岳瑋 余錦源 廣東省中山航道事務(wù)中心

1.引言

中山市地處珠江三角洲河網(wǎng)地帶，位于西、北江下游出海處，北接廣州市和佛山市，西鄰江門(mén)市，東南連珠海市，東隔珠江口伶仃洋與深圳市和香港特別行政區(qū)相望。作為珠江口西岸重要的先進(jìn)制造業(yè)城市和現(xiàn)代服務(wù)業(yè)基地，中山市擁有國(guó)家級(jí)產(chǎn)業(yè)基地34個(gè)，省級(jí)技術(shù)創(chuàng)新專(zhuān)業(yè)鎮(zhèn)15個(gè)，省級(jí)以上名牌名標(biāo)483個(gè)/件，落戶(hù)中山世界500強(qiáng)企業(yè)有24家。擁有裝備制造、健康醫(yī)藥、電子電信、燈飾光源、家用電器、金屬制品、紡織服裝、家居家具、精細(xì)化工、特色食品等10大產(chǎn)業(yè)集群。

隨著大灣區(qū)布局推進(jìn)，中山的城市地位快速提升，水陸交通快速發(fā)展，港口及內(nèi)河通航船舶在行駛過(guò)程中與航標(biāo)及橋梁發(fā)生觸碰的風(fēng)險(xiǎn)持續(xù)升高，對(duì)橋梁通行安全和航道安全造成了嚴(yán)重影響。經(jīng)分析，造成船舶撞橋事故的原因與船舶駕駛員不清楚自己的船的高度，在橋區(qū)水域憑經(jīng)驗(yàn)或者肉眼判斷橋梁通航凈高尺度、疲勞駕駛、不熟悉航道、存在僥幸及冒險(xiǎn)心理通航導(dǎo)致船舶接觸橋梁都有著關(guān)系關(guān)聯(lián)。此外在洪水期水流快、水位高，橋區(qū)航道流態(tài)變化顯著，通航凈空降低，通航環(huán)境復(fù)雜，船舶操作難度大等，也容易導(dǎo)致船舶撞橋事故發(fā)生。

隨著中山市水上交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展，船舶噸位不斷增大、長(zhǎng)度高度也不斷增加，橋梁建設(shè)時(shí)間不同標(biāo)準(zhǔn)不一、外來(lái)船舶對(duì)水域不熟，原有航道上的部分橋梁凈高尺度不達(dá)標(biāo)對(duì)船舶安全航行造成了很大的隱患，在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)社會(huì)轉(zhuǎn)型升級(jí)，高度重視航標(biāo)設(shè)施及橋梁安全，刻不容緩，同時(shí)對(duì)惠及民生的水陸交通安全出行具有重要意義。

當(dāng)前存在問(wèn)題：對(duì)于靠近航標(biāo)設(shè)施的船舶無(wú)法提前告警通知，發(fā)生碰撞事故后無(wú)法追責(zé)、追償；對(duì)于航道內(nèi)船舶流量無(wú)法監(jiān)控及預(yù)測(cè)，無(wú)法為航道擴(kuò)能升級(jí)提供有效數(shù)據(jù)依據(jù)；沒(méi)有攝像頭的記錄和監(jiān)控，無(wú)法判斷現(xiàn)場(chǎng)凈高顯示屏是否存在損壞及數(shù)字顯示是否準(zhǔn)確；無(wú)法判斷凈高檢測(cè)設(shè)備數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確，沒(méi)有對(duì)外接口，無(wú)法同步水位信息給相關(guān)船方或部門(mén)；無(wú)故障主動(dòng)提醒功能，單次設(shè)備損壞排查時(shí)間長(zhǎng)、維修費(fèi)用高、維護(hù)不及時(shí)。

