智能人體運動探測在駕駛臺航行值班報警系統(tǒng)（Bnwas）中的應(yīng)用

文/中國海運（集團）總公司企管部 樓于海

駕駛臺航行值班報警系統(tǒng)（BNWAS）實施的目的是監(jiān)控值班駕駛員的警覺度，并能在有理由認(rèn)為值班駕駛員不能勝任其職責(zé)時，系統(tǒng)將產(chǎn)生一系列逐步延伸的報警，自動警示其他相關(guān)駕駛?cè)藛T或船長，直到引起相關(guān)人員的注意 ,避免因值班駕駛員不能履行值班職責(zé)而使船舶處于無人操縱的危險局面發(fā)生。

2008年6月30日至 7月4日，國際海事組織航行安全分委會第 54 次會議 (NAV54)通過了船載駕駛臺航行值班警報系統(tǒng)及電子海圖和信息顯示系統(tǒng)配備要求的草案。2009年6月5日，在國際海事組織海上安全委員會第86次會議上，通過了MSC.282（86）決議，規(guī)定了公約船 BNWAS執(zhí)行要求，具體如下：

1、2011年7月1日以后新造的150噸及以上的貨船和任何載重的客船都必須配備BNWAS。

2、2011年7月1日以前建造的客船，2012年7月1日后第一個檢查日。

3、2011年7月1日以前建造的總噸3000及以上的貨船，2012年7月1日后第一個檢驗日。

4、2011年7月1日以前建造的總噸500-3000的貨船，2013年7月1日后第一個檢驗日。

5、2011年7月1日以前建造的總噸 150-500的貨船 ，2014年7月1日后第一個檢驗日。

規(guī)定還要求船舶在海上航行途中的任何時候，駕駛室航行值班報警系統(tǒng)均應(yīng)保持運行。

隨著配置日期的臨近，船舶BNWAS系統(tǒng)安裝和調(diào)試相繼啟動，系統(tǒng)的實施有效地監(jiān)控了值班駕駛?cè)藛T警覺度，為船舶安全航行提供了幫助，但也加大了船舶駕駛?cè)藛T值班時的勞動強度。按規(guī)范要求，系統(tǒng)休眠倒記時間范圍為3-12分鐘，也就是說在系統(tǒng)啟動后，最長 12分鐘內(nèi)就必須復(fù)位一次，那樣一個當(dāng)班駕駛值班人員一天（兩個值班時間段）需按復(fù)位鍵 40次以上。按 IMO_MSC.128(75)BNWAS性能指標(biāo)對報警復(fù)位的要求，復(fù)位器具有的持續(xù)實施不應(yīng)延長休眠期或報警的中斷，系統(tǒng)可以安裝其他復(fù)位裝置，并允許從其他橋樓設(shè)備觸發(fā)復(fù)位功能，為了減少對駕駛?cè)藛T日常工作的干擾（雷達操作、海圖操作、定位、通信或瞭望等），減輕船舶駕駛?cè)藛T工作強度，利用智能人體運動檢測技術(shù)的 BNWAS報警輔助復(fù)位器被實施船舶廣泛的采納。

一、人體運動檢測器的原理和功能

BNWAS 采用運動檢測器是基于多譜勒效應(yīng)與紅外工作原理（雙鑒式），將主動探測與被動感應(yīng)相結(jié)合而組成的人體移動探測。針對“人體移動”的兩個主要物理特征——人體熱輻射和移動速度來判別探測視區(qū)內(nèi)是否有人活動，并將活動信號轉(zhuǎn)成電信號，供BNWAS用于復(fù)位。采用雙鑒式是為了降低誤報率，由于是雙鑒比較，紅外探測部分靈敏度可作得較高，從而克服了近體溫效應(yīng)。即當(dāng)室溫接近人體溫度時，檢測器仍能正常工作，克服了一般單鑒式被動紅外檢測器的缺陷。有數(shù)據(jù)顯示，微波 /被動紅外雙鑒器比單鑒式檢測器誤報率低421倍。 （見圖1、圖2）

圖1 紅外微波雙技術(shù)探測器共同探測到人體移動發(fā)出報警

圖2 微波探測到物體移動的反射波差值變化也會做出反應(yīng)

為了使運動檢測器更有效，目前 BNWAS 系統(tǒng)一般均采用更進一步的智能雙鑒運動探測技術(shù)，所謂智能雙鑒技術(shù)是指在雙鑒技術(shù)上進行微處理器控制，能區(qū)別人與小動物的不同，從紅外、微波及微處理器三個角度降低誤動作或漏動作，從技術(shù)上杜絕個別值班人員利用小動物運動或機械擺動來啟動系統(tǒng)復(fù)位的可能。

