遠程視頻監控系統在航標領域的研究和應用

龔凌

（交通運輸部南海航海保障中心北海航標處，廣西 北海 536000）

1 航標監測的現狀和需求

航標是引導船舶航行、定位和標識礙航物與表示警告的導航設備，為各種水上活動提供安全信息，對海上航行安全起到至關重要的作用。航標大多位于環境復雜、船舶來往密集的航道附近，特別是港口航道口門處的航標，其地理位置比較特殊，容易受到損壞（見圖1 被碰撞損壞的航道航標）。

圖1 被碰撞損壞的航道航標

航標的電流電壓、位置等數據主要依靠遙測遙控系統進行實時監測，而對航標外觀視覺方面的監測目前主要依靠現場巡視巡檢，航標管理人員缺乏遠程對航標外觀狀況及周圍環境做出合理、有效判斷的途徑，從而影響修復航標的效率。

航標在被碰損后，對肇事船舶的排查和追責也缺乏有力的視頻證據。航標管理人員需要找到切實可行的監測方法，更快、更準、更高效地對航標外觀狀況進行監測監控。

2 進行“港口全域視頻遠程回傳系統”研究的目的

為了解決航標外觀監測監控難的問題，探索航標巡檢新模式，節約維護成本，提高航標監管能力、服務水平，提高海洋數據、海上交通監管數據的采集能力，進一步提升北海航標處信息化水平，減輕一線職工的工作負擔，加強航道口門的航標效能監控，北海航標處進行了“港口全域視頻遠程回傳系統”的研究和應用。

“港口全域視頻遠程回傳系統”是通過在轄區范圍內重點港口雷達站等高點安裝全天候高清攝像機，使用專線將圖像畫面回傳指定地點的。同時，該攝像機還可實時反饋海況、了解浪高潮汐等情況，為航標管理人員合理安排出海作業、輔助安全生產等工作提供依據和支持。

北海航標處特別對該課題的主要設備及后續的安裝、維護、保養及技術規范等提出了相關要求：

第一，在高點安裝的全天候雙光譜成像激光夜視云臺攝像機，可水平方向360°旋轉，360°連續旋轉，垂直方向達到-45°～+45°移動。

第二，設備具備防水、防塵能力，防護等級達到IP66。

第三，使用專線將圖像數據實時回傳至指定地點。

第四，攝像機鏡頭焦距可達700mm 以上，60 倍及以上光學變焦。

第五，系統設備售后維保服務優質。

第六，系統客戶端軟件安裝齊全、相關人員技能達標。

第七，攝像機等主要設備具備防塵、防銹功能。

第八，需滿足其他相關要求。

3 “港口全域視頻遠程回傳系統”的研究和應用

3.1 內容及方向

港口口門處監控力量薄弱，對于此處發生事故后的應急反應不夠迅速，需要其他單位或船舶發現情況后向航標管理人員進行報告。經過研究，北海航標處決定在重點港口（北海、鐵山、欽州、防城）的高點安裝全天候攝像設備來實現對港口口門的實時視頻監控，并使用專線運營商電路將視頻圖像回傳至辦公地點，達到遠程監控目的。

3.2 設備性能指標

為確保攝影圖像清晰度高、穩定性好，能滿足日常的監測需要，選擇“超視距攝像機”作為課題的核心設備。根據北海航標處轄區燈塔上搭載的高清攝像球機的使用情況與實際工作需要進行綜合考慮，研究人員對高清攝像機的性能提出了以下技術要求：

第一，清晰度可達到識別2 公里外車牌的精度。

第二，紅外與激光技術、設備防水能力，均具備全天候運行的條件。

第三，能自動巡航，可水平方向360°旋轉，360°連續旋轉，垂直方向-45°～+45°。

第四，采用專線將圖像回傳至處辦公樓。

第五，有較好的圖像傳輸穩定性。

3.3 選取候選機型

為確保攝影機選取的權威性和可靠性，北海航標處從眾多機型中選出了3 款機型，分別是：

其一，華瑞通HRC-P6300 重載云臺攝像機；

其二，海康威視DS-2TD8136QB-SXHB 重載云臺攝像機；

其三，海康威視DS-2TD8136YH-XSBHRR 重載云臺攝像機。

這3 款機型都搭載有高清攝像機及長焦鏡頭，觀測距離遠、精度高，同時擁有紅外夜視功能，能進行360°旋轉，滿足基本性能要求。

3.4 實地測試

為實地了解攝像機的實際表現情況，委托專業機構對以上三款重載云臺攝像機進行測試，并形成測試報告，報告如下：

3.4.1 采集測試數據

（1）日間測試數據：可見光情況下，獲取測試標靶位 于1.6 公 里、3.5 公 里、5.5 公 里、8.3 公 里4 個 距 離 情況下的圖像、活動視頻及對應的鏡頭焦距數據。

