南京內(nèi)河水上交通綜合執(zhí)法智能化監(jiān)管的應(yīng)用探索

于濤 周怡明

摘 要：本文立足于南京內(nèi)河水上交通監(jiān)管的實際需求，在“智慧海事”指導(dǎo)思想的引導(dǎo)下，以船舶基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合船舶感知設(shè)備和移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)建重點水域全覆蓋、重點船舶全程監(jiān)管的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)全方位覆蓋、全天候監(jiān)控、快速反應(yīng)的現(xiàn)代化水上作業(yè)安全監(jiān)管體系。

關(guān)鍵詞：水上交通;大數(shù)據(jù);智能化

中圖分類號：U644? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2022）02-0073-02

1引言

南京市有內(nèi)河水域航道53條，總里程630.06公里，年均船舶流量約2萬艘;轄區(qū)內(nèi)沿江港口企業(yè)52家，124家水路運(yùn)輸企業(yè)，監(jiān)管工作存在巨大壓力。

2016年12月，環(huán)保部、國家發(fā)展改革委等11個部門又聯(lián)合制訂了《水污染防治行動計劃實施情況考核規(guī)定（試行）》，要求“2017年，設(shè)區(qū)的市級以上人民政府完成防治船舶及其有關(guān)作業(yè)活動污染水域環(huán)境應(yīng)急能力建設(shè)規(guī)劃的編制并發(fā)布，2018年，實施防治船舶及其有關(guān)作業(yè)活動污染水域環(huán)境應(yīng)急能力建設(shè)規(guī)劃”。

南京市交通局為貫徹落實國務(wù)院、發(fā)改委及省市相關(guān)要求，根據(jù)《南京市防治船舶及其有關(guān)作業(yè)活動污染內(nèi)河水域環(huán)境應(yīng)急能力建設(shè)規(guī)劃》要求，提出建設(shè)南京市船舶及其有關(guān)作業(yè)活動安全應(yīng)急管理信息系統(tǒng)，實現(xiàn)覆蓋全面、設(shè)施先進(jìn)、協(xié)調(diào)有序、反應(yīng)快捷、運(yùn)轉(zhuǎn)高效的船舶及其有關(guān)作業(yè)活動安全應(yīng)急管理。

2智能化監(jiān)管應(yīng)用

2.1重點船舶后臺化監(jiān)控

船舶駛?cè)虢唤鐓^(qū)域，系統(tǒng)基于船舶基本信息并通過圖像分析及VITS/AIS等船舶定位信息，來確認(rèn)船舶身份以及船舶位置。確認(rèn)船舶身份后，通過圖像分析與后臺判斷，對危險品船和疑似違章船舶納入重點監(jiān)管對象列表，進(jìn)行重點監(jiān)控。

系統(tǒng)自動選擇就近的CCTV聯(lián)動攝像頭對該船舶進(jìn)行追蹤，建立聯(lián)動追蹤關(guān)系后，可以在CCTV視頻中看到以該船舶為中心的視頻畫面，將船舶AIS信息中的GPS位置傳遞至具有自動反饋功能的CCTV視頻前端，使視頻前端自動跟隨指定船舶的移動而轉(zhuǎn)動，始終將其在視頻前端的畫面中顯示，并能在超出該視頻前端覆蓋范圍后，由下一個視頻前端自動接力跟蹤。

2.2重點水域后臺化監(jiān)控

首先，通過地圖配置功能，設(shè)置重點水域，包括：水域范圍和監(jiān)管目標(biāo)、展現(xiàn)要素（流量監(jiān)控、密度監(jiān)控、危化品監(jiān)控、速度監(jiān)控、禁停區(qū)）等。

設(shè)置完成后，平臺自動統(tǒng)計航道斷面船舶流量，通過斷面的船舶次數(shù)，并且可以給出通過斷面的船舶列表。通過斷面流量的統(tǒng)計，可以反應(yīng)航道劃定斷面處的通航密度。

