基于IBMS的枢纽船闸安防管理系统研究

覃露

（长江三峡通航管理局，湖北 宜昌 443500）

1 船闸安防管理概述

枢纽船闸是我国长江、西江、京杭运河等各大水运干线的重要通航建筑物，在内河航运经济发展中发挥极为重要的作用。目前，大多数船闸都和重要水利枢纽配套建设，并与水利枢纽安防一起统一管理。在当前新形势下，水利枢纽、船闸等关键设施的主体安全和生产安全管理责任越来越重，而目前多数船闸安防管理发展比较落后，主要依靠出入口设岗、定时定点巡检、事后追查等方式进行管理，以人为主、覆盖面窄、时效性差，对船闸安防区域人员入侵、攀爬、聚集、车辆失控、消防火灾等动态事件无法及时准确发现、预警和处置，亟需一种更加系统、覆盖面全、可靠、智能化、识别度高的安防管理系统。而IBMS 即智能化集成系统（intelligent building management system），具备物联互通、智能管控、功能定制、深度学习等多项新功能，能够满足船闸安防管理的个性化需求，在船闸安防管理方面具备广阔的发展前景，已成为类似需求的重要解决方案之一。其将物联网应用延伸至船闸区域各场景，对人、车、物数据进行线上融合与计算，有利于提升闸区安全、提升管理效率，降低成本，实现闸区“数据全融合、状态全可视、业务全可管、事件全可控”，促进闸区管理的数字化转型。

2 系统核心算法

本文设计的船闸安防管理系统，主要运用了视频智能分析技术，其核心是图像智能分析相关算法。通常，图像智能分析核心算法的基本流程是收集图像数据，标注特征，深度学习，训练模型，最后实现应用，流程如图1所示：

图1 算法实现流程

其中模型训练是一个深度学习的过程，需要反复循环的学习训练，一般模型的训练过程如图2所示：

图2 模型训练过程

在船闸安防管理系统中涉及的主要图像智能分析算法有如下几种：

（1）目标识别算法，即在给定的图片或视频帧中找出所有目标的位置，给出每个目标的类别，通过特征的提取，形成初步的特征向量，并与目标库中的特征进行对比。其一般算法流程如图3所示：

图3 目标识别算法实现流程

（2）目标跟踪算法，即给定一个视频图像序列，找到图像序列中指定类型的目标，将不同帧中的目标一一对应，赋予每个目标唯一的跟踪ID 并给出不同目标的运动轨迹。对于输入视频图像序列，输出目标的跟踪结果，包括目标包围框和对应的ID 编号。目标跟踪算法的现实流程如图4所示：

图4 目标跟踪算法实现流程

（3）行为分析算法，即对人的行为进行分析，并与目标库对比，输出分析结果，对相应行为进行报警。而行为分析根据分析对象的细节程度不同，又可分为打架、聚集等群体行为，区域入侵、离岗等个体行为和抽烟、玩手机等肢体行为。行为分析功能虽然繁多，但在视频分析技术的实现上主要有两大类：基于轨迹定位和速度分析的个体轨迹行为分析方法、基于个体手部分析和肢体关节点检测的肢体部件行为分析方法。其具体实现流程与前两个算法基本一致。

3 船闸安防管理系统功能及架构

基于IBMS 的船闸安防管理系统集成了视频安防监控系统、入侵报警系统、出入口控制系统、公共广播系统等子系统，形成一个综合性的安防管理平台。该平台无缝实现各子系统之间的信息共享，任一点的故障或异常报告可形成视点联动，并且可预先进行预案排演应对突发情况。平台的信息具备“大数据”特征，可通过各个子系统进行信息采集、统计和分析，为安全分析和管理决策提供数据支撑。

平台根据管理需求，分为区域场所控制管理和人员动态管理两大功能模块，结合人员身份识别、安防门禁、区域人员追踪及统计、风险行为识别等各子系统功能，形成综合性的系统安防管理能力。功能模块图如下所示：

图5 船闸安防管理平台功能设计

3.1 视频安防监控系统

视频监控系统采用全数字分级分区系统结构，划分为集控中心、现地机房两层级。由设置在集控中心的大屏显示系统、各类功能服务器、视频监控设备、设置在各区域的各类摄像机、网络设备、控制记录与显示装置、电源等配套设备组成。视频监控系统分为控制级和现地级，主要由控制级设备、现地级设备、前端设备和网络设备组成。

视频监控系统实现如下功能：监视船闸监视区及主要出入口等部位的视频信息，并可运用客流统计摄像机实现划定区域出入口人员的判别统计，实时显示划定区域内人员数量，有助于船闸在施工、紧急状态等情况下了解该区域的人员分布情况；具备视频入侵报警功能和图像复核功能；可与入侵报警系统、出入口控制系统和公共广播系统联动，在系统收到联动信号后，控制摄像机自动旋转到相应的预置位置进行事件存储，并显示相应图像进行跟踪监视。

