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(shí)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(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)建重點(diǎn)水域全覆蓋、重點(diǎn)船舶全程監(jiān)管的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，實(shí)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(lèi)號(hào)：U644? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：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(wàn)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(guó)家發(fā)展改革委等11個(gè)部門(mén)又聯(lián)合制訂了《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃實(shí)施情況考核規(guī)定（試行）》，要求“2017年，設(shè)區(qū)的市級(jí)以上人民政府完成防治船舶及其有關(guān)作業(yè)活動(dòng)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(shí)施防治船舶及其有關(guān)作業(yè)活動(dòng)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(shí)國(guó)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(dòng)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(dòng)安全應(yīng)急管理信息系統(tǒng)，實(shí)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(dòng)安全應(yīng)急管理。

2智能化監(jiān)管應(yīng)用

2.1重點(diǎn)船舶后臺(tái)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(guò)圖像分析及VITS/AIS等船舶定位信息，來(lái)確認(rèn)船舶身份以及船舶位置。確認(rèn)船舶身份后，通過(guò)圖像分析與后臺(tái)判斷，對(duì)危險(xiǎn)品船和疑似違章船舶納入重點(diǎn)監(jiān)管對(duì)象列表，進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控。

系統(tǒng)自動(dòng)選擇就近的CCTV聯(lián)動(dòng)攝像頭對(duì)該船舶進(jìn)行追蹤，建立聯(lián)動(dòng)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(huà)面，將船舶AIS信息中的GPS位置傳遞至具有自動(dòng)反饋功能的CCTV視頻前端，使視頻前端自動(dòng)跟隨指定船舶的移動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，始終將其在視頻前端的畫(huà)面中顯示，并能在超出該視頻前端覆蓋范圍后，由下一個(gè)視頻前端自動(dòng)接力跟蹤。

2.2重點(diǎn)水域后臺(tái)化監(jiān)控

首先，通過(guò)地圖配置功能，設(shè)置重點(diǎn)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、?；繁O(jiān)控、速度監(jiān)控、禁停區(qū)）等。

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

平臺(tái)通過(guò)航道擁堵指數(shù)模型，分析計(jì)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(jí)，<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(diǎn)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(diǎn)水域出現(xiàn)黃色或者紅色時(shí)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(huà)像）

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

首先，船舶畫(huà)像是以船舶基礎(chǔ)屬性、活動(dòng)范圍、運(yùn)輸特點(diǎn)、違章行為等構(gòu)建船舶分類(lèi);然后依據(jù)船舶特征行為分類(lèi)，對(duì)各類(lèi)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(hù)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(lèi)，對(duì)各類(lèi)船舶進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，根據(jù)船舶軌跡和業(yè)務(wù)信息進(jìn)行船舶行為狀況評(píng)估，進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)警監(jiān)測(cè)。

2.4水上違章自動(dòng)取證

2.4.1船舶尾氣智能監(jiān)測(cè)

船舶的廢氣是水域附近大氣污染的重要來(lái)源之一，部分船舶對(duì)劣質(zhì)及含硫量高的燃料的使用，更加劇了船舶帶來(lái)的大氣污染問(wèn)題。船舶廢氣排放的監(jiān)測(cè)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(dòng)排放，高空擴(kuò)散的特征，傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方式無(wú)法實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、有效、即時(shí)的排放巡檢。同時(shí)，傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方式雖能實(shí)現(xiàn)對(duì)廢氣中硫氧化物的監(jiān)測(cè)，但無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)燃油含硫量科學(xué)調(diào)查，不能對(duì)船舶低硫油的使用實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)。

在秦淮河大勝關(guān)卡口布設(shè)船舶尾氣智能監(jiān)測(cè)設(shè)備，對(duì)經(jīng)過(guò)大橋的往來(lái)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(cè)，提供高分辨率的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，摸清往來(lái)船舶排放廢氣的底數(shù)，實(shí)現(xiàn)船舶廢氣排放和船舶低硫油使用的科學(xué)監(jiān)測(cè)和監(jiān)管，為監(jiān)管部門(mén)治理來(lái)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(guò)船舶定位設(shè)備AIS、VITS獲取船舶地理信息，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析來(lái)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(kāi)啟，是通過(guò)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(yàn)比對(duì)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(guò)大數(shù)據(jù)分析挖掘，對(duì)船舶軌跡進(jìn)行分類(lèi)，獲取異常軌跡，對(duì)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(shí)別和船舶顯性違法行為判斷（如船名標(biāo)識(shí)不清、船員未穿救生衣、船舶未封倉(cāng)等），然后通過(guò)OpenCV對(duì)船舶圖像進(jìn)行標(biāo)注和截圖。

這部分先需要針對(duì)不同違章行為，對(duì)視頻進(jìn)行圖像截取和人工標(biāo)注，獲取訓(xùn)練樣本和測(cè)試樣本。然后，通過(guò)深度學(xué)習(xí)服務(wù)器進(jìn)行訓(xùn)練，獲得相應(yīng)計(jì)算模型，通過(guò)部署模型對(duì)實(shí)時(shí)視頻進(jìn)行分析。

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

2.4.4船舶超限檢測(cè)

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

首先，通過(guò)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(jì)的算法，計(jì)算出所掃描的船舶每個(gè)反射點(diǎn)、每個(gè)段面的數(shù)據(jù)實(shí)際距離周期，將所有點(diǎn)、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(duì)比分析，獲得船舶高度與干舷高度準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，從而對(duì)吃水超限的船舶進(jìn)行及時(shí)有效預(yù)警，幫助海事人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)船舶違法行為，消除水上交通安全隱患。

3結(jié)語(yǔ)

目前通過(guò)整合 CCTV監(jiān)控、AIS/VITS、 船舶尾氣智能監(jiān)測(cè)、船舶超限檢測(cè)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(chǎng)感知設(shè)備，南京市一體化監(jiān)管平臺(tái)實(shí)現(xiàn)綜合執(zhí)法由人工向后臺(tái)化、自動(dòng)化、智能化轉(zhuǎn)變，更好的滿足水域監(jiān)管需求。從平臺(tái)采集的數(shù)字統(tǒng)計(jì)和應(yīng)用以來(lái)成效來(lái)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(tái)的技術(shù)潛力，充分利用大數(shù)據(jù)分析、云平臺(tái)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。

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