船闸运行伴随式系统研究分析

傅饶，赵建

（1.宿迁市港航事业发展中心，江苏 宿迁 223800 ；2.华设设计集团股份有限公司，江苏 南京 210014）

当前，国内经济已由高速增长转型高质量发展阶段，内河航道事业发展面临的形势发生了重大变化。为加快现代信息技术与航运要素深度融合，交通运输部等七部委联合印发《智能航运发展指导意见》，江苏省政府印发《交通强国江苏方案》，为智能航运未来发展指明方向。近年来，各地港航管理部门积极探索航道信息化智能化应用，开辟交通新基建背景下船闸设施智改数转升级新路径，以少人值守、自主运行为特征的未来船闸初具雏形；区域性船闸集中控制调度系统建设全面展开，依托信息化创新引领，以船舶船员为中心，寓管控于服务之中，精准破解航道管控难点和便民服务痛点。

当前，视频摄像机在船闸运行管理中使用普遍，但运用较为分散化，信息的分析与处理也是人工进行。监控的利用并没用实现最大化。随着互联网、人工智能等技术进步，视频应用目前正从单纯人工监视向自动监视、智能分析方向发展，场景更丰富、功能更多元。为顺应技术发展趋势进一步夯实船闸安全运行基础，本文开展基于智能摄像机的船闸运行伴随式系统研究分析，保障助力智慧船闸、智能航运建设发展，提高船闸运行信息化智能化水平。

1 国内外研究现状

船闸作为一种应用最广的水上通航建筑物，有效地改善了航道通航条件，促进了水路运输和地方经济的发展。从发展角度出发，船闸安全管理是船闸运行管理和高质量发展的永恒主题；从本质安全角度出发，夯实船闸安全管理关乎民生福祉，是民生之本，发展之基，更是航道人践行交通强国战略中的重要一环。

近些年来，随着视频监控技术的不断发展，高清视频产品的迅速普及，高清市场正在逐渐成熟和得到各行各业的认可，江苏现有52 所船闸已经全部接入高清视频系统。

图1 船闸的监控画面

江苏船闸运行调度普遍使用“开上阀-开上闸-关上阀-关上闸-开下阀-开下闸-关下阀-关下闸”闸阀门操控的“八步”工法。工作人员在监控画面上需要根据“八步”工法，在上游引航道至下游引航道多个位置布设监控设备，并关注相应多个监控画面。但如果监控设备布设数量少，易出现视觉盲区。为了降低工作人员的劳动强度，节省船闸的硬件设备投入，提高船闸安全管理水平，解决闸室内安全盲区的问题，拟将可移动智能摄像机技术应用到船闸安全运行管理中，设备跟随船舶的运行，工作人员只需要关注一个画面，并且可以根据需求，随时手动切换任意的监控画面，保证闸室内监控无盲区，确保船闸的安全运行，保障船舶的安全快速通过，为我国内河水上交通运输的可持续化发展提供安全保障。

2 船闸运行伴随式系统研究与实现

2.1 船闸运行伴随式智能摄像机整体结构研发

建设成套的船闸运行伴随式智能摄像系统，包括伴随式智能摄像机、轨道系统、物联网通信系统、供电系统、后台软件系统。

图2 船闸运行伴随式智能摄像机架构

（1）船闸运行伴随式智能摄像机。船闸运行伴随式智能摄像机，是整个系统的核心组成部分，承担船闸巡检主要功能，针对智慧船闸业务需求，进行功能组建选型研究：①一体化双光云台。增加视场宽度，提高视频监控视角，减少监控盲区，提供智能分析功能，结合船闸安全监管业务需求，提供危险源识别等分析手段；②喊话器。搭载高频喊话器能够作为信息对外发布的一种手段，支撑应急情况下的处置工作；③可拓展传感器接口。预留接口，搭载温湿度传感器、气象传感器等多种传感器，能够获取机器人巡检区域的气象、环境、温湿度等多种数据，支撑业务决策。

（2）充电单元。通过部署在区域中的分布式充电桩实现自动充电。伴随式智能摄像机执行完巡检任务自动寻找就近的充电桩执行充电，当充电桩发生故障时，伴随式智能摄像机能够自动寻找其他充电桩进行充电。