本項(xiàng)目建設(shè)的橋區(qū)船舶防撞偏航預(yù)警應(yīng)用系統(tǒng)是利用現(xiàn)代化檢測(cè)手段來(lái)提升航道運(yùn)行的安全性，精確檢測(cè)出船舶是否偏航、提醒偏航船舶安全行駛路線并及時(shí)進(jìn)行警示和錄像，有效避免偏航船舶進(jìn)入橋梁非通航區(qū)域而造成船橋意外事故。該系統(tǒng)有利于提高水陸交通安全、消除交通隱患，方便相關(guān)部門(mén)的跟進(jìn)取證，為航道交通安全保駕護(hù)航；其次，橋區(qū)船舶防撞偏航預(yù)警應(yīng)用系統(tǒng)采用精準(zhǔn)可靠的航標(biāo)、AIS及視頻分析技術(shù)。其具有覆蓋區(qū)域大、監(jiān)控目標(biāo)多、監(jiān)測(cè)速度快，不受環(huán)境及氣候因素影響等特點(diǎn)；具有航標(biāo)劃定通航范圍、AIS自動(dòng)跟蹤移動(dòng)目標(biāo)與視頻自動(dòng)聯(lián)動(dòng)監(jiān)控目標(biāo)的多重功能，適用于橋墩防撞預(yù)警、水上安全防范和救助、航道航標(biāo)養(yǎng)護(hù)等，為大橋通航安全提供強(qiáng)有力的技術(shù)保障與支持。

2.融合防撞偏航預(yù)警系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)建設(shè)的必要性

2.1.1 加強(qiáng)航道通航水域綜合治理的需要

（1）航道航標(biāo)智能電子圍欄系統(tǒng)的建設(shè)，利用了物聯(lián)網(wǎng)、北斗衛(wèi)星定位、視頻AI、AIS船舶識(shí)別、VHF語(yǔ)音告警通知、云計(jì)算等高端技術(shù)，建設(shè)GIS平臺(tái)，用圖像識(shí)別深度運(yùn)用、視頻追蹤聯(lián)動(dòng)技術(shù)、智能識(shí)別技術(shù)、視頻AR技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)全流域水位及通航凈高預(yù)測(cè)分析，提高水域監(jiān)管力度，保障水上交通安全。

（2）充分利用現(xiàn)有信息資源，基于船舶AIS動(dòng)態(tài)軌跡數(shù)據(jù)、進(jìn)出港數(shù)據(jù)、采集的視頻數(shù)據(jù)、VHF語(yǔ)音告警通知、水文氣象等數(shù)據(jù)，利用大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)工具和算法，深度挖掘船舶運(yùn)行規(guī)律以及載運(yùn)規(guī)律等，準(zhǔn)確獲取水位異常信息、跟蹤重點(diǎn)船舶，提高水位信息監(jiān)管能力及搜查救援能力和效率，做到通航水域的智能監(jiān)管，營(yíng)造良好的水上、海上環(huán)境。

2.1.2 提升營(yíng)商環(huán)境，服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的需要

（1）通過(guò)共享數(shù)據(jù)應(yīng)用對(duì)業(yè)務(wù)決策的支持大力推動(dòng)數(shù)據(jù)共享和交換，促使管理部門(mén)、地方海事、地方航道部門(mén)之間持續(xù)共享，實(shí)現(xiàn)信息的互聯(lián)互通，及時(shí)、準(zhǔn)確獲取數(shù)據(jù)，多角度、全方位的看問(wèn)題和進(jìn)行決策，從而制訂更科學(xué)更有效的方針政策。

（2）提升通航水域安全水平，有利于本地水運(yùn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，大量貨運(yùn)必經(jīng)航道輸送。只有重點(diǎn)關(guān)注并切實(shí)提升轄區(qū)水域的通航安全水平，確保公路和水路運(yùn)輸?shù)陌踩〞?，才能更加有利于營(yíng)造相關(guān)區(qū)域良好的宜居和營(yíng)商環(huán)境。

（3）采集違反通航秩序行為。提前發(fā)現(xiàn)違規(guī)行為，提高水上安全服務(wù)水平。

2.1.3 提高水上應(yīng)急指揮調(diào)度水平的需要

（1）江、海上臺(tái)風(fēng)和地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，這些自然災(zāi)害及其引發(fā)的災(zāi)害鏈，特別在極端天氣期間，嚴(yán)重威脅人民生命財(cái)產(chǎn)安全。有效檢測(cè)水位異常、現(xiàn)場(chǎng)可視化，對(duì)水上應(yīng)急指揮調(diào)度工作是個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，對(duì)航道航標(biāo)智能電子圍欄系統(tǒng)的應(yīng)用有著強(qiáng)烈的實(shí)際需求。

