視頻聯(lián)動(dòng)在港航船閘內(nèi)的應(yīng)用

　　【摘要】 本文簡(jiǎn)要介紹視頻聯(lián)動(dòng)在港航船閘中的應(yīng)用，其中船閘視頻監(jiān)視系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備進(jìn)行聯(lián)動(dòng)操作，操作人員按照船閘操作工藝流程進(jìn)行開(kāi)關(guān)閘門(mén)或閥門(mén)時(shí)，船閘視頻監(jiān)視系統(tǒng)自動(dòng)切換顯示對(duì)應(yīng)設(shè)備的監(jiān)視攝像頭，通過(guò)視頻攝像頭監(jiān)視對(duì)應(yīng)設(shè)備運(yùn)行工況;同時(shí)船閘越線(xiàn)報(bào)警系統(tǒng)結(jié)合視頻監(jiān)測(cè)船舶運(yùn)行位置狀態(tài)，準(zhǔn)確判別船舶是否越線(xiàn)，為船閘管理人員提供操作依據(jù)和前提條件。

　　關(guān)鍵詞：視頻聯(lián)動(dòng);港航船閘;控制聯(lián)動(dòng);越線(xiàn)報(bào)警

　　船閘工程項(xiàng)目由很多系統(tǒng)組成，主要包括有計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)、越線(xiàn)報(bào)警系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)廣播系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)和船閘收費(fèi)系統(tǒng)等。目前已建大部分系統(tǒng)都是分開(kāi)獨(dú)立管理，由于系統(tǒng)較多，分散會(huì)給運(yùn)行管理帶來(lái)不便、尤其對(duì)船閘安全運(yùn)行帶來(lái)極大不利，只有將各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行融合統(tǒng)一、聯(lián)合工作才能提高工作效率、為船閘安全可靠運(yùn)行提供了保障。

　　一、船閘視頻與控制智能聯(lián)動(dòng)裝置

　　隨著監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展和船閘自身安全管理的需要，船閘每個(gè)閘首都安裝了十幾個(gè)乃至數(shù)十個(gè)監(jiān)控?cái)z像頭，目前船閘通過(guò)多個(gè)宮格的方式將多個(gè)攝像頭的畫(huà)面顯示在電腦或者大屏幕同一監(jiān)視器上，供船閘運(yùn)行調(diào)度人員監(jiān)控船閘運(yùn)行情況。然而，在船閘的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，船閘運(yùn)行調(diào)度人員需要根據(jù)船閘運(yùn)行的八個(gè)步驟，在某一時(shí)間段內(nèi)重點(diǎn)關(guān)注部分宮格的視頻畫(huà)面，面對(duì)多角度多畫(huà)面的監(jiān)視器，工作人員很難在短時(shí)間內(nèi)找到需要重點(diǎn)關(guān)注的畫(huà)面且持續(xù)關(guān)注一段時(shí)間，頻繁切換更是容易導(dǎo)致視覺(jué)疲勞。船閘集中控制模式下，操作人員既要按照船閘操作工藝流程開(kāi)關(guān)閘門(mén)閥門(mén)，又要調(diào)用不同視頻圖像確認(rèn)其操作安全性，兩者之間頻繁切換，十分繁瑣，容易產(chǎn)生誤操作，效率較低。目前大部分船閘使用的視頻與控制聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)采用的舊版方案，只能在現(xiàn)地機(jī)房現(xiàn)地進(jìn)行查看，需要靠人工干預(yù)操作，且使用過(guò)程中存在卡頓現(xiàn)象，效果不好。

