第20卷 第11期 中 国 水 运 Vol.20 No.11 2020年 11月 China Water Transport November 2020
收稿日期：2020-06-01
作者简介：王超亮（1986-），男，硕士，中交水运规划设计院有限公司工程师。
王超亮，周国志，陈永剑
（中交水运规划设计院有限公司，北京 10007）
摘 要：为满足不同水域环境下对于智能、精准监控的需求，本文充分利用AR 增强现实、AIS 匹配策略、人工智能等技术，设计了一种水上通航智能视频监控平台，并针对水上不同应用场景进行了分析，提出各场景下监控点的布局及设备配置方案，有助于提高水上通航视频监控系统的智能化水平，提升水上安全监管效率。 关键词：水上通航；视频监控；AR；人工智能 中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2020）11-0049-03
一、引言
视频监控系统作为一种重要的水上安全监管手段，可直观、有效地监视重点水域现场态势及船舶动态，为各涉水监管部门维护水上安全航行秩序，防控水上交通和船舶污染事故发挥着重要的作用。然而，目前我国水上视频监控系统主要基于传统视频监控系统的功能应用设计，以图像预览、控制和录像回放为主，应用方式单一；依靠人工判断和处理，视频信息价值利用不足。随着视频摄像头数量不断增多，依靠人工监视难以有效覆盖，依靠计算机视觉技术实现智能化的分析预警和场景应用成为视频监控系统的发展方向。 二、不同场景下监控点布局配置分析 1．通航密集区
通航密集区在不同的管辖区域内比较固定，如靠近货运码头的位置，锚地等，区域内船舶密度大，极易发生船舶碰撞的风险，导致人员和经济的损失。
可配置全景拼接摄像机（或球机）用于大范围监控辖区船舶态势，云台摄像机用于细节抓拍，实现“点面联动”，发现异常情况时点击全景画面进行云台调整和自动聚焦。结合智能化应用跟踪记录进出区域的船舶，对航道态势、船舶流量、水位潮汐、反航道行为等进行预警提示。
2．大桥区域
大桥区域自然条件复杂，大风、洋流等都会影响船舶正常航行，若不熟悉桥区航行规则极易出现船舶撞桥，因此在大桥区域船舶的身份、航行线路等都是急需关注的数据。
通过全景拼接摄像机（或球型摄像机）对大桥上下游广大水域包括通航区和非通航区进行大场景监控，并配置细节跟踪摄像机识别过桥的船舶大小、位置、速度、方向、数量等信息以及水位气象、天气状况等数据并进行防撞预警。
3．船闸区域
船闸为内河航道重要的通航设施，是由设有闸门和阀门的闸首、放置船舶的闸室、导引船舶入闸室的上游及下游引航道、为闸室灌水与泄水的输水系统，以及闸门与阀门的启闭机械和控制系统组成。
船闸是重要的卡口位置，船舶过闸的安全是重中之重，船闸监控应具备全景监控和联动跟踪功能，建议配置抓拍摄像机，自动对过往船舶进行记录，可作为船舶自动过闸申报、缴费的辅助依据，对于夜间监控采用激光补光方式。
4．渡口/客运码头
渡口/客运码头区域内客船进出频繁，与主航道、专用航段交织，易发生水上交通事故，因此要实时跟踪船舶的状态，掌控登船的人、车数量及其安全，应在1公里范围内看清船型、船名、船舶污染、违章操作、上下客等状态。
运用视频智能分析技术对靠离泊的全过程进行监控，并实现客船安全情况预警（偏航预警、超载预警
、速度异常预警）、客运航线标注，确保航行安全。可配置球机掌握渡口周边水域交通态势，夜间通航的渡口/客运码头配置激光摄像机。此外可根据业务需求配置客流统计分析摄像机，进行人脸识别、车牌捕获搜索和客流量统计分析。
5．危险品码头