（2）航道航標(biāo)智能電子圍欄系統(tǒng)，圍繞航道的水域情況，設(shè)置在重點(diǎn)水域一線的水位、AIS、視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，在面對(duì)洪水、臺(tái)風(fēng)暴潮、城市內(nèi)澇、用水安全、水生態(tài)景觀等方面防災(zāi)減災(zāi)指揮調(diào)度可以發(fā)揮至關(guān)重要的作用。

（3）隨著社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步，政府部門(mén)執(zhí)法越來(lái)越注重對(duì)執(zhí)法過(guò)程的全記錄和執(zhí)法證據(jù)的保存，其中視頻監(jiān)控設(shè)備是重要的輔助手段。而水上視頻監(jiān)控系統(tǒng)以其客觀現(xiàn)實(shí)的特點(diǎn)，能夠?yàn)橄嚓P(guān)單位提供真實(shí)直觀且強(qiáng)有力的要件支撐，增強(qiáng)了廣大群眾的認(rèn)同感，也對(duì)完善水上執(zhí)法發(fā)揮了重要作用。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

依附現(xiàn)有航標(biāo)設(shè)施，加裝一套ATL-M檢測(cè)儀、小型電池組，實(shí)現(xiàn)航道1公里范圍電子圍欄自定義、AIS船舶自動(dòng)識(shí)別單元、VHF遠(yuǎn)程喊話通知、水位檢測(cè)、普清視頻數(shù)據(jù)傳輸、云數(shù)據(jù)計(jì)算分析，便于開(kāi)展凈高數(shù)據(jù)采集、測(cè)試及日常運(yùn)行維護(hù)檢測(cè)。

本系統(tǒng)采用上/下游航標(biāo)及AIS為核心，構(gòu)成航標(biāo)定位+船舶自動(dòng)識(shí)別單元+視頻全天候電子圍欄防撞預(yù)警系統(tǒng)，覆蓋橋梁上、下游水域范圍，實(shí)現(xiàn)水域橋梁防撞功能。

電子圍欄運(yùn)用衛(wèi)星定位原理，對(duì)覆蓋區(qū)域進(jìn)行信號(hào)接收，ATL-M檢測(cè)儀可實(shí)現(xiàn)流域覆蓋，AIS單臺(tái)設(shè)備可覆蓋區(qū)域20公里范圍接收面積。當(dāng)運(yùn)動(dòng)船只進(jìn)入到AIS接收范圍時(shí)，AIS船舶自動(dòng)識(shí)別單元將接收到的信息通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到后臺(tái)控制中心，船只進(jìn)入橋區(qū)范圍，電子圍欄匹配航道ATL-M檢測(cè)儀數(shù)據(jù)，比對(duì)AIS接收數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)學(xué)模型解算出目標(biāo)的位置、距離、方位、速度等信息，將目標(biāo)在衛(wèi)星地圖上實(shí)時(shí)顯示其運(yùn)動(dòng)軌跡，同時(shí)，前端攝像機(jī)自動(dòng)聯(lián)動(dòng)跟蹤運(yùn)動(dòng)船只進(jìn)行抓拍和近景識(shí)別，系統(tǒng)自動(dòng)聯(lián)動(dòng)報(bào)警設(shè)備發(fā)出聲光報(bào)警。

2.3 系統(tǒng)提醒設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用設(shè)定多重電子圍欄區(qū)域的方式進(jìn)行提醒和預(yù)警。當(dāng)橋梁的AIS探測(cè)到進(jìn)入橋區(qū)設(shè)定范圍船舶目標(biāo)后，系統(tǒng)對(duì)船舶進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)，云平臺(tái)匹配航標(biāo)定位計(jì)算船舶的實(shí)時(shí)位置、坐標(biāo)經(jīng)緯度、航行方向、與當(dāng)前設(shè)備距離、與橋梁距離、當(dāng)前船舶速度等，根據(jù)船舶在區(qū)域中的位置、行駛路線、速度等發(fā)出提醒及通知。

當(dāng)船舶進(jìn)入電子圍欄設(shè)定的預(yù)警區(qū)域時(shí)，系統(tǒng)將根據(jù)獲取船舶的長(zhǎng)寬高、航行節(jié)數(shù)、航向等，判斷船舶的危險(xiǎn)程度，對(duì)可能發(fā)生的危險(xiǎn)目標(biāo)發(fā)出預(yù)警，避免事故的發(fā)生。

