視頻聯動在港航船閘內的應用

　　【摘要】 本文簡要介紹視頻聯動在港航船閘中的應用，其中船閘視頻監(jiān)視系統(tǒng)和計算機監(jiān)控系統(tǒng)的設備進行聯動操作，操作人員按照船閘操作工藝流程進行開關閘門或閥門時，船閘視頻監(jiān)視系統(tǒng)自動切換顯示對應設備的監(jiān)視攝像頭，通過視頻攝像頭監(jiān)視對應設備運行工況;同時船閘越線報警系統(tǒng)結合視頻監(jiān)測船舶運行位置狀態(tài)，準確判別船舶是否越線，為船閘管理人員提供操作依據和前提條件。

　　關鍵詞：視頻聯動;港航船閘;控制聯動;越線報警

　　船閘工程項目由很多系統(tǒng)組成，主要包括有計算機監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)、越線報警系統(tǒng)、網絡廣播系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)和船閘收費系統(tǒng)等。目前已建大部分系統(tǒng)都是分開獨立管理，由于系統(tǒng)較多，分散會給運行管理帶來不便、尤其對船閘安全運行帶來極大不利，只有將各個子系統(tǒng)進行融合統(tǒng)一、聯合工作才能提高工作效率、為船閘安全可靠運行提供了保障。

　　一、船閘視頻與控制智能聯動裝置

　　隨著監(jiān)控技術的發(fā)展和船閘自身安全管理的需要，船閘每個閘首都安裝了十幾個乃至數十個監(jiān)控攝像頭，目前船閘通過多個宮格的方式將多個攝像頭的畫面顯示在電腦或者大屏幕同一監(jiān)視器上，供船閘運行調度人員監(jiān)控船閘運行情況。然而，在船閘的實際運行過程中，船閘運行調度人員需要根據船閘運行的八個步驟，在某一時間段內重點關注部分宮格的視頻畫面，面對多角度多畫面的監(jiān)視器，工作人員很難在短時間內找到需要重點關注的畫面且持續(xù)關注一段時間，頻繁切換更是容易導致視覺疲勞。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關閘門閥門，又要調用不同視頻圖像確認其操作安全性，兩者之間頻繁切換，十分繁瑣，容易產生誤操作，效率較低。目前大部分船閘使用的視頻與控制聯動系統(tǒng)采用的舊版方案，只能在現地機房現地進行查看，需要靠人工干預操作，且使用過程中存在卡頓現象，效果不好。

　　針對上述船閘在船舶過閘靠泊方面主要存在的問題，迫切需要通過船閘視頻與控制聯動改造工程來解決。船閘視頻與控制智能聯動裝置集控，通過采集航道交通控制系統(tǒng)的運行控制指令自動調用運行區(qū)域的相關攝像機視頻監(jiān)控信號，可使在集控中心使運行人員迅速觀察到運行設備及運行現場的視頻，以最快的速度了解現場的運行情況，及時確保通航系統(tǒng)的設備安全可靠，船舶順利過閘。為保證網絡安全 性，將控制系統(tǒng)與視頻系統(tǒng)在網絡層面完全隔離，聯動裝置直接讀取P L C的信號，不再與控制系統(tǒng)交換機連接。將視頻系統(tǒng)與控制系統(tǒng)在網絡上硬隔離。同時，為保證今后船閘控制系統(tǒng)/視頻系統(tǒng)調整時，盡量減少視頻與控制系統(tǒng)聯動設備的調整工作量，要求聯動裝置配置文件，設置操作界面，直接設置I P等參數，操作更簡單、易懂，維護更方便。

　　(一)智能聯動裝置

　　主要功能在船閘控制中心配置一套視頻與控制智能聯動裝置，用于放閘運行人員對現場運行設備進行監(jiān)控。通過將視頻系統(tǒng)的數據和控制系統(tǒng)的數據進行實時聯動，滿足在船閘運行全過程中對不同的重點區(qū)域的重點查看的需要。其主要用來連接控制系統(tǒng)與視頻系統(tǒng)，通過將控制系統(tǒng)中獲取的關鍵運行數據，經過分析決策后提供給視頻系統(tǒng)使用，從而使視頻系統(tǒng)側的軟件發(fā)揮作用，起到了橋梁的作用。

　　1.計算機監(jiān)控系統(tǒng)對被監(jiān)視設備進行操作時，視頻監(jiān)視系統(tǒng)攝像機能自動轉向并顯示畫面，并能對重要部位設置實時監(jiān)視功能，以判斷設備運轉是否正常、了解現場動態(tài)。系統(tǒng)主要能實現兩點功能。一是在船閘運行的特定步驟篩選重要視頻畫面并放大顯示，二是在船閘運行到下一個步驟時，重點畫面能夠自動進行切換。