（3）通讯单元。伴随式智能摄像机通过无线网络与控制室实时通信控制，红外热像仪占用的上行带宽为4Mbps，云台占用的上行带宽为4Mbps，合计视频上行带宽8Mbps；在区域内铺设20Mbps 以上网络传输环境（上行带宽15Mbps 以上）。

（4）轨道单元。伴随式智能摄像机轨道单元作为运动承载是伴随式智能摄像机系统中最重要的构成单元，轨道采用高强度铝合金型材，轨道设计载荷能力100kg，表面经阳极氧化处理，具备高抗腐蚀和较强的耐磨损性能。

2.2 船闸运行伴随式智能摄像机应用功能开发

船闸运行伴随式智能摄像机应用于船闸闸室、闸门和引航道等区域，应具备长距离、全方位、自动拍摄、自动识别、智能分析、智能预警等功能。

（1）视频监控。引导服务机器人支持摄像头设备接入，后台可全方位实时查看船闸闸室、闸门和引航道等区域视频数据。

（2）进出闸指挥。引导服务机器人支持动作引导功能。对接船闸运调平台，当船舶可以进出闸时，通过挥动红绿旗帜，引导船舶进出闸。

（3）喊话功能。对接未系缆绳识别、超警绒线识别AI 中台，当检测到船舶未系缆绳、超警绒线时，可将机器人行驶至违规船舶附近，通过语音喊话功能引导船员按规定停靠。

（4）图像识别。开发高精度图像识别算法，对视频数据进行智能分析处理，识别视频内容。对特定环境，采用深度学习目标检测方法，能够对指定物体进行检测。

（5）任务管理。在任务系统中既可以手动进行任务的执行也可按照日程进行任务分配执行实现自动巡检功能。

（6）数据统计。后端平台具备对监控数据进行储存、分析、统计、检索的功能。

（7）报表输出。伴随式智能摄像机在执行完一个任务之后都会自动生成报表，运维人员可以在监控平台根据时间、巡检类型、任务名称等进行检索并查看报表。

（8）伴随式智能摄像机自检。伴随式智能摄像机在启动巡检前均会进行自检，若发现部件异常，则给出异常状态指示，并将系统异常信息上传至监控后台。

（9）图像遥传功能。对可见光摄像和红外热成像进行实时视频显示，配合自动巡视的功能，实现操作人员的后台巡视，并可以实现预设点检测数据的存储和分析。

2.3 与船闸现有系统的对接

伴随式智能摄像机管理平台通过与现有的船闸运行管理平台进行对接和数据整合，可直接调取闸室内前后任意区域内的监控画面，在船舶进出闸过程中，对船舶进行伴随式智能监视。

2.4 技术架构

通过物联网智能感知硬件系统，结合人工智能分析技术，从船闸应用场景入手，推动智慧船闸发展。

（1）感知层。通过闸室智能跟随式运动摄像机增大闸室内监控覆盖范围，减少闸室内监控盲区。通过图像识别技术，感知船舶进闸的数量，识别船舶的船名船号等信息；对闸室内船舶带缆，船舶进闸停靠上下游闸门是否超越安全警戒线等环节进行安全监控。

（2）分析层。在计算中心对数据进行数据挖掘、智能决策和安全评估。根据船舶进闸的数量，船名船号识别等信息，分析出船舶的相关的基础信息，根据闸室内船舶带缆，船舶进闸停靠是否超越上、下游安全警戒线等安全环节进行安全监控，对船舶的过闸安全要素进行安全分析，这样也能多渠道，多维度地实时监控可能发生的安全风险。

（3）应用层。应用层可以提供智能决策和安全评估的结果。例如船舶在进出船闸过程中发生超越警戒线等安全风险，可以与现有系统对接，及时通知工作人员。也可以完美地融入到自动化船闸系统、集中控制系统中，结合多种安全监测手段，丰富自动化船闸的安全监控途径。

3 结语

“十四五”以来，航运事业发展迅速，各船闸日益繁忙，通过构建船闸运行伴随式系统，实现船闸从上游引航道到下游引航道全程监控，实现闸室、闸区全覆盖，同时也能够将船闸运行伴随式系统无缝融入船闸现有应用系统，通过数据融合实现安全风险要素识别，进一步保证船舶进闸和出闸的安全。