2.4 系統(tǒng)硬件設(shè)備

該系統(tǒng)構(gòu)成的核心設(shè)備主要包含：ATL-M檢測(cè)儀、AIS船舶自動(dòng)識(shí)別單元、VHF遠(yuǎn)程喊話通知、水位檢測(cè)、普清視頻數(shù)據(jù)傳輸、云數(shù)據(jù)計(jì)算分析、物聯(lián)網(wǎng)傳輸模組、高速智能攝像機(jī)、控制管理系統(tǒng)、輔助照明設(shè)備等。

（1）通過(guò)ATL-M，可以設(shè)置電子圍欄區(qū)域，獲取過(guò)往船舶信息，計(jì)算船舶航跡向，預(yù)測(cè)是否偏航；實(shí)時(shí)播報(bào)1公里范圍內(nèi)水域通航凈高；實(shí)時(shí)獲取水位漲、降幅信息；實(shí)時(shí)采集到各個(gè)設(shè)備在線狀態(tài)以及供電狀態(tài)，若發(fā)生設(shè)備離線等的情況，現(xiàn)場(chǎng)可以通過(guò)在線檢測(cè)模塊用數(shù)據(jù)專(zhuān)線的方式對(duì)運(yùn)維服務(wù)單位及航道事務(wù)中心進(jìn)行告警提醒，并及時(shí)修復(fù)；在系統(tǒng)中顯示通航凈高數(shù)據(jù)，同時(shí)能針對(duì)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)提醒；劃定有效航行電子圍欄區(qū)域，對(duì)闖入目標(biāo)監(jiān)測(cè)并同步控制管理系統(tǒng)；

（2）AIS船舶自動(dòng)識(shí)別單元全天候?qū)恿魉娲坏冗\(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)探測(cè)與跟蹤，標(biāo)繪其運(yùn)動(dòng)軌跡，判定其威脅程度，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤和識(shí)別。

（3）高速智能攝像機(jī)實(shí)施24小時(shí)不間斷錄像，對(duì)航標(biāo)周邊及碼頭、禁航區(qū)、禁停區(qū)進(jìn)行監(jiān)視、監(jiān)管，防止航標(biāo)設(shè)施被破壞并把錄像保存在本地及后臺(tái)服務(wù)器端；

（4）云計(jì)算分析，判斷是否有黑名單船舶、超速船舶進(jìn)入監(jiān)管區(qū)，并實(shí)時(shí)上報(bào)后臺(tái)，實(shí)現(xiàn)非現(xiàn)場(chǎng)智能化監(jiān)管；通過(guò)云平臺(tái)存儲(chǔ)各類(lèi)型監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并保障各類(lèi)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)安全，服務(wù)器具有足夠大的存儲(chǔ)容量來(lái)保障未來(lái)長(zhǎng)時(shí)間的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)儲(chǔ)備；

（5）建立中山航道事務(wù)中心轄區(qū)所有已安裝凈高顯示設(shè)備的橋梁凈高顯示管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)中山航道事務(wù)中心對(duì)轄區(qū)航道所有凈高顯示設(shè)備、數(shù)據(jù)（含視頻數(shù)據(jù)）的同一系統(tǒng)管理，并滿(mǎn)足中山航道事務(wù)中心綜合業(yè)務(wù)管理平臺(tái)的數(shù)據(jù)兼容和對(duì)接。

2.5 系統(tǒng)管理平臺(tái)的功能描述

（1）通航凈高故障監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)軟件由界面程序、后臺(tái)服務(wù)程序兩部分組成，主要功能是接收、顯示、保存、查詢(xún)、顯示屏遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)控制、打印故障信息，同一橋梁上下游顯示屏數(shù)據(jù)顯示不一致時(shí)自動(dòng)關(guān)屏功能；

