基于IBMS的樞紐船閘安防管理系統研究

覃露

（長江三峽通航管理局，湖北 宜昌 443500）

1 船閘安防管理概述

樞紐船閘是我國長江、西江、京杭運河等各大水運干線的重要通航建筑物，在內河航運經濟發展中發揮極為重要的作用。目前，大多數船閘都和重要水利樞紐配套建設，并與水利樞紐安防一起統一管理。在當前新形勢下，水利樞紐、船閘等關鍵設施的主體安全和生產安全管理責任越來越重，而目前多數船閘安防管理發展比較落后，主要依靠出入口設崗、定時定點巡檢、事后追查等方式進行管理，以人為主、覆蓋面窄、時效性差，對船閘安防區域人員入侵、攀爬、聚集、車輛失控、消防火災等動態事件無法及時準確發現、預警和處置，亟需一種更加系統、覆蓋面全、可靠、智能化、識別度高的安防管理系統。而IBMS 即智能化集成系統（intelligent building management system），具備物聯互通、智能管控、功能定制、深度學習等多項新功能，能夠滿足船閘安防管理的個性化需求，在船閘安防管理方面具備廣闊的發展前景，已成為類似需求的重要解決方案之一。其將物聯網應用延伸至船閘區域各場景，對人、車、物數據進行線上融合與計算，有利于提升閘區安全、提升管理效率，降低成本，實現閘區“數據全融合、狀態全可視、業務全可管、事件全可控”，促進閘區管理的數字化轉型。

2 系統核心算法

本文設計的船閘安防管理系統，主要運用了視頻智能分析技術，其核心是圖像智能分析相關算法。通常，圖像智能分析核心算法的基本流程是收集圖像數據，標注特征，深度學習，訓練模型，最后實現應用，流程如圖1所示：

圖1 算法實現流程

其中模型訓練是一個深度學習的過程，需要反復循環的學習訓練，一般模型的訓練過程如圖2所示：

圖2 模型訓練過程

在船閘安防管理系統中涉及的主要圖像智能分析算法有如下幾種：

（1）目標識別算法，即在給定的圖片或視頻幀中找出所有目標的位置，給出每個目標的類別，通過特征的提取，形成初步的特征向量，并與目標庫中的特征進行對比。其一般算法流程如圖3所示：

圖3 目標識別算法實現流程

（2）目標跟蹤算法，即給定一個視頻圖像序列，找到圖像序列中指定類型的目標，將不同幀中的目標一一對應，賦予每個目標唯一的跟蹤ID 并給出不同目標的運動軌跡。對于輸入視頻圖像序列，輸出目標的跟蹤結果，包括目標包圍框和對應的ID 編號。目標跟蹤算法的現實流程如圖4所示：

圖4 目標跟蹤算法實現流程

（3）行為分析算法，即對人的行為進行分析，并與目標庫對比，輸出分析結果，對相應行為進行報警。而行為分析根據分析對象的細節程度不同，又可分為打架、聚集等群體行為，區域入侵、離崗等個體行為和抽煙、玩手機等肢體行為。行為分析功能雖然繁多，但在視頻分析技術的實現上主要有兩大類：基于軌跡定位和速度分析的個體軌跡行為分析方法、基于個體手部分析和肢體關節點檢測的肢體部件行為分析方法。其具體實現流程與前兩個算法基本一致。

3 船閘安防管理系統功能及架構

基于IBMS 的船閘安防管理系統集成了視頻安防監控系統、入侵報警系統、出入口控制系統、公共廣播系統等子系統，形成一個綜合性的安防管理平臺。該平臺無縫實現各子系統之間的信息共享，任一點的故障或異常報告可形成視點聯動，并且可預先進行預案排演應對突發情況。平臺的信息具備“大數據”特征，可通過各個子系統進行信息采集、統計和分析，為安全分析和管理決策提供數據支撐。

平臺根據管理需求，分為區域場所控制管理和人員動態管理兩大功能模塊，結合人員身份識別、安防門禁、區域人員追蹤及統計、風險行為識別等各子系統功能，形成綜合性的系統安防管理能力。功能模塊圖如下所示：

圖5 船閘安防管理平臺功能設計

3.1 視頻安防監控系統

視頻監控系統采用全數字分級分區系統結構，劃分為集控中心、現地機房兩層級。由設置在集控中心的大屏顯示系統、各類功能服務器、視頻監控設備、設置在各區域的各類攝像機、網絡設備、控制記錄與顯示裝置、電源等配套設備組成。視頻監控系統分為控制級和現地級，主要由控制級設備、現地級設備、前端設備和網絡設備組成。

視頻監控系統實現如下功能：監視船閘監視區及主要出入口等部位的視頻信息，并可運用客流統計攝像機實現劃定區域出入口人員的判別統計，實時顯示劃定區域內人員數量，有助于船閘在施工、緊急狀態等情況下了解該區域的人員分布情況；具備視頻入侵報警功能和圖像復核功能；可與入侵報警系統、出入口控制系統和公共廣播系統聯動，在系統收到聯動信號后，控制攝像機自動旋轉到相應的預置位置進行事件存儲，并顯示相應圖像進行跟蹤監視。

