代左信,楊顯義,田定軍,劉存暉,楊宏偉,宋磊

(1.招商局金陵船舶(威海)有限公司,山東 威海 264200;2.山東交通學院 船舶與港口工程學院,山東 威海 264200)

高效、簡便、經(jīng)濟的優(yōu)勢使得客滾船在最近幾年迅速發(fā)展。因為“客”的存在,客滾船的安全運營尤為重要。其中的水滲漏、人為破壞是重要的潛在威脅之一。在經(jīng)濟運營上,為了節(jié)約人工成本,船舶運營中雇傭船員越來越少,這對船舶操作有了更高的要求。各類法規(guī)和船級社也已對該類型風險做了設計要求。提早預警,持續(xù)監(jiān)控和擴展視野降低碰撞幾率正是解決上述問題的重要手段之一。通過視頻監(jiān)控對船舶關(guān)鍵部位持續(xù)監(jiān)控,和對操作視野的延伸滿足客滾船的安全、經(jīng)濟運營。考慮以3 100 m車道、927客、73船員的高端客滾船為分析對象,闡述視頻監(jiān)控系統(tǒng)設計要點。

1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)簡介

視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由控制站、攝像機、監(jiān)視器、控制鍵盤,以及傳輸電纜等組成,通過攝像、傳輸、顯示和儲存完成監(jiān)控流程。作為前端的視頻圖像信號采集的攝像機可分為網(wǎng)絡攝像機和模擬攝像機,因網(wǎng)絡攝像機清晰度和傳輸線纜的原因,一般選用網(wǎng)絡攝像機并采用PoE供電。通過攝像機的信號采集傳輸?shù)娇刂普?由控制站將視頻信號分配到監(jiān)視或者儲存設備。同時,操作人員可以通過控制站對云臺攝像機進行上下左右操作和對鏡頭進行調(diào)焦變距操作。

該系統(tǒng)主要有數(shù)字化、網(wǎng)絡化和系統(tǒng)集成化的工作特點,可以實現(xiàn)不同區(qū)域和多個系統(tǒng)的連接,打破界限,整合整個網(wǎng)絡和設備,完成集監(jiān)控、報警等多種功能。

2 規(guī)范對視頻監(jiān)控系統(tǒng)的要求

視頻監(jiān)控系統(tǒng)和其他系統(tǒng)一樣,在設計時必須遵循相應的規(guī)范、規(guī)則以及相關(guān)的設備安裝要求和推薦。高端客滾船的設計,主要參照ISPS、SOLAS法規(guī)要求以及參考DNVGL船級社規(guī)范[1-2]。

2.1 ISPS對限制區(qū)域和甲板的監(jiān)控設計要求

ISPS即《國際船舶和港口設施保安規(guī)則》中A部分規(guī)定的強制性要求中對處于保安等級1時的監(jiān)控防范措施為:監(jiān)控限制區(qū)域,確保只有經(jīng)過授權(quán)的人才能進入和監(jiān)控甲板區(qū)域和船舶周圍區(qū)域。

2.2 SOLAS法規(guī)對視頻監(jiān)控的設計要求

關(guān)于水滲透的設計要求,SOLAS規(guī)范中第17-1條客滾船船體和上層建筑的完整性、破損的預防和控制中第3節(jié)提出應設置電視監(jiān)視和水滲漏探測系統(tǒng),將可能通過內(nèi)、外首門、尾門或任何其他舷門導致特種處所或滾裝處所進水的任何滲漏情況提供給駕駛室及發(fā)動機控制站。同時要求將以上任何滲漏情況提供給駕駛室及發(fā)動機控制站。第23條對客滾船的特殊要求中要求采取電視監(jiān)控之類的有效措施在航行途中不斷地巡視或監(jiān)控特種處所與滾裝處所,以便探知在惡劣天氣條件下任何車輛的移動和未經(jīng)允許而進入這些處所的乘客。

2.3 DNVGL船級社NAUT-AW入級符號對視頻監(jiān)控設計的要求

當前高端客滾船的橋樓一般為封閉式設計。封閉式橋樓設計對船舶舷側(cè)和尾部的視野范圍不佳,為滿足一人橋樓NAUT-AW入級符號的要求,駕駛室內(nèi)用于導航和操縱的工作站應滿足在相距不超過15 m的2點內(nèi)取得水平視野不低于360°的要求。為此,舷側(cè)和尾部的監(jiān)控需要進行視野延伸。

3 目標船的視頻監(jiān)控系統(tǒng)設計

3.1 目標船的基本信息

目標船配置有艉門、艏門和引水員門。具有3層滾裝貨艙甲板和1層汽車甲板,一、三、五層甲板為封閉區(qū)域,五甲板尾部是露天區(qū)域,七甲板由汽車甲板和公共處所組成,公共處所含舷梯通道、海上疏散救生系統(tǒng)和登乘區(qū)。十甲板包括直升機停機區(qū)域的乘客和船員開敞甲板,每層貨艙甲板有乘客電梯?？?。駕駛室為封閉式駕駛室,需要滿足DNVGL船級社一人橋樓的設計要求。