危险品码头包括石油及其成品、化学危险品作业的区域，含趸船、泊位、栈桥等设施，是主要针对危险获取进行装卸、存储和运输的码头，需特别关注防火防爆、防台防汛等日常安全以及环境保护。
该类区域主要监控包括船舶靠离泊及水工作业全过程，考虑到液化码头、危险品码头等易燃易爆的特殊环境，应配置具有防爆功能（符合相应的防爆标准等级的要求，并具有防爆合格证）的全景摄像机和细节跟踪摄像机，对船舶进行智能行为分析和实时跟踪，集合危险品信息和船舶AIS 信息，实现非法船舶识别和闯入预警。
三、系统总体架构设计 1．系统总体架构
水上通航智能视频监控平台总体架构如图4所示，前端多维感知系统包括常规IPC、热成像、AR 鹰眼、激光雷达、激光建模单元、补光灯、爆闪灯、特写抓拍单元、全景抓拍单元、终端服务器。传输系统将前端画面传至中心管理子系统进行存储、展示、分析和利用。
50 中 国 水 运 第20卷 同时平台也可将上行流量信息、下行流量信息、船舶通
航信息、报警历史查询信息推送给第三方水上业务平台。
专网
网线
AR鹰眼场景
AR鹰眼交换机
第三方AIS
接收设备
终端服务器
爆闪灯特写抓拍单元
补光灯全景抓拍单元
激光雷达激光建模单元
船舶卡口场景
内河航道视频监控场景
黑光热成像IPC交换机水上智能视
频监控平台
第三方监管
平台
专网
专网
控制线
图1 水上通航智能视频监控平台总体架构
2．平台功能架构
如图2所示，平台功能架构整体分为3层：
感知层完成信息采集，主要包括船舶抓拍、沿岸视频采
集、鹰眼视频采集、船载视频采集等。
平台层主要功能包括过船监测、通航查询、报警查询、
航道流量、AR过船监测、报警监测、船载监控、移动定位轨
迹、热成像报警、AIS系统联动等一系列应用。
保安对讲机用户层面向水上交通管理部门监管执法、后期取证、应
急取证、水上搜救等业务提供决策支持。
t型铝型材
过船信息存储AIS信息存储
内河航道视频存储
船舶抓拍
重点水域监控场景AR水运实景监管场景
鹰眼视频采集
沿岸视频采集
视频巡查过船监测航道流量
资源配置事件联动
通航查询
报警查询AIS未开机检测
AR过船监测AR报警监测AR多维标签全景拼接
船载视频采集
船载移动监控场景
船载视频监控视频轮巡回放移动定位轨迹热成像报警联动
船载视频存储
客渡码头货运码头危险品码头桥梁桥区海巡艇船
现场执法应急处置水上搜救
...
图2 水上通航智能视频监控平台功能架构
四、典型场景下子系统设计
连续供墨系统
1．航道船舶卡口子系统
（1）系统架构
针对内河航道监管现状和痛点，应用AI、大数据等新技
术，卡口抓拍获取船舶图像信息传输到后端管理平台，对船
舶卡口数据进行汇聚、分析、展示后，实现船舶特征识别、
船舶流量采集、船舶航向检测等。
图3 航道船舶卡口系统架构图
（2）系统功能
带隙基准电压源
1）通过激光检测单元，主动检测抓拍通过卡口船舶。
2）融合AIS系统，获取船舶上下行航向字段。
3）融合AIS系统获取船舶相关信息，关联卡口抓拍图
片，对AIS未开机及异常船舶进行报警，辅助后续监管。
4）对船舶卡口过船数据按时间、通行方向、监测点统计
分析。
2．AR水运实景监管子系统
（1）系统架构
通过AR高点全景摄像机获取监控点全景视频，与视场
内低点摄像机标签联动，在一张实景图上展示重点水域立体
全局监控，以画中画展示低点摄像机视频，建立全方位、立
体化的综合监控系统，满足船舶数据可视化和违法研判的需
要，用于大范围立体监控与视频联动。
图4 AR水运实景监管系统架构图
（2）系统功能
1）标签关联数据：在全景画面中添加虚拟标签进行数据
的关联。
2）多图层分层展现：系统接入资源逐渐增多，关注目标，
