船载智能巡检设备在航标巡检中的应用

摘要：通过在巡检船舶上搭载视频监控设备，获取巡检时的现场画面，利用船载差分DGPS定位、视频图像识别以及机器学习等技术手段，实现对于航标的巡检，检查航标的类别、航标的涂色、航标的结构等是否出现异常并及时发送预警信息，为辖区航标管理实现数字化提供科学、系统、实时、可视的高科技支持，更好地为船舶航行提供安全服务，保障海上通航安全。

关键词：巡检设备;智能分析;应用

航标是用来帮助引导船舶航行、定位和标示碍航物与表示警告的人工标志，通常设置于通航水域或其附近，用以指示通航水域的尺寸、方向、界限及各种水下或水上障碍，供船舶定位、导航或其他专用目的，因此，及时对航标的运行状况和维护状况进行定期检查，保证航标效能的正常发挥，是航标管理中掌握航标实际助航效能的重要举措，也是航标管理的最重要工作之一，对发展水上交通、开发海洋资源、开展渔业捕捞和国防建设等具有重要意义，而船载智能巡检设备在航标巡检的应用中能够为航标巡检提供有力技术支撑。

加强航标的巡检是保障航标正常运行的最有效的方法之一。但随着我国水运经济的发展，由于海洋活动范围增大，港口数量增多，过往船舶流量提高等因素，对应的航标数量也与之剧增，这对沿海航标的服务水平提出了更高的要求。为了有效地提高航标巡检质量和效率，减少航标员上标频次，降低登标安全风险，在原有传统的日巡、夜巡、现场巡检、遥测遥控的基础上，增加一种移动视频智能巡检方式，通过在航标船上搭载视频监控设备获取航标的视频信息，利用视频监控和人工智能的图像识别分析技术，结合特定的算法检测出航标类别、航标结构、涂色等是否出现异常，当出现异常时及时发送预警信息，并将相应的航标失常信息，并入相对应的航标业务系统（航标巡检系统、航标应急反应系统、航标动态发布系统）予以执行恢复。结合智能巡检方式能够有效地弥补传统巡检所带来的信息滞后，使巡检更加及时，进一步确保航标持续正常运行，更好地保障海上通航安全。

1 船载智能巡检设备目标

通过船载智能巡检设备与分析系统的建设，在巡检船舶上搭载视频智能监控设备，在船舶行驶过程中自动进行DGPS定位信息采集、视频信息采集等，将信息传输到分析系统，进行视频图像识别，即可自动进行航标技术状态识别。白天，通过与航标标准图像对比，识别出航标类别，同时对航标结构是否良好、涂色是否鲜亮进行判断;对上述判断的航标失常信息，提交相对应的航标业务系统运行，及时修复失常航标，提高航标可用性，确保航标效能持续稳定。减轻航标员的工作，进一步完善东海航海保障中心厦门航标处“五位一体”的巡检方式，促进航标巡检、维护、管理由信息化向智能化转变，实现智慧航标的有效支持。

2 船载智能巡检内容

2.1整体结构，如图1所示

2.2智能航标巡检硬件设备

智能航标巡检硬件设备主体由高分辨率宽动态摄像机单元、方位传感器、GPS定位单元、船载显示器、存储设备单元、设备固定装置等集成组成。

摄像机单元，为了支撑分析系统进行图像识别及分析，得到准确的识别结果，摄像机尤为重要。为保证摄像头单元采集视频图像的清晰度和完整度，摄像机要满足高分辨率、高颜色辨识度、低照度、宽动态、自动对焦等产品参数要求;同时摄像机要能够在不同的环境条件下进行正常作业。

方位传感器，方位传感器与摄像机结合使用，对摄像机拍摄状态进行调整。可以调整摄像机拍摄角度以及拍摄焦距大小等。

GPS定位单元，GPS定位单元与摄像机结合使用，使用北斗精准定位摄像机当前拍摄位置的经纬度信息。

船载显示屏，在高清船载显示屏上显示摄像机对航标的监控视频，并识别标注出视频图像中航标的位置，为巡检人员提供直观可靠的视频图像。

设备固定装置，固定设备装置除了保证巡检设备在船舶上的安装固定之外，还包括防抖动装置、防水雾装置和防腐蚀功能等，保证摄像头在摄像过程中最大程度减少镜头抖动、被浪花打湿、水雾干扰等隋况出现，为视频质量的达标以及设备安全稳定运行提供保障。