3.2 入侵報警系統

入侵報警系統由防區型光纖振動入侵探測系統配合監控系統的周界攝像機實現。入侵報警系統的前端設備包括：探測器（震動光纖或雷達）和緊急報警裝置、傳輸設備、處理/控制/管理設備、顯示/記錄設備。系統采用物聯網架構，以防區型入侵探測系統為核心，配套安防系統信息化管理平臺。前端設備通過傳輸層連接到應用層設備，應用層設備對傳感層設備的信息進行處理，并根據處理結果和權限執行后續管理流程。

系統設置了船閘物理圍墻和靠近周界，防止翻越、破壞、偷盜，甚至恐怖襲擊等安全問題，根據現場實際情況，對船閘閘室兩側、導航墻等位置劃分防區、布置探測器。入侵報警系統對船閘設有報警探測器的部位實行24 小時全天候監控，使安防人員能及時準確地了解報警的情況，可實現自動報警并聯動視頻安防監控系統，實現警情自動記錄以便事后查詢，并提示安防人員協同處理突發事件。

3.3 出入口控制系統

出入口控制系統分為車輛出入口控制系統和人員出入口控制系統，其中人員出入口控制系統包括人行道閘控制系統和門禁系統，車輛出入口應設置電動道閘或電動伸縮柵欄等設施；人員出入口宜設置人行閘機或門禁等設施。車輛出入口控制系統和人員出入口控制系統的后臺設備是統一管理的。

3.3.1 車輛出入口管理系統

車輛出入口管理系統通過前端抓拍攝像機采集識別獲取車輛信息，利用網絡將車輛信息數據發送至后端管理中心，利用車輛識別技術實現車牌號、車標、車型、車身顏色等相關數據比對，確保車輛的進出有據可查、車輛進出可控，并可確保停車位的合理利用，以加強出入口的高效和安全管理。系統具備對臨時車輛進行權限放行和對固定用戶進行認證管理的功能，整套系統包括高清出入口抓拍攝像機、道閘、車輛檢測器、地感線圈、LED 顯示屏、余位顯示屏、移動管理終端、出入口管理終端、管理平臺、管理電腦等組件。系統采用TCP/IP的組網結構，在保障數據傳輸速度和安全性的基礎上，極大地方便了設備安裝布線。

3.3.2 人員出入口控制系統

人員出入口控制系統包括人行道閘控制系統和門禁系統，主要運用人臉識別系統來實現。人臉識別系統，采用人臉檢測算法、人臉跟蹤算法、人臉抓拍算法、人臉質量評分算法及人臉識別算法，結合配套的前端人臉抓拍攝像機、前端人臉一體化閘機、人證比對核驗終端、后端人臉比對服務器等設備，實現了實時人臉抓拍建模、實時人臉比對、靜態人臉圖片檢索、人臉布控和軌跡還原等功能。

人臉識別系統根據識別方式可分為前端人臉識別方式和后端人臉識別方式兩種。前端人臉識別方式主要由人證核驗桌面式終端設備、人臉一體化閘機設備和人臉識別相機組成，其內置人臉算法，可讀取身份證芯片人臉照片實現1:1 人證比對或1:N/n;N 人像比對；后端識別主要由人臉服務器兩種后端形態產品及配套前端人臉抓拍相機、可視對講門口機等人臉采集設備組成。

系統通過管理系統實現人臉識別系統相關的設備管理、識別場景規則設置、報警聯動、人臉授權、業務展現和管理，并結合客戶端實現對圖像的預覽檢索、各種報警信息的查看等操作，同時人臉識別系統可以實現人臉考勤、人臉巡更、訪客管理等功能。

3.4 公共廣播系統

公共廣播系統采用基于網絡傳輸（光纖網絡）的廣播系統，應急公共廣播系統滿足船閘的背景音樂播放、信息廣播、廣播通知、緊急廣播等使用需求。公共廣播系統的總服務器設備設于管控中心，包括總主控設備、音源設備、解碼器、功放、消防緊急聯動設備、廣播呼叫設備等，在船閘閘面、機房等設廣播號角，采用分布式架構，將不同業務需求區域的廣播系統進行區分和設置，既能夠做到互不干擾，也能夠在應急情況下進行統一管理。

4 結語

本文設計的基于IBMS 的船閘安防管理系統，采用了圖像智能分析、振動探測器分析等技術，通過深度學習，終端處理，發布命令等方式，集成視頻監控、出入口控制、周界警示、廣播尋呼等多種功能，是一個一體集成化的管理系統。系統有助于提升船閘以及水利樞紐的安防管理科學化和智能化，提高管理水平，更好地服務于內河航運事業。后續將進一步結合人工智能和大數據等新技術，設計開發更加完善的系統或方式方法來助力船閘安防管理。