要求图像能达到一定的质量。通过图像识别，可以划定警戒线，在船闸闸门关闭时，如果船舶碰警戒线，系统自动报警。通过视频监控画面，系统可以对该监控画面内的船舶行驶速度和船舶轨迹等行为进行分析。通过对船舶行为的分析，系统可以对船舶的危险行为进行提前预警。在船舶进入闸室时可以计算出船舶的船速，船速超出设定的最大值，系统触发警报，提醒操作人员立即采取措施进行处理，防止因船速过快导致船舶碰撞闸门等设备设施的情况发生。

3.2智能监控的流程

船舶过闸智能监控系统流程如下：（1）系统通过相关感知设备，监控动态的船舶信息，如船舶速度、轨迹、船舶距船闸的距离等。（2）根据船舶的行为，进行实时监测。通过监测数据计算出船舶距船闸的距离，判断船舶按照当前速度继续行驶时，是否会出现碰撞船闸闸门或其他设备设施等异常情况。（3）系统发现异常情况时，自动发出异常信息预警，提醒管理人员及时对相关异常情况进行处理。如果系统未检测到任何异常情况，则继续进行监控，收集数据。（4）系统检测出异常情况后，会自动调用带有云台的监控摄像机，对发生异常情况的区域实时进行画面监控。（5）对于异常情况下的监控画面状态，由系统自动抓取，并对图像数据进行保存。（6）管理人员可以通过系统对已保存的异常情况区域的视频进行查看和取证。

3.3关键技术研究

由于船舶进闸和出闸时，速度并非匀速，因此如何获取船舶的实时动态状况非常重要。对于船舶动态监测，一般来说，有以下3种方案［3］：（1）通过船舶GPS位置信息，监测船舶的动态位置信息。该方法是直接利用现有的数据进行处理。但是由于GPS数据自身的误差限制，船舶GPS数据能否满足船舶动态监测的技术要求，还需要进一步确认。（2）加装速度和距离监测设备。速度和距离监控在陆上交通中已经应用得非常成熟，包括公路上的超速监测、防撞监测等。速度和距离的监控手段一般包括通过红外、激光等硬件监测设备进行监测、通过视频监控分析等软件辅助设备进行监测。由于航运自身的特点，陆上的监测设备能否直接应用到过闸船舶的动态监测，需要通过实验进一步进行确认。（3）通过视频识别的方式进行监测。通过获取视频图像，并使用图像识别的手段进行监测，是一种可选的方式。但是由于船舶进、出闸非匀速运动，所以实时监控时，在识别区域，通过分类器的分类数据和实时数据的对比来识别是否存在船舶。对于船舶过闸智能监控系统来说，船舶动态监测是本系统需要解决的关键技术之一，该技术的解决，决定了船舶过闸智能监控的具体技术方案的实现。下面研究通过设定标识线、警戒线（测速线）、预警线（测速辅助线）3条线来设定监测的标准。其中，标识线用于区分监测状态，警戒线（测速线）作为测速触发线，预警线（测速辅助线）作为测速结算线。3条触发线的位置可以根据实际情况进行调节。首先，监测状态的区分。由于闸次可能是上行闸次，也可能是下行闸次，且不断地切换，相应的监测状态也需要不断切换。系统利用通信实现监测状态的切换，当某闸次的上游或下游的监测状态已经确定为测速监测状态时，发送消息到另一个监测程序，使之重置为越界监测状态。其次，确认监测状态处于测速状态。上游监测程序对于监测区域，若在标识线左侧最先检测出船舶时，即将上游监测状态设置为测速状态，通过消息设定下游为越界监测状态；下游监测程序对于监测区域，若在标识线右侧最先检测出船舶时，即将下游监测状态设置为测速状态，通过消息设定上游为越界监测状态。再次，测速实现的原理，当闸室处于测速状态时，船舶经过测速线时记录船舶经过该线的时间记为T1，通过一些算法，将非船舶数据过滤掉，当船舶经过测速辅助线时，记录时间T2，通过已设定的两线距离S，以及T1、T2之间的时间差（T2-T1）来计算速度V=S/（T2-T1）。如果V大于所设的最大速度，触发报警并进行行为抓取。

3.4系统功能

根据系统方案、主要流程和关键性技术研究，船舶智能过闸监控系统的实现主要包括以下功能：（1）船舶动态监控船舶动态监控模块获取过闸船舶的行驶速度、距离等数据；根据船舶速度、距离的关系等分析船舶的行为，并进行船舶行为的预测。同时，结合现有视频监控系统，调用并显示过闸船舶当前的动态信息。（2）异常状况预警当通过船舶动态监控模块检测到船舶可能发生异常状况时，系统启动异常预警，提醒管理人员注意相关异常信息。预警信息包括异常发生的地点、类型、发生地的实况视频等。（3）越界警报和抓取当闸室处于越界监测状态时，船舶超过预警线就会触发报警。船舶超过警戒线时，触发报警并进行行为抓取。当系统触发行为抓取之后，将船速、上下游信息、警报类型、触发线位置打在抓取的视频上，留作视频证据。（4）异常视频录制在异常状况发生时，系统自动启动对异常情况发生地的视频进行录制，并自动进行异常视频的保存。同时，根据视频监控系统流媒体服务器的相关设置，将异常视频加入到流媒体服务器的相应点播点。（5）异常视频播放对于异常视频，需要自动保存，并且能够自动播放。异常视频的播放需要流媒体服务器的支持，包括流媒体服务器的相关设置和管理、监控点的添加、维护等。有权限的管理人员可以通过流媒体服务器查看相关的异常视频。

4结语

文章通过信息化技术手段，对苏北运河船舶过闸行为的智能监控系统进行分析与研究，实现对船舶的动态监控、异常情况预警与取证，可以有效减少船闸关键设施受损坏，预防船闸安全事故发生，确保苏北运河船闸的安全与畅通。

参考文献

［1］郑爱华.浅析变频器在扬州船闸的运用［J］.交通科技，2014［1］（01）：135-137.

［2］丰玮，王迅，杨本.京杭运河徐扬段智能过闸管理系统的构［1］建与实践［J］.中国水运，2014（09）：68-69.

［3］思创数码科技股份有限公司.苏北运河船舶过闸智能监控［1］系统［R］.2014.

作者：陈刚 单位：京杭运河江苏省交通运输厅苏北航务管理处