干支流交汇水域建设电子警察系统的思考

彭 绪, 田 池

(1.江苏省镇江第一中学，江苏 镇江212016；2.中船重工鹏力(南京)大气海洋信息系统有限公司，江苏 南京211106)

0 引言

内河航运作为我国综合立体交通运输体系的重要组成部分，具有运量大、成本低、占地少、能耗小等诸多优势，是内外贸易和大宗物资运输的最佳途径。随着内河航运的蓬勃发展，内河营运船舶数量大幅增长，通航密度越来越大，水上交通管理难度也在不断提升。干支流交汇水域相当于城市主干道的“十字路口”，是内河通航环境最复杂、船舶流量最大、险情事故发生率最高的水域，也是水上交通管理的重点难点。因此，提升干支流交汇水域的交通管理水平是当前我国水上交通管理的迫切需要。

电子警察系统作为智能交通管理的一项比较成熟的科技应用，在陆路交通管理领域扮演着至关重要的作用，已成为维护陆路交通秩序的重要科技支撑。在城市道路交叉口设置电子警察，能够将交通管理空间、时间肓点消除，交通管理监控范围、时段得到扩大，一线交通警察工作压力减轻，工作环境得到了改善[1]。虽然交通管理部门为了满足水上交通安全管理的需求，相继建设了船舶交通管理系统(VTS)、船舶自动设别系统(AIS)等信息化系统，但VTS和AIS在实际应用中存在信号盲区、缺少现场把控能力等缺点。随着国家对现代化治理水平和治理能力的要求越来越高，水上交通管理对高清图像监控的需求越来越迫切。如何借鉴运用当前陆上交通管理比较成熟的电子警察系统，提升干支交汇水域水上交通管理水平的工作势在必行。

1 建设电子警察系统的意义

在江河干支流交汇水域建设电子警察系统具有十分重要的意义。其主要表现如下：

(1)电子警察系统可以充分发挥信息技术在水上安全监管中的支持保障作用，采取“能抓拍、编码存储、快速索引”等方式管理船舶，并关联船舶相关数据，使船舶基本信息直观反映在抓拍图片上，增强了水上交通管理的精准性和有效性。

(2)电子警察系统可以实现24 h全天候监控，实现干支流交汇水域监管服务的可视化、智能化，从而有效降低交通管理部门现场驻守时间，大大缓解交通管理人力不足的问题。

(3)电子警察系统可以借助大数据实现船舶态势分析、船舶流量统计等功能，最大限度地把各类数据和资源集中起来统筹使用，提升了安全监管效率。

(4)电子警察系统不仅可以有效消除水上交通管理在时间和空间上的盲点，而且可以有效扩大交通管理的监控时间和监控范围，提升船舶驾驶人员的法治意识，进一步规范船舶驾驶人员的行为。

2 电子警察系统功能及发展趋势

2.1 电子警察系统功能

电子警察系统在陆路交通管理中应用已经比较成熟，而且功能越来越强大，视频监控、违章抓拍是电子警察系统的主要手段。水上交通管理与陆上交通管理虽然有很多不同，但也有共同点。一直以来，水上船舶信息化管理主要是基于雷达及AIS等传感器作为获取数据的来源。近年来，由于水上高清视频监控发展的越来越快，水上电子警察系统的研发也逐渐开启。2018年，长江与京杭运河交汇水域率先启动了“水上电子警察系统”的研发使用。该水域的“水上电子警察系统”结合现有VTS系统、CCTV系统及相关船舶资料数据库，融合近年来图像识别技术取得的进展，主要实现了船舶远程视频监控指挥和船舶流量分时统计两大功能。

2.2 发展趋势

虽然该水域的探索对水上交通管理信息化来说是一项很大的突破，但目前来看还有很大的功能扩展空间。下一步，通过陆上电子警察系统功能的覆盖和移植，可以实现以下七项功能。

(1)远程视频监控指挥。通过布设航道摄像机，实现干支交汇水域视频监控全覆盖。交通管理部门通过视频监控了解整个水域船舶交通状况，结合现有通讯设备组织船舶交通秩序并及时叫停危险航行行为，达到减少事故险情的目的。

(2)船舶流量分时统计。电子警察系统通过雷达回波计数的方式24 h不间断的统计干支交汇水域船舶数量，生成24 h船舶流量变化曲线图。通过对一段时间的总结比较，可以较为明确知晓船舶流量的变化态势和高峰时段，从而在执法力量有限的情况下，科学合理地分配值班时间，将力量更多地向船舶流量高峰时间段倾斜。