多年來(lái)，我們的教育似乎只重視“成功教育”而忽略了“苦難教育”，當(dāng)代大學(xué)生似乎只有從爺爺奶奶那里才能聽(tīng)到一點(diǎn)“過(guò)去的故事”。獨(dú)生子女們對(duì)衣來(lái)伸手、飯來(lái)張口的生活習(xí)以為常。針對(duì)當(dāng)前大學(xué)生生存能力普遍較差的特點(diǎn)，高校必須加強(qiáng)對(duì)大學(xué)生的自身能力訓(xùn)練，磨煉其意志，提高其生存能力和動(dòng)手能力?？梢园汛髮W(xué)生帶出去，通過(guò)做社會(huì)志愿者，去西部山區(qū)支教等方式，讓其真正體會(huì)到生活的艱辛和社會(huì)的多樣化。還可以組織大學(xué)生參加拓展活動(dòng)，提升生存能力，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)精神。

（2）備份數(shù)據(jù)及日、月、年度運(yùn)維服務(wù)及故障報(bào)表統(tǒng)計(jì)功能；

（3）提供通航凈高故障管理系統(tǒng)，能夠?qū)λ茌爡^(qū)橋梁凈高設(shè)施進(jìn)行統(tǒng)一管理；

（4）網(wǎng)頁(yè)服務(wù)器功能，為用戶(hù)瀏覽運(yùn)行狀態(tài)、查詢(xún)、統(tǒng)計(jì)提供服務(wù)；

（5）大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能；

（6）電子圍欄區(qū)域自定義功能；

（7）黑名單功能；

（8）為其他應(yīng)用提供數(shù)據(jù)接口；

（9）APP端及微信端多終端預(yù)警及視頻查看功能；

（10）自動(dòng)水尺數(shù)據(jù)回傳后凈高數(shù)據(jù)的后臺(tái)測(cè)算功能；

（11）在航標(biāo)周邊1公里范圍設(shè)置報(bào)告線，形成根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)形狀形成的包圍線，船舶進(jìn)入設(shè)置區(qū)域后，系統(tǒng)啟動(dòng)提醒警示功能，對(duì)船舶發(fā)送甚高頻（VHF）語(yǔ)音廣播信息提醒船舶禁止違規(guī)作業(yè)并避開(kāi)航行。

2.6 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

2.6.1 分層架構(gòu)設(shè)計(jì)

傳感器層：IP化VHF系統(tǒng)，維護(hù)方便，降低成本；采用高清CCTV，具備出色的編碼性能、專(zhuān)業(yè)圖像處理及智能分析算法。采用AIS設(shè)備獲取船舶的航行動(dòng)態(tài)。

網(wǎng)絡(luò)層：通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)、光纖專(zhuān)網(wǎng)、微波網(wǎng)等多種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，采用出色的數(shù)據(jù)編碼技術(shù)，可有效降低網(wǎng)絡(luò)帶寬。

平臺(tái)層和數(shù)據(jù)層：采用虛擬化技術(shù)，多重冗余設(shè)計(jì)，具備安全可靠、維護(hù)方便、可擴(kuò)展性良好等優(yōu)點(diǎn)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理技術(shù)：Oracle進(jìn)行結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)管理、專(zhuān)用流媒體管理服務(wù)、memcach內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)、JStorm流數(shù)據(jù)處理。

展現(xiàn)層：采用SOA面向服務(wù)技術(shù)，基于WebServer 架構(gòu)，支持web、PC等多端訪問(wèn)；提供軟件api接口和標(biāo)準(zhǔn)硬件接口，可以快速與第三方系統(tǒng)互聯(lián)互通。

3.結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)當(dāng)前橋梁碰撞問(wèn)題的原因分析，按照實(shí)際需求構(gòu)建了一整套基于融合航標(biāo)、AIS與智能視頻分析技術(shù)的船舶偏航預(yù)警應(yīng)用系統(tǒng)，文中列出了系統(tǒng)的具體解決方案；通過(guò)設(shè)備及云技術(shù)結(jié)合分析的方式，從多角度監(jiān)控預(yù)警體系，實(shí)現(xiàn)針對(duì)目標(biāo)船舶實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)與有效的監(jiān)測(cè)提醒。該方案的提出與實(shí)施可以為船舶偏航導(dǎo)致的碰撞橋梁?jiǎn)栴}提供可行高效的解決途徑，融合航標(biāo)、AIS與視頻分析的電子圍欄系統(tǒng)的建立能檢測(cè)航運(yùn)船舶流量以及維護(hù)航標(biāo)設(shè)施提供依據(jù)和保障，具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。