淺談海上浮標圖像數據采集與傳輸系統的研究

周健華 張燕

摘 要：航標遙測遙控技術的應用與普及，讓航標管理者在辦公室中便可掌握海上浮標的位置及工作狀態等實時數據。然而，這些數據仍無法全面、直觀的反映浮標的整體情況，如浮標的結構、涂色等。為了提高航標維護管理水平，豐富海上浮標監管手段，航標管理者研究了一套海上浮標圖像數據采集與傳輸系統，本文就該系統的工作原理、實現功能及應用擴展進行闡述。

關鍵詞：浮標 數據采集 航標維護

1.研究背景

在航標日常巡檢中，主要檢查航標的四要素，即標位準確、燈質正確、結構良好、涂色鮮明，如滿足該四要素即可認為航標效能正常。目前，隨著遙測遙控技術在航標領域的發展和應用，四要素中的標位準確和燈質正常可通過航標遙測遙控數據獲得，從而使航標工現場巡檢工作的重點放在判斷航標結構是否良好和結構是否鮮明，大大減少航標工現場上標的次數和頻率，降低海上作業勞動強度，航標員海上作業的安全系數得到提高。

近年來，北海航標處在思考如何遠程監控海上航標的結構和涂色，隨著移動通信技術、數字視頻圖像壓縮等技術的高速發展，為遠程無線監控航標涂色和結構提供了可能。本系統是以4G/wifi等作為無線傳輸鏈路，研發海上浮標視頻數據采集與傳輸系統，實現對海上航標的全方位監控。屆時，不僅可以通過現有遙測遙控系統掌握航標位置、燈質、電壓等工作情況，而且還能通過海上浮標視頻數據采集與傳輸系統監控航標，讓航標員在辦公室就能夠看到海上航標，大大減少船舶出海巡檢次數，降低維護費用，有利于航標管理的信息化。

同時也能提高對海上過往船舶的視頻監控水平，加強海上突發事件信息采集，進一步豐富航標維護管理手段，解決航標碰撞、盜竊等涉及航標受損事故的現場取證難、西南季風、臺風期的航標巡檢困難等問題，提升航標監管能力，豐富航標的巡檢手段，提高航標服務水平，提升海洋數據、海上交通監管數據的采集能力。

2.海上浮標圖像數據采集與傳輸系統

2.1 工作原理及技術指標

本系統將GPS、4G傳輸、圖像采集與處理等模塊集成在采集前端，并在前端加入傳感器模塊、工業控制模塊，嵌入實時多任務操作系統和高性能 CPU 處理器，系統運行更加穩定可靠。圖像采集后采用JPEG編碼和先進的網絡丟包容錯技術，確保流暢的效果跟圖片清晰度。

前置采集終端采用嵌入式結構設計，具有體積小集成度高，可靠性強，抗摔抗震性能高，功耗低等優點。四位攝像頭全面拍取現場圖片，智能取景，根據設備搖擺狀況，自動調整拍照條件，高效JPEG壓縮編碼，輕松實現清晰視頻的低網絡帶寬傳輸，用于無線傳輸全景拍照，網絡帶寬自適應技術，根據網絡帶寬自動調整圖片速率，內置硬件狗，異常自動恢復，網絡中斷后可自動連接，保證系統運行穩定可靠，設備支持GPS定位功能，定位精度在10m以內，支持專業GIS地圖平臺軟件，功能強大，集成度高，擴展方便。支持分級用戶權限管理，可以劃分不同觀看權限，控制用戶對圖片資源的觀看數量。

采用數據流加密技術，保證網絡通信安全，具有專業的SSl安全通信服務，可以定義自己的加密方法，定時和短信休眠，心跳數據鏈路多方式共存，能有效節省用戶數據流量費用，自動復位重連，斷點續傳，該系統的主要技術指標如表1所示。

2.2 采集終端結構與安裝

目前該系統已設計完成，并在北海港及防城港投入試用，采集終端由端蓋、電源結構、鏡頭、底座及外置天線組成（如圖1所示）。在不影響浮標正常效能的原則下，設備倒掛式安裝在燈器底板下方，保證攝像頭具有一定的拍攝高度，其安裝底座螺栓與燈器一致，可共用一套螺栓。

2.3 電源管理

由于海上燈浮標能源有限，在系統研究時，降低功耗成為了首要難題，為保證設備的安裝不影響航標正常效能，該設備大部分時間處于靜默狀態，其電流約為0.3A，拍照瞬間電流為0.5A，拍照間隔可后臺調節，也可在后臺主動拍照，每天功耗不足8AH，搭配200AH的蓄電池使用，在連續陰雨天時可續航20天。

3.系統實現功能

3.1 延長巡檢周期、降低航標工作量

目前海上浮標基本上都是對標設置，設備安裝在浮標上，可實現對航標對側浮標的監控，而安裝在碼頭燈樁上可實現對碼頭水域所有航標的檢測，該系統與現有遙測遙控系統結合后，將大大提升電子巡檢的可靠性，在一定程度上代替電子巡檢，從而減少船舶出海巡檢次數，降低維護費用，有效解決標多人少這一難題。

3.2 利于航標碰撞事故的索賠

在事故多發水域，考慮在采集終端中置入了紅外裝置，當其探測到船舶靠近時，啟動拍照，便于今后航標碰撞事故的調查取證。

3.3 海況氣象采集

通過對航道及海況的監測，掌握外海氣象條件是否適合海上作業，航標員對采集到的數據進行分析后，決定是否出海作業，大大降低海上作業的難度，提高作業安全性，減少不必要的出海，節約航標維護成本。

3.4 信息數據共享

系統大規模使用后，可實現對港口、航道的實時監控，在海上交通監管、海洋氣象、海上稽查等都有促進作用，條件許可時可開展信息數據共享，為海上安全監管提供及時、高效的現場情況。

4.結語

現階段，這套海上浮標圖像數據采集與傳輸系統，其具備的上述功能，大大提高了航標維護的信息化程度，有效降低航標維護的勞動強度，提升海上作業的安全性。隨著5G網絡和新能源的發展，該系統將隨之優化，如加入視頻功能等。

參考文獻：

[1]劉均輝.大連海事大學碩士論文.航標遙測遙控無線視頻監控系統研究.

[2]梁德榮.中國水運2018. 07.浮標應用圖像采集與無線傳輸集成系統的研究.