　　針對(duì)上述船閘在船舶過(guò)閘靠泊方面主要存在的問(wèn)題，迫切需要通過(guò)船閘視頻與控制聯(lián)動(dòng)改造工程來(lái)解決。船閘視頻與控制智能聯(lián)動(dòng)裝置集控，通過(guò)采集航道交通控制系統(tǒng)的運(yùn)行控制指令自動(dòng)調(diào)用運(yùn)行區(qū)域的相關(guān)攝像機(jī)視頻監(jiān)控信號(hào)，可使在集控中心使運(yùn)行人員迅速觀察到運(yùn)行設(shè)備及運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)的視頻，以最快的速度了解現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行情況，及時(shí)確保通航系統(tǒng)的設(shè)備安全可靠，船舶順利過(guò)閘。為保證網(wǎng)絡(luò)安全 性，將控制系統(tǒng)與視頻系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)層面完全隔離，聯(lián)動(dòng)裝置直接讀取P L C的信號(hào)，不再與控制系統(tǒng)交換機(jī)連接。將視頻系統(tǒng)與控制系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)上硬隔離。同時(shí)，為保證今后船閘控制系統(tǒng)/視頻系統(tǒng)調(diào)整時(shí)，盡量減少視頻與控制系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)設(shè)備的調(diào)整工作量，要求聯(lián)動(dòng)裝置配置文件，設(shè)置操作界面，直接設(shè)置I P等參數(shù)，操作更簡(jiǎn)單、易懂，維護(hù)更方便。

　　(一)智能聯(lián)動(dòng)裝置

　　主要功能在船閘控制中心配置一套視頻與控制智能聯(lián)動(dòng)裝置，用于放閘運(yùn)行人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。通過(guò)將視頻系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)，滿(mǎn)足在船閘運(yùn)行全過(guò)程中對(duì)不同的重點(diǎn)區(qū)域的重點(diǎn)查看的需要。其主要用來(lái)連接控制系統(tǒng)與視頻系統(tǒng)，通過(guò)將控制系統(tǒng)中獲取的關(guān)鍵運(yùn)行數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)分析決策后提供給視頻系統(tǒng)使用，從而使視頻系統(tǒng)側(cè)的軟件發(fā)揮作用，起到了橋梁的作用。

　　1.計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)被監(jiān)視設(shè)備進(jìn)行操作時(shí)，視頻監(jiān)視系統(tǒng)攝像機(jī)能自動(dòng)轉(zhuǎn)向并顯示畫(huà)面，并能對(duì)重要部位設(shè)置實(shí)時(shí)監(jiān)視功能，以判斷設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常、了解現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)。系統(tǒng)主要能實(shí)現(xiàn)兩點(diǎn)功能。一是在船閘運(yùn)行的特定步驟篩選重要視頻畫(huà)面并放大顯示，二是在船閘運(yùn)行到下一個(gè)步驟時(shí)，重點(diǎn)畫(huà)面能夠自動(dòng)進(jìn)行切換。

　　2.視頻監(jiān)視系統(tǒng)具有與自動(dòng)報(bào)警聯(lián)動(dòng)功能，能依據(jù)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中重要設(shè)備的事故故障信號(hào)等有關(guān)報(bào)警信息，自動(dòng)推出事故區(qū)域關(guān)聯(lián)攝像機(jī)的全屏報(bào)警畫(huà)面。

　　(二)智能聯(lián)動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)方式智能聯(lián)動(dòng)裝置獲取設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)通過(guò)獨(dú)立的裝置處理器，能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)modbus協(xié)議、opc協(xié)議等其他協(xié)議進(jìn)行互相通信，共享船閘控制系統(tǒng)內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)的操作數(shù)據(jù)，而不影響船閘的正常運(yùn)行。通過(guò)分析總線(xiàn)數(shù)據(jù)包和預(yù)設(shè)的參數(shù)，處理器智能的識(shí)別當(dāng)前操作進(jìn)展的情況，并透過(guò)TCP/IP協(xié)議與監(jiān)控終端通信，進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作。視頻與控制聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)終端軟件根據(jù)預(yù)先與船閘相關(guān)人員的溝通，確定船閘的監(jiān)控重點(diǎn)和順序。可以在收到聯(lián)動(dòng)設(shè)備發(fā)出的動(dòng)作信號(hào)后，切換視頻，控制監(jiān)控區(qū)域放大顯示等操作，避免了人工干預(yù)，提高監(jiān)控效率。軟件同時(shí)接收船閘上的多路監(jiān)控視頻流，壓縮后以宮格的形式顯示在界面右側(cè)，操作人員同樣可以方便的操作該軟件，自主切換、放大任意一路監(jiān)控視頻，有效提高監(jiān)控設(shè)備的使用效率。