平臺通過航道擁堵指數(shù)模型，分析計算出航道的通航指數(shù)，以指數(shù)的形式反應(yīng)航道當(dāng)前的通航情況。擁堵指數(shù)已[0，1]進(jìn)行分級，<0.5表示航道暢通，在地圖上航道以綠色表示;0.5～0.9表示航道有點擁擠，在地圖上航道已黃色表示;>0.9表示航道擁堵，在地圖上航道以紅色表示。當(dāng)發(fā)現(xiàn)設(shè)置的重點水域出現(xiàn)黃色或者紅色時工作人員前往該區(qū)域進(jìn)行指揮疏通航道。

2.3內(nèi)河船舶行為特征分析（船舶畫像）

通過對內(nèi)河船舶行為特征分析，實現(xiàn)入境船舶進(jìn)行智能篩選，從而對船舶違章行為進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)測。依靠大數(shù)據(jù)分析平臺，根據(jù)基礎(chǔ)屬性、活動范圍、運(yùn)輸特點、違章行為等構(gòu)建船舶分類，找到數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)關(guān)系和分布特征，實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析預(yù)測。

首先，船舶畫像是以船舶基礎(chǔ)屬性、活動范圍、運(yùn)輸特點、違章行為等構(gòu)建船舶分類;然后依據(jù)船舶特征行為分類，對各類行為相似船舶進(jìn)行展示，并提供標(biāo)簽標(biāo)記功能，方便用戶進(jìn)行區(qū)分，例如：中等運(yùn)油船;接著依據(jù)船舶特征行為分類，對各類船舶進(jìn)行統(tǒng)計分析，通過大數(shù)據(jù)分析平臺，根據(jù)船舶軌跡和業(yè)務(wù)信息進(jìn)行船舶行為狀況評估，進(jìn)行實時預(yù)警監(jiān)測。

2.4水上違章自動取證

2.4.1船舶尾氣智能監(jiān)測

船舶的廢氣是水域附近大氣污染的重要來源之一，部分船舶對劣質(zhì)及含硫量高的燃料的使用，更加劇了船舶帶來的大氣污染問題。船舶廢氣排放的監(jiān)測技術(shù)發(fā)展為船舶廢氣治理提供了有效保障，但由于船舶移動排放，高空擴(kuò)散的特征，傳統(tǒng)的監(jiān)測方式無法實現(xiàn)準(zhǔn)確、有效、即時的排放巡檢。同時，傳統(tǒng)的監(jiān)測方式雖能實現(xiàn)對廢氣中硫氧化物的監(jiān)測，但無法實現(xiàn)對燃油含硫量科學(xué)調(diào)查，不能對船舶低硫油的使用實現(xiàn)監(jiān)測。

在秦淮河大勝關(guān)卡口布設(shè)船舶尾氣智能監(jiān)測設(shè)備，對經(jīng)過大橋的往來船舶排放廢氣所形成的煙羽中的不同大氣污染物濃度進(jìn)行不間斷持續(xù)監(jiān)測，提供高分辨率的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，摸清往來船舶排放廢氣的底數(shù)，實現(xiàn)船舶廢氣排放和船舶低硫油使用的科學(xué)監(jiān)測和監(jiān)管，為監(jiān)管部門治理來往船舶大氣污染提供技術(shù)支持。

2.4.2船舶軌跡分析

船舶軌跡分析，是通過船舶定位設(shè)備AIS、VITS獲取船舶地理信息，通過大數(shù)據(jù)分析來進(jìn)行違章分析，包括：垃圾船（偷倒垃圾）、擅闖禁區(qū)（禁止停泊水域、涉水工程施工水域等）、AIS未正常使用、違規(guī)追越事故等。

其中，擅闖禁區(qū)（禁止停泊水域、涉水工程施工水域等）、違規(guī)追越事故、AIS未正常開啟，是通過設(shè)置電子圍欄以及VITS、雷達(dá)、視頻抓拍進(jìn)行相關(guān)校驗比對確認(rèn)船舶違章行為。

