智能光電技術在內河監管中的應用研究

龔永壽 李春旭 周昱城

摘 要：隨著內河水運的發展，面臨的監管需求越來越強烈。本文通過對目前內河水域監管現狀的分析，指出當前面監管形勢的嚴峻。在此基礎上，對當前的人工智能技術與光電技術進行解讀，并分析了兩種技術聯合為本行業所帶來的優勢。通過對內河區域船舶監管、落水人員監測、橋區偏航防撞等典型場景進行分析，說明了智能光電技術在內河監管系統應用的緊迫性。

關鍵詞：智能技術;光電技術;區域船舶監管;落水人員監測;橋區偏航防撞

中圖分類號：U61? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2020）09-0046-02

隨著水運交通的不斷發展， 水運在綜合運輸體系中的地位和作用逐步增強，港口吞吐量持續增長[1]。在此背景下，安全監管問題也成了需要重點解決的問題。在國內水域發達的區域，例如長江全線年均開展救助行動百余起，廣東省境內年均發生船橋碰撞幾十起，涉及遇險人員、船舶、橋梁不計其數，帶來的損失數以萬計，引發業界廣泛關注。在當前經濟社會轉型升級，高度重視水運安全，刻不容緩，同時對惠及民生的交通安全出行具有重要意義。

目前我國針對內河水域水上安全監管能力仍然非常薄弱，特別是對于部分橋區的安全投入缺口較大，部分地區對橋梁監管能力存在嚴重不足，加之從業人員安全意識淡薄，導致安全隱患頻出。

本文分析了智能技術與光電技術結合帶來的新趨勢，并對內河監管典型場景的需求進行了分析，說明了智能技術與光電技術結合對內河監管領域帶來的新影響，并對未來這種趨勢進行了展望。

1人工智能與光電技術結合的未來可期

光電技術與人工智能技術的深度結合，主要解決視覺清晰、決策精準等問題，主要包括以下方面：

1.1? 機器視覺與計算機視覺

機器視覺是應用價值最高的人工智能技術，它為機器賦予了雙眼，使其能夠辨識萬物。機器視覺就是用機器代替人眼進行測量和判斷，它綜合了模擬電子、數字電子、計算機、人工智能、大數據、圖像處理、傳感器、光學成像等跨學科前沿技術。機器視覺具有準確性、客觀性、穩定性等特點，在現代智能交通等領域有著廣泛應用。計算機視覺就是利用計算機和其輔助設備模擬人的視覺功能識別、對目標進行跟蹤并測量。

1.2? 光電傳感器

傳感器是人工智能獲取信息的重要設備，是人工智能技術的硬件基礎。傳感器技術是人工智能與萬物互聯的必備條件，它如同人類的五官，能夠對外界信息進行采集與轉換。光電傳感器一般由光源、光學通路和光電器件組成，其功能就是將光信號轉換為電信號。光電傳感器信息轉換準確，傳輸誤差小，應用領域十分廣泛。當前研究的熱點是智能光電傳感器，它集成了人工智能、信息處理等技術，成為人工智能的關鍵因素[2]。

1.3 交叉應用未來可期

人工智能領域與光電技術交叉滲透、融合發展是基本趨勢。諸多人工智能需要解決的問題， 也正是光電技術的發展需要解決的問題。

科學家正在研究應用機器學習改善傳統的光學和光電技術。通過將機器學習、神經網絡引入視覺技術中形成人工智能視覺技術，顯著提升數據處理量和速度。水運監管系統引入光電傳感器及智能技術，精度比常規監管手段高出很多。我國科學家發明的基于激光成像技術和人工智能的監控系統，可在45公里遠處實施目標識別[3]。

新一代智能光電傳感器將具有分析、判斷、自適應、自學習的功能。近年研發的基于雙目視覺技術的3D 感測方案，具有低功耗、高靈敏度特點，在機器人和VR等領域廣泛應用[4]。智能技術與光電技術的結合，能夠為內河監管系統賦予新的活力，能夠讓水運監管系統慧眼如炬。