　　(三)智能聯(lián)動(dòng)裝置系統(tǒng)主要功能船只在進(jìn)閘過(guò)程中需要關(guān)注的要點(diǎn)畫(huà)面一般由2-3個(gè)視頻畫(huà)面組成，需要對(duì)閘門(mén)附近船閘運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，且每個(gè)畫(huà)面均以文字形式告知管理人員注意的內(nèi)容，并且提示下一步船閘動(dòng)作，閘室外船只全部進(jìn)入完畢后，即船只全部進(jìn)閘后，操作人員進(jìn)行通過(guò)視頻監(jiān)視確認(rèn)無(wú)誤后，遠(yuǎn)程操作閘門(mén)，使閘門(mén)開(kāi)始關(guān)閉，此時(shí)重點(diǎn)畫(huà)面立刻切換成了新的需要關(guān)注的區(qū)域圖像。智能聯(lián)動(dòng)裝置系統(tǒng)主要功能包括：

　　1.視頻與控制智能聯(lián)動(dòng)軟件是基于多任務(wù)、多平臺(tái)、實(shí)時(shí)性好、開(kāi)放性好的集成軟件包。標(biāo)準(zhǔn)畫(huà)面和用戶(hù)組態(tài)畫(huà)面均為漢化系統(tǒng)。

　　2.顯示功能：可根據(jù)需要自定義視頻監(jiān)控畫(huà)面，包括監(jiān)控畫(huà)面的大小，監(jiān)控畫(huà)面的對(duì)象，視頻監(jiān)控的畫(huà)面分割等，如根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)閘門(mén)的控制信號(hào)或事故故障信號(hào)自動(dòng)切換至預(yù)先設(shè)定好的切換畫(huà)面，畫(huà)面既可以為全屏顯示，也可以為四分屏、五分屏等任意分屏設(shè)置畫(huà)面且軟件正常運(yùn)行過(guò)程中CPU占用率不超過(guò)50%。畫(huà)面自動(dòng)推送與切換過(guò)程中響應(yīng)速度不超過(guò)1秒。

　　3.通訊功能：視頻與控制智能聯(lián)動(dòng)軟件內(nèi)嵌了多家PLC產(chǎn)品的多種硬件驅(qū)動(dòng)程序，可以與多家PLC產(chǎn)品進(jìn)行通訊，讀取PLC的相關(guān)信號(hào)。同時(shí)視頻與控制智能聯(lián)動(dòng)軟件也可與海康等品牌的攝像機(jī)進(jìn)行通訊，調(diào)取現(xiàn)場(chǎng)的攝像機(jī)視頻信號(hào)。

　　4.安全功能：通過(guò)用戶(hù)認(rèn)證系統(tǒng)，可防止外來(lái)的非法用戶(hù)接入，對(duì)內(nèi)網(wǎng)用戶(hù)進(jìn)行統(tǒng)一的用戶(hù)賬戶(hù)管理、行為管理的等一系列安全措施，保障網(wǎng)絡(luò)安全可靠的運(yùn)行;系統(tǒng)分別設(shè)定操作員和系統(tǒng)管理員的權(quán)限。在運(yùn)行環(huán)境下，可屏蔽操作系統(tǒng)中所有熱鍵，從而鎖定系統(tǒng)自由進(jìn)出。系統(tǒng)受電后自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)行狀態(tài)。操作員級(jí)別的用戶(hù)只能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視，而系統(tǒng)管理員可退出系統(tǒng)并對(duì)軟件內(nèi)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行重新設(shè)定。

　　5.自恢復(fù)功能：現(xiàn)場(chǎng)視頻信號(hào)丟失再恢復(fù)后，監(jiān)視畫(huà)面上的視頻信號(hào)可自動(dòng)進(jìn)行恢復(fù)，無(wú)需人為干預(yù)。

　　二、船閘越線(xiàn)報(bào)警系統(tǒng)