垃圾船（偷倒垃圾）等違章行為，需要通過大數(shù)據(jù)分析挖掘，對船舶軌跡進(jìn)行分類，獲取異常軌跡，對異常軌跡船舶進(jìn)行標(biāo)注，確認(rèn)船舶違章行為。

2.4.3卡口抓拍圖片分析

首先，借助熱成像、超高清抓拍攝像機(jī)完成船舶圖片抓拍，并借助人工智能中yolo v3、deep_sort、alexnet等圖像算法進(jìn)行船名識別和船舶顯性違法行為判斷（如船名標(biāo)識不清、船員未穿救生衣、船舶未封倉等），然后通過OpenCV對船舶圖像進(jìn)行標(biāo)注和截圖。

這部分先需要針對不同違章行為，對視頻進(jìn)行圖像截取和人工標(biāo)注，獲取訓(xùn)練樣本和測試樣本。然后，通過深度學(xué)習(xí)服務(wù)器進(jìn)行訓(xùn)練，獲得相應(yīng)計算模型，通過部署模型對實時視頻進(jìn)行分析。

通過訓(xùn)練的模型，系統(tǒng)可以實現(xiàn)顯性違法行為、特殊船型識別，其中顯性違法行為包括：未穿救生衣、未封倉、船名標(biāo)識不清等。具體包括：船員救生衣穿戴自動檢查，系統(tǒng)可以根據(jù)抓拍得到的船舶圖像數(shù)據(jù)，自動分析判斷船員在艙外是否正常穿戴;船舶封倉自動檢測，系統(tǒng)可以根據(jù)抓拍得到的船舶圖像數(shù)據(jù)，自動分析判斷裝載船舶是否封倉等。

2.4.4船舶超限檢測

船舶超限檢測系統(tǒng)以激光掃描設(shè)備對船舶干舷數(shù)值進(jìn)行測量并結(jié)合船舶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，計算船舶超限監(jiān)測情況。

首先，通過激光掃描儀獲取數(shù)據(jù)后，根據(jù)激光掃描儀的發(fā)射頻率與發(fā)射間隔，再根據(jù)設(shè)計的算法，計算出所掃描的船舶每個反射點、每個段面的數(shù)據(jù)實際距離周期，將所有點、線按周期進(jìn)行組合構(gòu)建出三維立體模型，依據(jù)生成的三維模型與水面基礎(chǔ)模型進(jìn)行高度差值對比分析，獲得船舶高度與干舷高度準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，從而對吃水超限的船舶進(jìn)行及時有效預(yù)警，幫助海事人員及時發(fā)現(xiàn)船舶違法行為，消除水上交通安全隱患。

3結(jié)語

目前通過整合 CCTV監(jiān)控、AIS/VITS、 船舶尾氣智能監(jiān)測、船舶超限檢測等信息手段，充分利用水上視頻監(jiān)控、船舶定位設(shè)備、雷達(dá)、電子卡口、AIS基站等外場感知設(shè)備，南京市一體化監(jiān)管平臺實現(xiàn)綜合執(zhí)法由人工向后臺化、自動化、智能化轉(zhuǎn)變，更好的滿足水域監(jiān)管需求。從平臺采集的數(shù)字統(tǒng)計和應(yīng)用以來成效來看，較好的解決了監(jiān)管、指揮、執(zhí)法、服務(wù)中存在業(yè)務(wù)難題，一定程度提高了工作效率，后續(xù)可繼續(xù)挖掘平臺的技術(shù)潛力，充分利用大數(shù)據(jù)分析、云平臺等手段，不斷提升業(yè)務(wù)處置能力，更精準(zhǔn)服務(wù)于水域監(jiān)管日常工作，更大程度減輕人員負(fù)擔(dān)，為水域監(jiān)管業(yè)務(wù)高質(zhì)量發(fā)展提供技術(shù)支撐。

參考文獻(xiàn)：

[1]《交通強(qiáng)國建設(shè)綱要》.

[2]《數(shù)字交通發(fā)展規(guī)劃綱要》.

[3]《江蘇省智能交通建設(shè)實施方案》.