2? 內河監管典型應用場景需求分析

2.1? 區域船舶監管系統

（1）船舶識別。自動對攝像頭監管區域內的船舶進行識別，能夠全天候識別區域內的船舶數量，并對船舶目標進行實時畫框跟蹤，并在畫面上展示每個目標的屬性信息。

（2）船上人員識別。自動對船上人員進行識別，并對船上人員目標進行實時畫框跟蹤。

（3）船牌識別。通過可見光攝像頭，能夠采集船舶照片，實現對船牌的自動識別。

（4）船舶位置和速度檢測。基于可見光目標或者紅外目標在圖像中的位置，實現船舶的定位、測向、測速，并能夠在實時監控畫面中予以呈現。

（5）實時報警。在禁航區或者橋區附近，設定電子圍欄，根據船舶位置進行判定，一旦發現有違規行為，立刻進行報警并對其跟蹤識別，同時實時展示報警信息并顯示目標的抓拍圖。

（6）錄像快速回查。自定義在航船舶的事件錄像，并能夠回放船舶的錄像，提高回查效率。監管系統在對違規船舶進行回查時無須逐幀回放，通過船舶靜態信息就能快速找出違規船舶的錄像證據。

2.2 落水人員監測系統

（1）落水人員識別。自動對視野范圍內的落水人員進行識別，并統計落水人員數量。

（2）落水人員定位。基于可見光目標或者紅外目標在圖像中的位置，實現落水人員的定位，并能夠在實時監控畫面中進行呈現。

（3）落水人員報警。根據落水人員識別結果，發送報警信息，報警信息包括落水人員數量、位置，同時實時展示報警信息并對落水人員進行抓拍。

（4）錄像快速回查。自定義落水時刻的事件錄像，只回放人員落水時刻的錄像，提高回查效率。搜救隊伍在尋找事發時刻時無須逐幀回放，通過落水人員時刻就能快速找出事發時刻錄像證據。

2.3 橋區偏航防撞系統

（1）船舶高度測量。自動對橋梁通航孔附近的船舶高度進行測量，并能夠對船舶當前的凈高與通航孔高度進行比較。

（2）船舶偏航預警。根據船舶航向及航速的識別結果，對下一時刻的船舶運動軌跡進行預測，如船舶有偏離通航孔所在航線的趨勢，及時發布預警信息。

（3）錄像快速回查。自定義碰撞時刻的事件錄像，只回放碰撞時刻的錄像，提高回查效率。監管部門在尋找事發時刻時無須逐幀回放，通過碰撞時刻就能快速找出碰撞時刻的證據。

通過以上對內河典型監管場景的需求分析，得知加強內河水域的監管迫在眉睫。為此，亟待將現有的智能光電技術引入到本領域中，實施對內河水域的全方位、高精度、智能化監管。

3 總結

光電技術在人工智能領域應用占據重要席位，兩者相互促進、相互交融，不斷推陳出新，迭代升級。隨著光電技術與人工智能技術的深度融合，未來在內河監管場景中的應用將不斷取得突破和進步，將更好地助力內河監管應用場景的智能化發展。

參考文獻：

[1]張帆. 淺談航運新形勢下內河海事監管技術的發展[J]. 交通信息與安全， 2010， 028（006）：91-94.

[2]魏延斌. 智能傳感器技術研究[J]. 交通科技與經濟， 2006（6）：78-79.

[3]我國科學家推出基于激光成像技術和人工智能的監控攝像頭[J]. 光行天下，2019-05-10.

[4]喻楊. 基于結構光和雙目視覺的工件3D重建與測量[D].

基金項目：科技入滇專項“云南省重點通航水域立體監管關鍵技術研究與應用示范”，項目編號：2018IB021