(3)航行违章智能监测。通过对船舶AIS轨迹的连续跟踪比对，针对未采用安全航速航行、未按照规定的航路航行等内河船舶重点违章行为自动识别和记录。

(4)违章行为自动通知。经水上交通管理部门执法人员确认违章的船舶，系统可根据船舶的基本信息，通过大数据库匹配船舶查找联系人，向联系人发送违章通知短信，告知其违章航行行为。

(5)重点船舶自动跟踪。系统通过视频监控、雷达信号、AIS等手段，自动检测即将进入干支交汇水域的重点船舶，以特殊的符号进行标识，提醒水上交通管理部门重点关注。

(6)航行风险自动警告。系统根据船舶的航行速度、状态、航向，以及周围船舶航行状态，对船舶航行态势进行智能分析，提前预判是否存在船舶碰撞风险，并根据风险大小向执法人员发出不同等级的警告信号。

(7)交通管控辅助提醒。接入AIS、CCTV、VTS、气象观测等系统中的船舶流量、能见度、风力等影响通航的数据，通过系统设置标准。当这些数据超过设定的标准后，系统会自动提醒水上交通管理部门采用何种交通管制措施。例如：当风力大于7级、能见度小于1 000 m时，系统发出警示，水上交通管理部门根据提示实施对应的一级管控预案，要求船舶就近选择安全水域抛锚扎雾、以策安全。

随着5G时代的到来，视频分析技术以及高清摄像头的应用将进一步得到提升，电子警察系统功能也将升级扩展，未来电子警察系统视频超清化、功能多样化、信息共享化趋势将更加明显。加强水上电子警察系统研发，扩展水上电子警察系统功能，深化水上电子警察系统应用，对提升水上交通管理现代化水平，提升治理能力和治理体系现代化水平必将产生深远影响。

3 问题及对策

水上交通管理与陆上交通管理存在很大差别，比如船舶没有固定位置的牌照，船舶不像车辆那样在路口固定位置停下来等待拍照，船舶违法行为比汽车违法行为更难抓拍证据等，这些差别决定了水上电子警察系统需要更加先进的技术。因此，如何把在航道中行驶的船舶自动抓拍下来是解决问题的关键。

(1)加强顶层设计，规范船舶牌照设置。陆上电子警察系统只需抓拍车牌即可识别汽车，确定违法车辆。船舶牌照设置的不合理等因素使水上电子警察系统识别船舶比较困难，因此，要加强顶层设计，从水上交通运输管理系统制度制定出发，规范船舶牌照设置的位置、大小等，降低船舶自动抓拍的难度，为水上电子警察系统应用提供良好的基础。

(2)加强技术研发，提高自动抓拍技术。目前在船舶自动抓拍方面的研究主要有王莹等[2]提出的利用背景建模结合连通域分析的方法进行船舶目标检测；王培玉等[3]提出了一种复杂码头环境下的船舶检测与跟踪；蔡丹等[4]在混合高斯模型的基础上进一步对背景更新改进来检测船舶目标。以上的船舶检测方法是建立在背景差分割目标的基础上，但这类算法有一个重要的缺陷，受光照变化、水波变化影响较大，容易出现对小目标漏检或者误检的情况。下一步，要加大技术投入，结合当前5G商用趋势，利用高清技术，有效提高水上电子警察的图片清晰度，提升船舶抓拍的效果和准确率。

(3)加强综合应用，提高系统检索水平。船舶抓拍到大量的视频数据，如果缺乏智能分析手段，缺少视频检索能力，会出现识别准确率降低、违法行为识别难等问题，因此，建立视频索引数据库并将其应用到水上电子警察系统中是非常重要的。利用多功能的视频搜索库，水上交通管理部门可以通过船舶的船型、船号、位置、时间等关键词进行搜索相关的图片以及视频，从而极大降低水上交通管理部门的工作量。

4 结语

随着信息技术的不断发展，交通强国战略的实施，政府治理体系和治理能力的现代化要求管理部门转变思想观念，提高信息化管理水平，从传统的被动记录、事后查证向事前预警、自动跟踪、智能分析转变。以陆路交通电子警察系统为基础，加强水上电子警察系统研究应用具有可行性，而且十分必要，必将对改善干支交汇水域交通安全秩序产生积极影响，从而提升水上交通整体本质安全水平。