3.2 目標船的監(jiān)控和視野需求

根據(jù)上述ISPS對限制區(qū)域和甲板的設計要求,目標船的七甲板舷梯通道、登乘區(qū)和海上疏散救生區(qū)域定義為限制區(qū)域,航行時需要持續(xù)監(jiān)控,提早預警,以防未授權(quán)人士進入該區(qū)域。考慮該區(qū)域范圍大,視距長以及登乘時監(jiān)控需要,七甲板每舷配置3個攝像機,共計6個,該攝像機為紅外帶加熱、雨刷和自動沖洗功能的不銹鋼室外攝像機。對于船舶周圍同等視為限制區(qū)域,以防未授權(quán)人士或未知危險從周圍海域或者空中抵達船舶,因此在十甲板首部區(qū)域左右舷位置和前后布置攝像機,用于監(jiān)控左右舷和乘客公共區(qū)域,同時在十甲板首部、九甲板中心尾部、八甲板尾部左右舷和七甲板左右舷布置攝像機,根據(jù)區(qū)域大小和攝像機性能選擇合適數(shù)量的攝像機。該攝像機應為室外云臺紅外攝像機,可通過控制器人工進行360°無死角跟蹤監(jiān)控。

目標船四甲板首部配置艏門一套,尾部配置艉門一套。船中位置左右舷各配置舷門一套。根據(jù)SOLAS法規(guī)對水滲透的視頻監(jiān)控的設計要求,對這些設備和位置應該進行持續(xù)監(jiān)控?？紤]到汽車滾裝船貨艙區(qū)載貨的特殊性,該處所攝像機應選擇無火花型,防護等級大于IP56,表面工作溫度不超過55 ℃。因此,艏門和左右舷門各配置一個適用于該處所的固定式攝像機。目標船型寬約28 m,受制于產(chǎn)品的廣域度和安裝處所限制,可以考慮配置2個或以上的攝像機。目標船的一、三、五甲板有乘客可抵達的通道,在相應的出入口布置攝像機。

對于封閉式駕駛室的視野處理,采用布置攝像機來完成視野的延伸。目標船帶有DNVGL船級社的NAUT-AW一人橋樓船級符號,需要考慮滿足一人操船的實際需求,因此操作員對視野的需求非常高且能根據(jù)需求調(diào)整視野畫面。而封閉式橋樓的特點就是環(huán)境封閉,視野受限,尤其是兩翼和船舶尾部視野影響較大。為解決這一問題,結(jié)合目標船的設計特點,在駕駛室兩翼各配置云臺攝像機1臺用于擴展船舶兩翼的視野。在九甲板尾部中間配置云臺攝像機1臺,用于尾部視野的傳遞。駕駛室前部布置云臺攝像機1臺,用于擴展首部視野。另外,船舶操控除了正常的推進和倒車外,還有側(cè)移需求,因此對于一人操作來講,操縱模式不同,其工作位是不同的。這就需要提供多個視頻監(jiān)視器,便于工作。目標船在駕駛室正前方和左右翼操作臺處各配置監(jiān)視器1臺,船舶前后和左右的視野均可以同時以九宮格形式顯示在監(jiān)視器上,以供操作參考。為了取得最佳的監(jiān)控效果,對滿足不同規(guī)范要求的攝像機布置位置往往會出現(xiàn)一個位置2個攝像機的情況,從規(guī)范設計和經(jīng)濟的角度來講,是沒有必要的。因此,用于ISPS的攝像機可以兼做一人橋樓的視野擴展。

用于商業(yè)運營的船舶,監(jiān)控設計除了滿足基本的法規(guī)要求外,還需要考慮日常運營的視頻監(jiān)控,需要考慮不同的工作處所有不同的監(jiān)控需求。結(jié)合目標船的網(wǎng)絡攝像機的規(guī)范布置要求、船舶特點和網(wǎng)絡設計要求,集控室和駕駛室配置1套用于全船監(jiān)控的工作站,能夠通過操作手柄或者鍵盤控制云臺攝像機。在貨控室和接待站各配置1套工作站,分別用于查看貨艙情況和上建公共區(qū)如免稅店、走廊等[3-4]。

