船閘運行伴隨式系統研究分析

傅饒，趙建

（1.宿遷市港航事業發展中心，江蘇 宿遷 223800 ；2.華設設計集團股份有限公司，江蘇 南京 210014）

當前，國內經濟已由高速增長轉型高質量發展階段，內河航道事業發展面臨的形勢發生了重大變化。為加快現代信息技術與航運要素深度融合，交通運輸部等七部委聯合印發《智能航運發展指導意見》，江蘇省政府印發《交通強國江蘇方案》，為智能航運未來發展指明方向。近年來，各地港航管理部門積極探索航道信息化智能化應用，開辟交通新基建背景下船閘設施智改數轉升級新路徑，以少人值守、自主運行為特征的未來船閘初具雛形；區域性船閘集中控制調度系統建設全面展開，依托信息化創新引領，以船舶船員為中心，寓管控于服務之中，精準破解航道管控難點和便民服務痛點。

當前，視頻攝像機在船閘運行管理中使用普遍，但運用較為分散化，信息的分析與處理也是人工進行。監控的利用并沒用實現最大化。隨著互聯網、人工智能等技術進步，視頻應用目前正從單純人工監視向自動監視、智能分析方向發展，場景更豐富、功能更多元。為順應技術發展趨勢進一步夯實船閘安全運行基礎，本文開展基于智能攝像機的船閘運行伴隨式系統研究分析，保障助力智慧船閘、智能航運建設發展，提高船閘運行信息化智能化水平。

1 國內外研究現狀

船閘作為一種應用最廣的水上通航建筑物，有效地改善了航道通航條件，促進了水路運輸和地方經濟的發展。從發展角度出發，船閘安全管理是船閘運行管理和高質量發展的永恒主題；從本質安全角度出發，夯實船閘安全管理關乎民生福祉，是民生之本，發展之基，更是航道人踐行交通強國戰略中的重要一環。

近些年來，隨著視頻監控技術的不斷發展，高清視頻產品的迅速普及，高清市場正在逐漸成熟和得到各行各業的認可，江蘇現有52 所船閘已經全部接入高清視頻系統。

圖1 船閘的監控畫面

江蘇船閘運行調度普遍使用“開上閥-開上閘-關上閥-關上閘-開下閥-開下閘-關下閥-關下閘”閘閥門操控的“八步”工法。工作人員在監控畫面上需要根據“八步”工法，在上游引航道至下游引航道多個位置布設監控設備，并關注相應多個監控畫面。但如果監控設備布設數量少，易出現視覺盲區。為了降低工作人員的勞動強度，節省船閘的硬件設備投入，提高船閘安全管理水平，解決閘室內安全盲區的問題，擬將可移動智能攝像機技術應用到船閘安全運行管理中，設備跟隨船舶的運行，工作人員只需要關注一個畫面，并且可以根據需求，隨時手動切換任意的監控畫面，保證閘室內監控無盲區，確保船閘的安全運行，保障船舶的安全快速通過，為我國內河水上交通運輸的可持續化發展提供安全保障。

2 船閘運行伴隨式系統研究與實現

2.1 船閘運行伴隨式智能攝像機整體結構研發

建設成套的船閘運行伴隨式智能攝像系統，包括伴隨式智能攝像機、軌道系統、物聯網通信系統、供電系統、后臺軟件系統。

圖2 船閘運行伴隨式智能攝像機架構

（1）船閘運行伴隨式智能攝像機。船閘運行伴隨式智能攝像機，是整個系統的核心組成部分，承擔船閘巡檢主要功能，針對智慧船閘業務需求，進行功能組建選型研究：①一體化雙光云臺。增加視場寬度，提高視頻監控視角，減少監控盲區，提供智能分析功能，結合船閘安全監管業務需求，提供危險源識別等分析手段；②喊話器。搭載高頻喊話器能夠作為信息對外發布的一種手段，支撐應急情況下的處置工作；③可拓展傳感器接口。預留接口，搭載溫濕度傳感器、氣象傳感器等多種傳感器，能夠獲取機器人巡檢區域的氣象、環境、溫濕度等多種數據，支撐業務決策。

（2）充電單元。通過部署在區域中的分布式充電樁實現自動充電。伴隨式智能攝像機執行完巡檢任務自動尋找就近的充電樁執行充電，當充電樁發生故障時，伴隨式智能攝像機能夠自動尋找其他充電樁進行充電。