　　2.視頻監(jiān)視系統(tǒng)具有與自動報警聯動功能，能依據計算機監(jiān)控系統(tǒng)中重要設備的事故故障信號等有關報警信息，自動推出事故區(qū)域關聯攝像機的全屏報警畫面。

　　(二)智能聯動裝置實現方式智能聯動裝置獲取設備運行狀態(tài)通過獨立的裝置處理器，能夠通過網絡modbus協(xié)議、opc協(xié)議等其他協(xié)議進行互相通信，共享船閘控制系統(tǒng)內監(jiān)控系統(tǒng)內的操作數據，而不影響船閘的正常運行。通過分析總線數據包和預設的參數，處理器智能的識別當前操作進展的情況，并透過TCP/IP協(xié)議與監(jiān)控終端通信，進行相應動作。視頻與控制聯動系統(tǒng)終端軟件根據預先與船閘相關人員的溝通，確定船閘的監(jiān)控重點和順序。可以在收到聯動設備發(fā)出的動作信號后，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，提高監(jiān)控效率。軟件同時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，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)控設備的使用效率。

　　(三)智能聯動裝置系統(tǒng)主要功能船只在進閘過程中需要關注的要點畫面一般由2-3個視頻畫面組成，需要對閘門附近船閘運行狀態(tài)進行監(jiān)視，且每個畫面均以文字形式告知管理人員注意的內容，并且提示下一步船閘動作，閘室外船只全部進入完畢后，即船只全部進閘后，操作人員進行通過視頻監(jiān)視確認無誤后，遠程操作閘門，使閘門開始關閉，此時重點畫面立刻切換成了新的需要關注的區(qū)域圖像。智能聯動裝置系統(tǒng)主要功能包括：

　　1.視頻與控制智能聯動軟件是基于多任務、多平臺、實時性好、開放性好的集成軟件包。標準畫面和用戶組態(tài)畫面均為漢化系統(tǒng)。

　　2.顯示功能：可根據需要自定義視頻監(jiān)控畫面，包括監(jiān)控畫面的大小，監(jiān)控畫面的對象，視頻監(jiān)控的畫面分割等，如根據現場開關閘門的控制信號或事故故障信號自動切換至預先設定好的切換畫面，畫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置畫面且軟件正常運行過程中CPU占用率不超過50%。畫面自動推送與切換過程中響應速度不超過1秒。

　　3.通訊功能：視頻與控制智能聯動軟件內嵌了多家PLC產品的多種硬件驅動程序，可以與多家PLC產品進行通訊，讀取PLC的相關信號。同時視頻與控制智能聯動軟件也可與�？档绕放频臄z像機進行通訊，調取現場的攝像機視頻信號。

　　4.安全功能：通過用戶認證系統(tǒng)，可防止外來的非法用戶接入，對內網用戶進行統(tǒng)一的用戶賬戶管理、行為管理的等一系列安全措施，保障網絡安全可靠的運行;系統(tǒng)分別設定操作員和系統(tǒng)管理員的權限。在運行環(huán)境下，可屏蔽操作系統(tǒng)中所有熱鍵，從而鎖定系統(tǒng)自由進出。系統(tǒng)受電后自動恢復運行狀態(tài)。操作員級別的用戶只能對系統(tǒng)進行監(jiān)視，而系統(tǒng)管理員可退出系統(tǒng)并對軟件內的相關參數進行重新設定。

　　5.自恢復功能：現場視頻信號丟失再恢復后，監(jiān)視畫面上的視頻信號可自動進行恢復，無需人為干預。

　　二、船閘越線報警系統(tǒng)

　　船閘作為重要的水運通航設施，保障其安全運行尤為重要。在閘室靠近閘門的位置附近應有一條安全警戒線。船只越過安全警戒線可能對船閘運行工況產生安全隱患，尤其離閘門越近、發(fā)生不安全事件可能性越大。在船閘實際運行過程中，存在以下3方面問題，即目前船閘安全警戒線大多僅僅依靠界限燈和標識線，船舶在運行中無法有效識別;船舶距離閘門過近，在水流波動較大時容易出現碰撞閘門的情況;船舶重載下行，在泄水時會出現擱淺閘臺的情況。其中，為了避免泄水時因船舶在閘臺違規(guī)停留導致船舶傾翻事故發(fā)生，需要在危險時間內對船舶的違規(guī)停留行為進行檢測、防止船舶故意長時間停留。另一方面，由于船閘運行過程中，水位差變動大，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施發(fā)生碰擦，既造成了船閘設施的損壞，也容易造成安全事故，因此項目同時考慮對船舶超高情況進行檢測和報警、提前對船舶運行要求進行提醒。