　　船閘作為重要的水運(yùn)通航設(shè)施，保障其安全運(yùn)行尤為重要。在閘室靠近閘門(mén)的位置附近應(yīng)有一條安全警戒線(xiàn)。船只越過(guò)安全警戒線(xiàn)可能對(duì)船閘運(yùn)行工況產(chǎn)生安全隱患，尤其離閘門(mén)越近、發(fā)生不安全事件可能性越大。在船閘實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，存在以下3方面問(wèn)題，即目前船閘安全警戒線(xiàn)大多僅僅依靠界限燈和標(biāo)識(shí)線(xiàn)，船舶在運(yùn)行中無(wú)法有效識(shí)別;船舶距離閘門(mén)過(guò)近，在水流波動(dòng)較大時(shí)容易出現(xiàn)碰撞閘門(mén)的情況;船舶重載下行，在泄水時(shí)會(huì)出現(xiàn)擱淺閘臺(tái)的情況。其中，為了避免泄水時(shí)因船舶在閘臺(tái)違規(guī)停留導(dǎo)致船舶傾翻事故發(fā)生，需要在危險(xiǎn)時(shí)間內(nèi)對(duì)船舶的違規(guī)停留行為進(jìn)行檢測(cè)、防止船舶故意長(zhǎng)時(shí)間停留。另一方面，由于船閘運(yùn)行過(guò)程中，水位差變動(dòng)大，且部分船舶外輪廓高度超限，極易造成船舶高度超限部位與船閘設(shè)施發(fā)生碰擦，既造成了船閘設(shè)施的損壞，也容易造成安全事故，因此項(xiàng)目同時(shí)考慮對(duì)船舶超高情況進(jìn)行檢測(cè)和報(bào)警、提前對(duì)船舶運(yùn)行要求進(jìn)行提醒。

　　(一)越線(xiàn)檢測(cè)難點(diǎn)

　　1.當(dāng)前主要越線(xiàn)檢測(cè)還是人工巡視。人工巡視存在易疲勞，物理標(biāo)識(shí)不易看清，精確度不高，效率低等缺點(diǎn)。2.而采用電氣控制手段自動(dòng)檢測(cè)難點(diǎn)主要有：復(fù)雜天氣影響：閘室環(huán)境是室外露天的非標(biāo)準(zhǔn)工況，受四季天氣情況影響，如雨、霧、雪等因素干擾檢測(cè)儀表儀器;隨機(jī)干擾源多：如飛鳥(niǎo)、水面漂浮物、波浪等反射，其中飛鳥(niǎo)、漂浮物等具有隨機(jī)、不重復(fù)的特點(diǎn);水位實(shí)時(shí)變化：在調(diào)度過(guò)程中，船舶高度會(huì)隨著水位變化而變化，檢測(cè)部位要隨水位變動(dòng)而變動(dòng)。

　　(二)船閘越線(xiàn)

　　報(bào)警系統(tǒng)原理為克服檢測(cè)難點(diǎn)，設(shè)計(jì)采用激光和視頻結(jié)合的檢測(cè)手段檢測(cè)船舶越線(xiàn)。激光檢測(cè)通過(guò)二維激光掃描、接收，依據(jù)空間距離，對(duì)閘臺(tái)上違停的船舶進(jìn)行檢測(cè)報(bào)警。視頻檢測(cè)通過(guò)視頻分析技術(shù)，對(duì)劃定區(qū)域內(nèi)的船舶進(jìn)行智能識(shí)別，并實(shí)時(shí)報(bào)警。兩種檢測(cè)方式特點(diǎn)為：激光檢測(cè)精度高，抗干擾能力強(qiáng)，能應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜天氣;視頻檢測(cè)正常情況下精度高，但易受天氣影響。二者 結(jié)合，可增加系統(tǒng)可靠性，準(zhǔn)確判別船舶是否越線(xiàn)，為船閘管理人員提供操作依據(jù)和前提條件。將閘室區(qū)域分為正常區(qū)域、安全警戒線(xiàn)、緩沖區(qū)域與危險(xiǎn)區(qū)域。其中，安全警戒線(xiàn)為緩沖區(qū)域前方設(shè)定的警戒線(xiàn)，利用激光掃描儀，實(shí)時(shí)檢測(cè)船舶越線(xiàn)行為，為防撞系統(tǒng)提供智能預(yù)警功能;緩沖區(qū)域?yàn)槲ｋU(xiǎn)區(qū)域前方設(shè)定的虛擬區(qū)域，為違規(guī)闖入船舶的管理提供緩沖時(shí)間;危險(xiǎn)區(qū)域?yàn)殚l門(mén)附近設(shè)定的虛擬區(qū)域，如閘臺(tái)位置、閘門(mén)位置，在危險(xiǎn)時(shí)間窗口內(nèi)，該區(qū)域禁止船舶進(jìn)入。采用“激光越線(xiàn)檢測(cè)+視頻輔助驗(yàn)證分析”的復(fù)合檢測(cè)方式，完成對(duì)潛在船舶危險(xiǎn)行為的智能預(yù)警。