3.3 目標船的監(jiān)控系統(tǒng)設計

為滿足規(guī)范要求和使用需求,目標船分別在駕駛室、集控室、貨控室、接待站和免稅店安裝1組工作站。主要配置有駕駛室工作站,由1臺電腦、3臺19 in顯示器和1個鍵盤組成。其中1臺顯示器安裝于駕駛室前端中間頂部天花板上,另外2臺顯示器安裝在兩翼臺的頂部天花板上。電腦配置1個VGA接口,加裝顯卡1套,擴充1個VGA接口和1個DP轉(zhuǎn)VGA接口,3個接口分別連接1臺顯示器。鍵盤可以通過網(wǎng)頁的方式切換到任意一臺顯示器并可以操控該顯示器畫面。該工作站可以查看全船的攝像機畫面。集控室工作站由1臺電腦,3臺19 in顯示器和1個鍵盤組成。電腦配置1個VGA接口,加裝1套顯卡,擴充1個VGA接口和1個DP轉(zhuǎn)VGA接口,3個接口分別連接1臺顯示器。鍵盤可以通過網(wǎng)頁的方式切換到任意1臺顯示器并可以操控該顯示器畫面。該工作站可以查看全船的攝像機畫面。貨控室、接待站和免稅店只需要視頻監(jiān)控和查看功能,因此按照需求配置工作站,該工作站由1臺電腦、1臺19 in監(jiān)視器和1個鍵盤組成,通過客戶端方式監(jiān)控和操控攝像機,分別用于貨艙區(qū)監(jiān)控畫面、旅客區(qū)畫面和免稅店畫面的監(jiān)控和切換。

工作站和各個攝像機經(jīng)過網(wǎng)絡電纜連接網(wǎng)絡交換機進行信息采集和信號傳輸,各個網(wǎng)絡交換機通過兩組網(wǎng)絡線纜連接,設計上實現(xiàn)冗余。同時網(wǎng)絡交換機的布置需要考慮TIA標準,使網(wǎng)絡電纜長度避免產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)交換器的使用。目標船含十層甲板,層高30余m,船長200多m,橫縱跨度大。因此分別在九甲板、八甲板前、中、后3個主豎區(qū)各配置網(wǎng)絡交換機1臺,在七甲板前后主豎區(qū)配置網(wǎng)絡交換機各1臺,四甲板和二甲板配置交換機1臺。總體布置見圖1,長方框表示網(wǎng)絡交換機。

圖1 網(wǎng)絡交換機分布示意

完成目標船工作站配置和安裝位置及功能設定、網(wǎng)絡交換機布局和攝像機布置設計之后進行圖紙布置和繪制網(wǎng)絡連接圖,攝像機與交換機的連接采用就近原則,減少網(wǎng)絡線纜的長度保證視頻信號傳輸?shù)倪B續(xù)和穩(wěn)定。目標船的視頻監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡連接見圖2。

圖2 監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡連接示意

綜合上述設計,視頻監(jiān)控系統(tǒng)在高端客滾船上的應用主要體現(xiàn)在持續(xù)監(jiān)控,提供預警并滿足客戶實際需求。設計首先需要符合和滿足船舶法規(guī)的基本要求;其次,根據(jù)不同船舶型號的個性化需求,設計滿足客戶需要的商業(yè)監(jiān)控設計需要和功能擴展;再者,還應充分考慮設備的安裝環(huán)境,選擇合適產(chǎn)品。在滿足控制、監(jiān)控和設備選型之后,系統(tǒng)設計才能滿足相關(guān)要求。

目標船通過實船檢驗,艏門、尾門和舷門、限制區(qū)域、一人橋樓視野擴展完全符合規(guī)范要求。對商業(yè)監(jiān)控方面的設計也滿足客戶需求。

4 結(jié)論

目標船利用攝像機采集畫面信息、交換機進行數(shù)據(jù)交換和工作站終端顯示完成了全船重要區(qū)域監(jiān)控,其視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設計形式已經(jīng)在高端客滾船上被廣泛采用。目標船入級DNVGL船級社并帶有NAUT-AW船級符號,攝像機的布置不僅考慮監(jiān)控浸水情況、防海盜監(jiān)視還考慮了視野延伸,布置位置上可以與ISPS攝像機共用以節(jié)約成本。視頻監(jiān)控系統(tǒng)極大地減少了船員巡邏次數(shù)、勞動強度和問題發(fā)現(xiàn)不及時的隱患。

隨著監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展和船舶系統(tǒng)的多功能化和可擴展性,船用視頻監(jiān)控系統(tǒng)還可以進行系統(tǒng)拓展,為未來智能化船舶提供技術(shù)支持,如視頻網(wǎng)路系統(tǒng)安全區(qū)域監(jiān)控警戒、人臉識別、導視等。利用網(wǎng)絡和5G技術(shù),視頻信號可以通過VSAT等網(wǎng)絡系統(tǒng)傳輸?shù)礁鞔蟾劭诤痛居糜诎痘O(jiān)控,提高船舶運行的安全性以及遠程可視化操船。