利用CCTV 远程监控中华白海豚活动技术

李书瑭，李律基

（1.中交广州航道局有限公司，广东 广州 510290；2.振华工程有限公司，香港 999077）

0 引言

随着社会的发展，“海洋生态环境保护”的观念愈发深入人心，香港国际机场第三跑道填海工程（简称香港三跑工程）是大型填海工程，且位于白海豚栖息区域，施工区占用水域约800 hm2，高峰期施工区船舶数量达200 条，此类大型海事工程不可避免地对水体环境、海豚栖息环境造成影响，因此社会关注度较高。白海豚保护是海洋生态环境保护重中之重，传统的做法是在各个施工点安排海豚观察员瞭望水面，发现海豚后予以监视，必要时需停工。但该方案实施效果并不理想，存在人员责任心不强、监管难度大、成本高、安全风险大等诸多弊端，且人员需求量较大，高峰期共8 组人（2 人/组）进行观测。项目部一直在寻找一种相对经济的方式，通过对比试验，最终确定了船端安装CCTV 结合人工远程监控的实施方案，实施效果较好。文中对该方案的实施过程予以描述，具有一定借鉴意义。

1 项目简介

香港三跑工程地处香港离岛区大屿山赤鱲角现有机场岛以北，总投资约2000 亿港币，业主为香港机场管理局，设计方为英国Atkins，项目环保顾问为英国Mott Macdonald，项目独立环保顾问为美国AECOM。

香港三跑工程填海分为6 个合约，文中工程的合约编号3206 是其中合同额最大的项目。主要施工内容包括填海造地、海堤施工、地基处理（水泥深层搅拌桩、排水板、液压高速夯实）等，填海面积约650 hm2，回填工程量约9200 万m3，是综合性大型填海项目。环保方面具有社会关注度高、环保要求和标准高、施工和环保措施透明度高的“三高”特点[1]。

2 白海豚观察的环保要求

在当今社会对环保要求越来越高的大环境下，海事工程对水体环境的影响越来越敏感。本项目处于白海豚栖息地，目前全球中华白海豚数量仅约2500 条[2]，为防止其进一步减少，环评文件（EIA）对香港三跑工程实施过程中，白海豚保护提出了具体规定：

1） 承包商须委任第三方专业人士和经过培训的人士担任海豚观察员，每个施工点需至少配备一组（2 人），轮班工作，观测半径约250 m，若该水域海豚数量低于某临界值时，250 m 的要求范围将提升至500 m。观测人员需配备望远镜、夜视仪等装置，并按要求做详细观测记录。

2） 设立海豚管制区，由委任的观察员连续观察海面情况，一旦发现海豚闯入施工现场，一切水上作业均立即停止，直至海豚游离施工现场。

3） 采取全方位的白海豚保护措施[3]。比如：定期检查环保帷幕，以免缠绕海豚；机械设备采取减震措施，降低声呐伤害；控制船舶航速，避免撞伤海豚等[4]。

3 传统白海豚观察方式

历年来，在香港周边水域实施海事工程，必须同步进行白海豚观察。对于香港三跑工程这种大型填海项目，白海豚观察历时长，覆盖水域广，从项目开工到后期海堤护面块体安装，几乎贯穿整个建设周期。

由独立第三方专业公司共委派十余名专业人员实施该项工作，覆盖5～6 个施工点（施工船），每个点安排至少1 组人员（2 人）进行轮流观测。所有人员均配备了望远镜、夜视仪等专业设备，单人单次观察时长约30 min，单人累计单次工作时间不得超过12 h，每30 min 记录1 次观测状况。

该种工作方式存在诸多弊端：

1） 人工在船上观测，存在观测盲区。以海堤施工为例，香港三跑工程的海堤施工船舶为横鸡趸，人员通常要在驾驶舱二层平台进行观察，船头部分水域因A 字架的遮挡，形成盲区，如图1所示。

图1 主辅镜头平面布置示意图Fig.1 The main and auxiliary cameras installation layout plan

2） 观察点（船）更换频繁，一定程度上影响施工效率。以海堤施工为例，每载次横鸡趸卸料时间约5～6 h，海豚观察人员需频繁更换施工点（施工船），因海豚观察员未及时赶到施工船导致无法开工的状况也时有发生，在一定程度上影响了施工效率。