　　(一)越線檢測難點

　　1.當前主要越線檢測還是人工巡視。人工巡視存在易疲勞，物理標識不易看清，精確度不高，效率低等缺點。2.而采用電氣控制手段自動檢測難點主要有：復雜天氣影響：閘室環(huán)境是室外露天的非標準工況，受四季天氣情況影響，如雨、霧、雪等因素干擾檢測儀表儀器;隨機干擾源多：如飛鳥、水面漂浮物、波浪等反射，其中飛鳥、漂浮物等具有隨機、不重復的特點;水位實時變化：在調度過程中，船舶高度會隨著水位變化而變化，檢測部位要隨水位變動而變動。

　　(二)船閘越線

　　報警系統(tǒng)原理為克服檢測難點，設計采用激光和視頻結合的檢測手段檢測船舶越線。激光檢測通過二維激光掃描、接收，依據空間距離，對閘臺上違停的船舶進行檢測報警。視頻檢測通過視頻分析技術，對劃定區(qū)域內的船舶進行智能識別，并實時報警。兩種檢測方式特點為：激光檢測精度高，抗干擾能力強，能應對各種復雜天氣;視頻檢測正常情況下精度高，但易受天氣影響。二者 結合，可增加系統(tǒng)可靠性，準確判別船舶是否越線，為船閘管理人員提供操作依據和前提條件。將閘室區(qū)域分為正常區(qū)域、安全警戒線、緩沖區(qū)域與危險區(qū)域。其中，安全警戒線為緩沖區(qū)域前方設定的警戒線，利用激光掃描儀，實時檢測船舶越線行為，為防撞系統(tǒng)提供智能預警功能;緩沖區(qū)域為危險區(qū)域前方設定的虛擬區(qū)域，為違規(guī)闖入船舶的管理提供緩沖時間;危險區(qū)域為閘門附近設定的虛擬區(qū)域，如閘臺位置、閘門位置，在危險時間窗口內，該區(qū)域禁止船舶進入。采用“激光越線檢測+視頻輔助驗證分析”的復合檢測方式，完成對潛在船舶危險行為的智能預警。

　　首先，通過激光掃描儀，對越過安全警戒線的船舶進行檢測，為閘室防撞系統(tǒng)提供智能預警，充分保障閘室安全穩(wěn)定運行。其次，將控制系統(tǒng)與防撞報警裝置進行聯動，對目標船舶進行重點監(jiān)控。當激光掃描儀檢測到有船舶越過警戒線，監(jiān)控中心與閘室警戒燈將自動報警，并通過廣播、顯示屏信息發(fā)布等方式，提醒該船只立刻停船。同時，監(jiān)控中心會向閘口值班員發(fā)出警戒信息，值班員利用緩沖區(qū)域提供的時間現場指揮該船只停船，并自動調用監(jiān)控攝像機進行拍攝取證�；�于紅外功能的視頻輔助分析與聯動確認，利用基于卷積神經網絡算法，對視頻監(jiān)控抓拍的船舶圖片進行特征智能識別，為船閘防撞提供輔助預警功能。當閘室出現警情時，防撞預警系統(tǒng)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)實施聯動，監(jiān)控中心能夠自動將警情區(qū)域的監(jiān)控畫面切換至大屏主畫面，以便進行最后的警情確認。對于異常狀況，視頻可以自動保存、自動播放。

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　　三、總結

　　視頻聯動在港航船閘得到試點創(chuàng)新應用，船閘視頻監(jiān)視系統(tǒng)和計算機監(jiān)控系統(tǒng)兩個系統(tǒng)之間通過數據指令的交互，實現了閘門運行監(jiān)視和閘門視頻同時在大屏上監(jiān)視、方便了操作人員監(jiān)視、提高了系統(tǒng)運行安全性、可靠性。船閘越線報警系統(tǒng)將閘室區(qū)域分為正常區(qū)域、安全警戒線、緩沖區(qū)域與危險區(qū)域，閘室防撞系統(tǒng)提供智能預警，充分保障閘室安全穩(wěn)定運行。將控制系統(tǒng)與防撞報警裝置進行聯動，對目標船舶進行重點監(jiān)控。船閘越線報警系統(tǒng)為船閘管理人員提供操作依據和前提條件。

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　　作者：王建鋒 中通服咨詢設計研究院有限公司 江蘇南京 210019

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