3 智能巡检视频图像识别算法

图像识别也就是图像的模式识别，是模式识别技术在图像领域中的具体应用，是对输入的图像信息建立图像识别模型，分析并提取图像的特征，根据图像的特征进行分类识别的一种技术。基于深度学习的图像特征提取和分析：通过对摄像机拍摄的图像序列进行自动分析，实现对场景中的目标进行提取、识别;基于学习的视频行为分析技术综合感知机器学习和汁算机视觉，利用对人类大脑学习和记忆过程研究的成果并将此过程应用到视觉数据的分析。

航标标体识别，通过视频图像识别核心算法的研究和机器学习技术，对航标进行标体识别，与航标的基础信息相对比，判断识别出航标类别，并标注航标在图像中的位置，见图2、图3。

航标结构分析，通过视频图像识别核心算法的研究和機器学习技术，对航标结构进行分析，与预设航标的标准图像信息相对比，判断航标顶标、浮身和浮体结构是否损坏或者缺失。

航标涂色分析，通过视频图像识别核心算法的研究和机器学习技术，识别出航标类别后，通过与对应航标涂色异常临界值相比，检测出航标涂色是否鲜亮。

智能巡检展示系统

4.1 船载视频识别系统

船载视频识别系统将摄像机采集视频图像在船载显示屏上实时显示拍摄画面，同时结合视频图像识别算法在显示屏中直观标注出航标在图像中位置，便于巡检人员在第一时间查看拍摄效果，发现拍摄质量不佳时快速对摄像机做调整，保证视频图像拍摄质量。

船载视频识别系统识别视频图像中航标的类别，航标结构损坏的情况，浮身和浮体涂色褪色状态，将识别结果输出，见图4、图5。

4.2智能巡检分析系统

经船载视频识别系统输出航标状态判断结果后，对巡检的结果做分析并形成航标状态的巡检报告，将船载智能巡检设备与分析系统输出的智能巡检报告通过系统提交给值班室由值班室对巡检结果报告异常项进行处理，并记录下处理结果。以处理结果为准，对巡检结果报告进行再分析，评估船载智能巡检设备输出的巡检报告准确率，待系统正常稳定运行后，将巡检结果直接对接于航标业务系统运行，实现巡检结果失常信息智能处置。

4.3智能巡检可视化系统

通过智能设备记录整个智能巡检过程，包括巡检路线，巡检航标记录，巡检船舶与作业人员等信息，形成智能巡检日志。对巡检日志做地图可视化，在地图上直观展示出智能巡检路线及沿巡检路线上摄像范围内能够辐射到的航标，直接查看航标的巡检状态与历史巡检日志等信息。

结合已经建设好的航标信息化管理系统，获取航标遥测实时信息、航标管理信息等基础信息，同时根据智能巡检方式更新航标履历信息以及出航日志等信息。除与原建设的系统对接外，也对接智能巡检设备视频流以及图像识别算法结果等数据。

在巡检船舶上安装固定智能巡检硬件设备，并进行设备的调试，保证设备的稳定运行。完成智能巡检设备与分析系统的现场调试运行后，进行船载智能巡检设备与分析系统在航标巡检中的运用，不管白天或者晚上，均可拍摄对比分析从而判断航标的正常与否，来提高航标巡检的高效性和实用性。

5 结语

通过摄像头获取航标的视频信息进行实时分析，利用图像识别分析技术，实时地检测出航标灯器的发光节奏、发光周期和光色是否出现异常，有效弥补传统巡检所带来的信息滞后，进一步确保航标持续正常运行。

作者简介：

王荣华，研究方向：航标管理，（E-mai[）739298682@qq.com，1 82508391 06