3） 频繁夜间上落船，存在安全隐患。根据施工安排，人员每天需数次上落施工船舶，在夜间或海况较差的情况下上落船存在较大安全隐患。

4） 需配置较多组的人员满足多个施工点同时开工，人工成本较高。香港人工成本较高，并且海豚观察员属于专业人士，对学历及专业均有相关要求，因此人工成本非常高。

5） 人员吃饭、休息极不便利，工作时间不固定，需配备专用交通船。海豚观察员需在施工船上工作，且工作时间不固定，饮食及休息均无法得到保证。由于工作时间不固定，需配备专用交通船负责人员交通，进一步增加了成本。

6） 不利于业主及环保署的监管。由于各工作点分布散，距离远，因此监管难度大。部分海豚观察员责任心不强，观测工作未按要求严格执行，导致实施效果不够理想。

4 替代观察方案的比选

基于以上的弊端，采用新技术替代现场人工肉眼的观测方式，初步设想为利用CCTV 巡察海面，采用人工智能自动识别白海豚，智能跟踪，同步报警；另一种方案是采用人工在监控室肉眼监控。两种方案均可有效地减少人员投入，大幅降低成本。

替代观察方案优劣对比见表1。

表1 替代观察方案优劣比较Table 1 Comparison of advantages and disadvantages of alternative observation schemes

通过对人工智能技术的深入了解，发现市场无类似项目的应用案例，需重新开发，耗时较长（约3～4 个月），且识别率无法达到100%[5]。该项技术在白海豚自动识别领域应用不够成熟，更难以说服业主、环保署同意该方案实施。

最终选择第二种方案，将CCTV 摄像头安装在船端，安排海豚观察员在监控室监控画面。具体实施方案如下：

在海堤施工船舶横鸡趸艏艉各安装1 部摄像头，船尾驾驶舱位置安装主摄像头，用于巡航大部分水域，船首安装辅助镜头用于观测小范围的盲区（见图2）。供电由船上发电机提供，视频数据通过4G 网络回传。海豚观察员在独立监控室进行远程监控。

图2 主辅镜头实际安装位置Fig.2 Actual main and auxiliary cameras installation locations

5 模拟验证试验

5.1 试验镜头的选择

镜头分为主镜头及辅镜头，主镜头应有20×以上的变焦功能、较好的夜视功能，同时具备雨刷、360°旋转等基本功能[6]。辅镜头采用一般的变焦镜头，负责小范围盲区的观测。

通过市场调查，最终选购了3 组镜头进行测试，型号分别是：

1） 主镜头

①Hikvision：DS-2DF9C435IH-DLW

②Hikvision：DS-2DY9437I5X（D）

2） 辅镜头：

Hikvision：DS-2DE4225IW-DE

5.2 验证试验

为了验证实施效果，采用假海豚进行模拟测试，验证了不同镜头在白天、夜间，距离250 m及500 m 的观测效果。通过实际效果，选出了最佳主镜头①，该试验结果也获得业主、独立环保团队的认可。

6 实施中遇到的问题及解决方案

业主对于雨天观测效果，镜头巡航时间、方式，距离测量等问题提出质疑，解决方案见表2。

表2 相关问题的解决方案Table 2 Solutions to related problems

图3 方位、距离判断示意图Fig.3 Schematic diagram of orientation and distance recognition

7 应用效果对比

截至2021年3月，该方案已在香港三跑工程正式运行1 a 多，运转效果良好，获得了多方的认可。相比之前的人工现场观测，优势如下：

1） 观测覆盖面更广，无盲区，且夜间观测效果更为清晰；

2） 由于在办公室观测，不会因为海豚观察员未就位而影响开工；

3） 人员工作环境得到较大改善，方便就餐、休息；

4） 人员不用出海、上落船，消除了安全隐患[8]；

5） 利于业主、环保署随时抽检，实际实施效果远好于传统的观测方案；

6） 原本需要3 组6 个人的工作内容，现方案只需2 人便可完成。实际核算成本相当于之前的1/5，为项目部创造了非常可观的经济效益。

8 结语

新技术的发展能为各行业提供新的解决方案，利用CCTV 观测海豚只是远程监控方面的一个应用，工程人员在项目安全、进度、质量监管方面应用新的边缘技术进行实践，可提高管理质效。随着5G、AI 技术的发展，或许未来的海豚观测可自动识别，图像更为清晰，识别更为准确、并与其他系统形成联动，全面替代人工观测，实现智能识别、动态跟踪、健康状况提醒等多方面的应用。