标签信息量越来越大，为提升防控监测效率，对目标进行图如图是某水上打捞船
层分层展现。
3）全景视频实时预览：系统前端采用AR鹰眼及云台等
设备，实现重点水域的全景监控，同时设备支持多倍变倍以
及云台转动，掌控全局的同时兼顾细节。
4）全景视频联动联控：根据标签随时调阅、查看AR视
频，并能互相切换、查询、搜索，通过联动低点监控资源实
现联网布控、联动指挥。
5）报警数据实时展示：对人、船舶等对象异常事件实
时告警，自动弹出告警时间，地点，及实时监测画面。投注系统
6）AR场景自动巡逻：设置AR场景按照一定的时间间
隔进行循环巡逻。
第11期 王超亮等：一种水上通航智能视频监控平台设计 51
3．水域全景视频拼接子系统 （1）系统架构
系统能同时监控180°范围内所有目标，消除了监控死角与盲区，有利于全面掌握水上交通态势，适用于大场景下的监控需求。系统架构如图5所示：前端部署的高清机及球机用作全景拼接画面输入，部署在机房的服务器及编码设备将视频数据拼接处理编码后，传入中心监控室显示大屏。
图5 全景视频拼接系统架构图
（2）系统功能
1）将多路离散的视频，通过特征提取，特征对比及对准、图像矫正等，拼接成一幅高分辨率大场景的全景视频。
2）对监控目标进行自动、快速、精准、连续、流畅的跟踪和捕捉。
4．船载移动监控子系统 （1）系统架构
水上船载移动监控系统系统与上述系统架构类似：感知层包括船载摄像机、网络硬盘录像机等船载监控设备；网络传输层以海巡舰船自身流量热点或者运营商4G/5G 流量卡进行无线通信；后端平台实现船载内外视频实时预览、录像回放、云台控制、实时定位、轨迹回放等应用功能。
（2）系统功能
1）高清视频监控功能：对大雾、大雨等复杂环境下高清
视频图像采集。
2）助航功能：可借助船舶周围水域图像的采集和预览，实现船舶助航。
3）基于监控的船舶管控功能：对船载前端设备监控区域进行实时预览和语音对讲。
4）热成像报警联动功能：借助热成像摄像机探测前方船舶出没，支持视频报警功能。
四、结束语
根据不同水域自然条件和水上交通特点，提出不同场景的设备配置及子系统设计方案，设计的水上通航智能视频监控平台，集合了AR 增强现实、AIS 匹配策略、人工智能等技术，对提高水上通航视频监控系统的智能化水平，提升水上安全监管效率具有重要作用。现代水上安全监管对信息化要求不断提高，智能视频监控技术作为未来视频人工智能领域的发展方向，将为水上安全监管提供最精准、最智能的监控手段。未来，应把智能视频监控技术的最新发展和水上安全监管的需求相结合，充分保障船舶航行安全。
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（上接第44页）
水质保护压力：万马白荡水利风景区有着较为丰富的自然风光及水利特旅游资源，但是目前万马白荡水利风景区内水循环效率低，水生态修复时间短，生物链恢复有待加强，水质自净能力还是不足，生态系统抗污染能力较弱，因此若处理不当，生活污水及农业生产可能对水质产生威胁造成水体富营养化。
四、总结
通过景区发展的SWOT 分析得知，万马白荡水利风景区在资源环境、区位上都有一定的优势，但是由于无锡市周边景区较多，旅游市场竞争压力较大，因此，在旅游产品推广和旅游服务上还需进一步提升，形成生态系统完备、景观类型多样，以提高万马白荡水利风景区的知名度及推广度，增加旅游人次，从而进一步推动风景区的发展，成为人们所喜爱的河湖型水利风景区。
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