　　首先，通過(guò)激光掃描儀，對(duì)越過(guò)安全警戒線(xiàn)的船舶進(jìn)行檢測(cè)，為閘室防撞系統(tǒng)提供智能預(yù)警，充分保障閘室安全穩(wěn)定運(yùn)行。其次，將控制系統(tǒng)與防撞報(bào)警裝置進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，對(duì)目標(biāo)船舶進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控。當(dāng)激光掃描儀檢測(cè)到有船舶越過(guò)警戒線(xiàn)，監(jiān)控中心與閘室警戒燈將自動(dòng)報(bào)警，并通過(guò)廣播、顯示屏信息發(fā)布等方式，提醒該船只立刻停船。同時(shí)，監(jiān)控中心會(huì)向閘口值班員發(fā)出警戒信息，值班員利用緩沖區(qū)域提供的時(shí)間現(xiàn)場(chǎng)指揮該船只停船，并自動(dòng)調(diào)用監(jiān)控?cái)z像機(jī)進(jìn)行拍攝取證�；�于紅外功能的視頻輔助分析與聯(lián)動(dòng)確認(rèn)，利用基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，對(duì)視頻監(jiān)控抓拍的船舶圖片進(jìn)行特征智能識(shí)別，為船閘防撞提供輔助預(yù)警功能。當(dāng)閘室出現(xiàn)警情時(shí)，防撞預(yù)警系統(tǒng)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)施聯(lián)動(dòng)，監(jiān)控中心能夠自動(dòng)將警情區(qū)域的監(jiān)控畫(huà)面切換至大屏主畫(huà)面，以便進(jìn)行最后的警情確認(rèn)。對(duì)于異常狀況，視頻可以自動(dòng)保存、自動(dòng)播放。

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　　三、總結(jié)

　　視頻聯(lián)動(dòng)在港航船閘得到試點(diǎn)創(chuàng)新應(yīng)用，船閘視頻監(jiān)視系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)兩個(gè)系統(tǒng)之間通過(guò)數(shù)據(jù)指令的交互，實(shí)現(xiàn)了閘門(mén)運(yùn)行監(jiān)視和閘門(mén)視頻同時(shí)在大屏上監(jiān)視、方便了操作人員監(jiān)視、提高了系統(tǒng)運(yùn)行安全性、可靠性。船閘越線(xiàn)報(bào)警系統(tǒng)將閘室區(qū)域分為正常區(qū)域、安全警戒線(xiàn)、緩沖區(qū)域與危險(xiǎn)區(qū)域，閘室防撞系統(tǒng)提供智能預(yù)警，充分保障閘室安全穩(wěn)定運(yùn)行。將控制系統(tǒng)與防撞報(bào)警裝置進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，對(duì)目標(biāo)船舶進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控。船閘越線(xiàn)報(bào)警系統(tǒng)為船閘管理人員提供操作依據(jù)和前提條件。

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　　作者：王建鋒 中通服咨詢(xún)?cè)O(shè)計(jì)研究院有限公司 江蘇南京 210019

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