（3）通訊單元。伴隨式智能攝像機通過無線網絡與控制室實時通信控制，紅外熱像儀占用的上行帶寬為4Mbps，云臺占用的上行帶寬為4Mbps，合計視頻上行帶寬8Mbps；在區域內鋪設20Mbps 以上網絡傳輸環境（上行帶寬15Mbps 以上）。

（4）軌道單元。伴隨式智能攝像機軌道單元作為運動承載是伴隨式智能攝像機系統中最重要的構成單元，軌道采用高強度鋁合金型材，軌道設計載荷能力100kg，表面經陽極氧化處理，具備高抗腐蝕和較強的耐磨損性能。

2.2 船閘運行伴隨式智能攝像機應用功能開發

船閘運行伴隨式智能攝像機應用于船閘閘室、閘門和引航道等區域，應具備長距離、全方位、自動拍攝、自動識別、智能分析、智能預警等功能。

（1）視頻監控。引導服務機器人支持攝像頭設備接入，后臺可全方位實時查看船閘閘室、閘門和引航道等區域視頻數據。

（2）進出閘指揮。引導服務機器人支持動作引導功能。對接船閘運調平臺，當船舶可以進出閘時，通過揮動紅綠旗幟，引導船舶進出閘。

（3）喊話功能。對接未系纜繩識別、超警絨線識別AI 中臺，當檢測到船舶未系纜繩、超警絨線時，可將機器人行駛至違規船舶附近，通過語音喊話功能引導船員按規定停靠。

（4）圖像識別。開發高精度圖像識別算法，對視頻數據進行智能分析處理，識別視頻內容。對特定環境，采用深度學習目標檢測方法，能夠對指定物體進行檢測。

（5）任務管理。在任務系統中既可以手動進行任務的執行也可按照日程進行任務分配執行實現自動巡檢功能。

（6）數據統計。后端平臺具備對監控數據進行儲存、分析、統計、檢索的功能。

（7）報表輸出。伴隨式智能攝像機在執行完一個任務之后都會自動生成報表，運維人員可以在監控平臺根據時間、巡檢類型、任務名稱等進行檢索并查看報表。

（8）伴隨式智能攝像機自檢。伴隨式智能攝像機在啟動巡檢前均會進行自檢，若發現部件異常，則給出異常狀態指示，并將系統異常信息上傳至監控后臺。

（9）圖像遙傳功能。對可見光攝像和紅外熱成像進行實時視頻顯示，配合自動巡視的功能，實現操作人員的后臺巡視，并可以實現預設點檢測數據的存儲和分析。

2.3 與船閘現有系統的對接

伴隨式智能攝像機管理平臺通過與現有的船閘運行管理平臺進行對接和數據整合，可直接調取閘室內前后任意區域內的監控畫面，在船舶進出閘過程中，對船舶進行伴隨式智能監視。

2.4 技術架構

通過物聯網智能感知硬件系統，結合人工智能分析技術，從船閘應用場景入手，推動智慧船閘發展。

（1）感知層。通過閘室智能跟隨式運動攝像機增大閘室內監控覆蓋范圍，減少閘室內監控盲區。通過圖像識別技術，感知船舶進閘的數量，識別船舶的船名船號等信息；對閘室內船舶帶纜，船舶進閘停靠上下游閘門是否超越安全警戒線等環節進行安全監控。

（2）分析層。在計算中心對數據進行數據挖掘、智能決策和安全評估。根據船舶進閘的數量，船名船號識別等信息，分析出船舶的相關的基礎信息，根據閘室內船舶帶纜，船舶進閘停靠是否超越上、下游安全警戒線等安全環節進行安全監控，對船舶的過閘安全要素進行安全分析，這樣也能多渠道，多維度地實時監控可能發生的安全風險。

（3）應用層。應用層可以提供智能決策和安全評估的結果。例如船舶在進出船閘過程中發生超越警戒線等安全風險，可以與現有系統對接，及時通知工作人員。也可以完美地融入到自動化船閘系統、集中控制系統中，結合多種安全監測手段，豐富自動化船閘的安全監控途徑。

3 結語

“十四五”以來，航運事業發展迅速，各船閘日益繁忙，通過構建船閘運行伴隨式系統，實現船閘從上游引航道到下游引航道全程監控，實現閘室、閘區全覆蓋，同時也能夠將船閘運行伴隨式系統無縫融入船閘現有應用系統，通過數據融合實現安全風險要素識別，進一步保證船舶進閘和出閘的安全。