3.2 入侵报警系统

入侵报警系统由防区型光纤振动入侵探测系统配合监控系统的周界摄像机实现。入侵报警系统的前端设备包括：探测器（震动光纤或雷达）和紧急报警装置、传输设备、处理/控制/管理设备、显示/记录设备。系统采用物联网架构，以防区型入侵探测系统为核心，配套安防系统信息化管理平台。前端设备通过传输层连接到应用层设备，应用层设备对传感层设备的信息进行处理，并根据处理结果和权限执行后续管理流程。

系统设置了船闸物理围墙和靠近周界，防止翻越、破坏、偷盗，甚至恐怖袭击等安全问题，根据现场实际情况，对船闸闸室两侧、导航墙等位置划分防区、布置探测器。入侵报警系统对船闸设有报警探测器的部位实行24 小时全天候监控，使安防人员能及时准确地了解报警的情况，可实现自动报警并联动视频安防监控系统，实现警情自动记录以便事后查询，并提示安防人员协同处理突发事件。

3.3 出入口控制系统

出入口控制系统分为车辆出入口控制系统和人员出入口控制系统，其中人员出入口控制系统包括人行道闸控制系统和门禁系统，车辆出入口应设置电动道闸或电动伸缩栅栏等设施；人员出入口宜设置人行闸机或门禁等设施。车辆出入口控制系统和人员出入口控制系统的后台设备是统一管理的。

3.3.1 车辆出入口管理系统

车辆出入口管理系统通过前端抓拍摄像机采集识别获取车辆信息，利用网络将车辆信息数据发送至后端管理中心，利用车辆识别技术实现车牌号、车标、车型、车身颜色等相关数据比对，确保车辆的进出有据可查、车辆进出可控，并可确保停车位的合理利用，以加强出入口的高效和安全管理。系统具备对临时车辆进行权限放行和对固定用户进行认证管理的功能，整套系统包括高清出入口抓拍摄像机、道闸、车辆检测器、地感线圈、LED 显示屏、余位显示屏、移动管理终端、出入口管理终端、管理平台、管理电脑等组件。系统采用TCP/IP的组网结构，在保障数据传输速度和安全性的基础上，极大地方便了设备安装布线。

3.3.2 人员出入口控制系统

人员出入口控制系统包括人行道闸控制系统和门禁系统，主要运用人脸识别系统来实现。人脸识别系统，采用人脸检测算法、人脸跟踪算法、人脸抓拍算法、人脸质量评分算法及人脸识别算法，结合配套的前端人脸抓拍摄像机、前端人脸一体化闸机、人证比对核验终端、后端人脸比对服务器等设备，实现了实时人脸抓拍建模、实时人脸比对、静态人脸图片检索、人脸布控和轨迹还原等功能。

人脸识别系统根据识别方式可分为前端人脸识别方式和后端人脸识别方式两种。前端人脸识别方式主要由人证核验桌面式终端设备、人脸一体化闸机设备和人脸识别相机组成，其内置人脸算法，可读取身份证芯片人脸照片实现1:1 人证比对或1:N/n;N 人像比对；后端识别主要由人脸服务器两种后端形态产品及配套前端人脸抓拍相机、可视对讲门口机等人脸采集设备组成。

系统通过管理系统实现人脸识别系统相关的设备管理、识别场景规则设置、报警联动、人脸授权、业务展现和管理，并结合客户端实现对图像的预览检索、各种报警信息的查看等操作，同时人脸识别系统可以实现人脸考勤、人脸巡更、访客管理等功能。

3.4 公共广播系统

公共广播系统采用基于网络传输（光纤网络）的广播系统，应急公共广播系统满足船闸的背景音乐播放、信息广播、广播通知、紧急广播等使用需求。公共广播系统的总服务器设备设于管控中心，包括总主控设备、音源设备、解码器、功放、消防紧急联动设备、广播呼叫设备等，在船闸闸面、机房等设广播号角，采用分布式架构，将不同业务需求区域的广播系统进行区分和设置，既能够做到互不干扰，也能够在应急情况下进行统一管理。

4 结语

本文设计的基于IBMS 的船闸安防管理系统，采用了图像智能分析、振动探测器分析等技术，通过深度学习，终端处理，发布命令等方式，集成视频监控、出入口控制、周界警示、广播寻呼等多种功能，是一个一体集成化的管理系统。系统有助于提升船闸以及水利枢纽的安防管理科学化和智能化，提高管理水平，更好地服务于内河航运事业。后续将进一步结合人工智能和大数据等新技术，设计开发更加完善的系统或方式方法来助力船闸安防管理。