（2）夜間測試數據：夜間激光補光情況下，獲取測試標靶位于1.6 公里距離情況下的圖像，活動視頻及對應的鏡頭焦距數據。

3.4.2 測試數據一

設備：海康威視DS-2TD8136QB-SXHB 熱成像雙光譜重載云臺攝像機一臺[三窗結構，帶激光補光，有效距離3000m。最大圖像尺寸：384×288 像素。焦距（鏡頭）：100mm。視場角：3.7°×2.8°。可見光鏡頭：6.7～330mm。支持光學透霧。水平方向360°連續旋轉，垂直方向-45°～+45°。防護等級：IP66]。

安裝于銀灘皇冠假日酒店頂樓，鏡頭焦距為330mm，標靶放置在1.6 公里，3.5 公里，5.5 公里3 個位置（見圖2），所獲得數據情況（見表1、表2）：

表1 皇冠酒店頂樓日間測試數據

表2 皇冠酒店頂樓夜間測試數據

圖2 安裝在銀灘皇冠酒店頂樓攝像機示意圖

3.4.3 測試數據二

設備：海康威視DS-2TD8136YH-XSBHRR 熱成像雙光譜重載云臺攝像機[三窗結構，帶激光補光，有效距離3000m。最大圖像尺寸：384×288 像素。焦距（鏡 頭）：30～150mm。視 場 角：12.4°×9.3°～2.5°×1.9°。可見光鏡頭：12.5～775mm。支持光學透霧。水平方向360°連續旋轉，垂直方向-45°～+45°。防護等級：IP66]。

安裝于銀灘中信國安北海第一城頂樓。鏡頭焦距為775mm，標靶放置在8.3 公里位置（見圖3），所獲得數據情況（見表3）。

表3 中信國安北海第一城頂樓日間測試數據

圖3 安裝在銀灘中信國安北海第一城頂樓攝像機示意圖

3.4.4 測試結論

（1）330mm 鏡頭在日間的有效觀察距離約3.5 公里，極限距離約5.5 公里。

（2）330mm 鏡頭配合激光補光在夜晚的有效觀察距離約2 公里。

（3）775mm 鏡頭在日間的極限距離約8 公里。

經測試，三款設備基本滿足需求，775mm 攝像可看清8.3 公里之外的樓層建筑字眼，經過綜合考慮后確定華瑞通HRC-P6300 重載云臺攝像機為使用機型。

4 應用情況

經過前期研究，完成“港口全域視頻遠程回傳系統”設備的安裝工作，跟蹤收集相關的試驗數據，根據實際使用情況進行調整，最終獲得較好的使用效果，其主要設備的實際使用情況如下：

4.1 高清透霧攝像機與高清透霧自動聚焦長焦鏡頭

自動聚焦、感紅外、透霧功能良好，視頻幀數與碼率均達標，在夜晚及霧天環境下視頻圖像依然清晰，12.5～775mm 連續光學變倍效能完好，能夠滿足夜間及能見度不良等情況下的較遠距離視頻監控需要。

4.2 重載變速球型云臺

重載變速球型云臺能夠水平360°連續旋轉，無限位，垂直角度為-45°～+45°，支持自動巡航，可設置80個預置位，抗風性能較好。在中低倍率（＜400mm）的情況下，視頻成像清晰銳利，畫面穩定，在大風暴雨環境下均能正常工作，能夠滿足對港口航標的日常巡檢及監視需要。

4.3 高密度野外防護罩與三防設計

設備搭載有一體化防護罩和遮陽板，能自動控制溫度，確保設備運行正常；同時進行了“防鹽霧、防潮濕、防霉菌”的三防處理，在近海環境下能保持較長時間無銹蝕，極大減少了相應的維護成本。

4.4 功能模塊獨立

每個功能模塊都有獨立的供電系統。設備故障時，遠程可以對各個功能模塊斷電重啟，不需要整機重啟和到現場進行手動重啟，處理較及時、方便，設備可維護性好。

4.5 擁有專線協議

華瑞通品牌重載云臺攝像機在數據協議上與原有大華監控系統私有協議兼容，數據鏈路穩定，可以實現在大華監控系統上對華瑞通重載云臺攝像機的各類操控。

5 結語

遠程視頻監控系統實現了遠程觀察港口海況、過往船舶等情況，同時可有效輔助航標防碰等事故調查，觀察近港水域天氣浪涌等情況，為航標管理人員出海巡檢以及應急處置故障提供了參考依據，達到港口區域遠程監控目的。

“港口全域視頻遠程回傳系統”所用的云臺攝像機受風力影響，在鏡頭伸縮到高倍率（＞600mm）的情況下，出現抖動，致使高清攝影鏡頭聚焦效果變差，降低了畫面清晰度，同時由于抖動造成攝影設備的頻繁聚焦，加速了設備老化，減少設備使用壽命。北海航標處會繼續探索研究，降低外界因素對攝影設備的影響，確保設備的正常有效運行。