紅外、微波及微處理器的智能雙鑒檢測器是如何工作的呢？

1、紅外： 靈敏度均一的光學(xué)透鏡 ，檢測器的光學(xué)透鏡如果靈敏度不均是無法正確區(qū)分人和小動物之間的差異的。當(dāng)一只貓走過靈敏度過強的區(qū)域時看上去會像一個人那么大，這樣就導(dǎo)致檢測器產(chǎn)生復(fù)位信號。相反，當(dāng)一個人在一個靈敏度太弱的區(qū)域運動時看上去會象一個小動物，這樣會導(dǎo)致檢測器漏報。

2、微波：運動探測采用的微波波段分 S、X、K三個波段，S波段中人與動物的多譜勒反射頻率有很大的區(qū)別（見圖3）。同時，四肢與軀干的多譜勒反射頻率也有很大的區(qū)別 ,通過檢測反射頻率的幅值和它們之間的比例關(guān)系，可以區(qū)別動物和人。（見圖4）

圖3 微波使用X或S波段與K波段比較示意圖

圖4

K波段采用 24.5G微波，具有 S、X波段所沒有的微波防泄漏和防護圖賦形技術(shù)，波形更好，還能有效的防治因穿透而引發(fā)的錯誤。

3、微處理器：運動檢測器的大腦，通過對人與動物反射頻譜的大量分析，建立了數(shù)據(jù)豐富的識別數(shù)據(jù)庫，使運動檢測器具有識別動物的高智能化，使運動檢測器可以可靠地防止45公斤以下的動物引起的誤報。

4、微波源監(jiān)控：這是對微波的發(fā)射和接收進行監(jiān)控。如微波探測失敗，監(jiān)控器會使檢測器鎖在報警狀態(tài)并發(fā)出故障信號，同時檢測器會轉(zhuǎn)為被動紅外單鑒式探測，以免漏報。

一般微波探測失效的可能性有兩種：

1、視區(qū)被遮擋。被遮擋物反射回來的微波信號會使檢測器發(fā)出故障信號。此時可移開遮擋物，使微波探測恢復(fù)正常。出現(xiàn)這種故障時，檢測器仍保持雙鑒式工作。

2、微波工作故障。接收器收不到微波反射信號，監(jiān)控器發(fā)出提示信號，并將檢測器轉(zhuǎn)為單鑒式被動紅外探測。

為保證運動檢測器正常工作，檢測器還具備了自檢功能，可分別對微波和被動紅外觸發(fā)信號計數(shù)，然后根據(jù)兩種計數(shù)的比率來確定檢測器工作狀態(tài)。在使用時檢測器根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境預(yù)先設(shè)定觸發(fā)信號的比率，比率范圍是16:1、64:1、128:1、256:1。低比率適用于環(huán)境安靜的現(xiàn)場，高比率適于環(huán)境嘈雜的現(xiàn)場，如果在安靜現(xiàn)場使用高比率，有可能出現(xiàn)漏報，在嘈雜現(xiàn)場使用低比率有可能出現(xiàn)誤報，一般情況可設(shè)為128:1。

二、常用船舶BNWAS系統(tǒng)運動檢測器介紹

船舶 BNWAS系統(tǒng)運動檢測器按安裝方式上分為壁掛式和智能吸頂式兩種。

壁掛式檢測器（HONEYWELL DT7435），探測范圍 90°扇形區(qū)域，安裝高度一般為 2.3m，距頂 0.3m（以便調(diào)試），具備動物識別功能，加電和定時自檢功能，雙內(nèi)核處理加快處理速度，對比多組數(shù)據(jù)保證檢測器可靠。

DT7435雙鑒檢測器（圖5）具體指標(biāo)：

1、能防止45KG重的動物引起的誤報

2、內(nèi)置微處理器，對輸入的紅外和微波信號進行分析及處理

3、采用K波段微波技術(shù)及賦形天線，能更好地捕獲信號及防止誤報

4、靈敏度均一的光學(xué)系統(tǒng)，解決了被探測主體近大遠(yuǎn)小的誤差

5、真實的溫度補償

6、白適應(yīng)微波系統(tǒng)，避免因電扇等動作引起誤報

7、帶有下望窗功能

8、雙處理器設(shè)計，提高了檢測器信號處理能力

9、加電/定時自檢保證了檢測器的正常工作

10、可根據(jù)環(huán)境進行靈敏度等的調(diào)節(jié)

特性：

圖5

探測范圍：1 1m ×1 1 m （見下圖6）

電源要求：25 rnA/12VDC：，7.5～16VDC

靈敏度：探測范圍內(nèi)正常步速2～4步

微波頻率：24.125 GHz

防拆： (NC)50 mA，24 VDC

報警繼電器：A型繼電器，500mA，30 VDC

工作溫度：-10℃～55℃，5%～95%相對濕度(無冷凝)

抗輻射干擾：30 v/m，10MHz～1000MHz

抗白光干擾：6500 Lux

尺寸：119 x 71×42 mm

認(rèn)證：UL，ULC，IC，F(xiàn)CC，CE，CCC

智能吸頂式（HONEYWELLDT-6360STC），采用微處理器控制 (MAP) 微波 /被動紅外技術(shù) ，內(nèi)置診斷和監(jiān)控 360°探測視區(qū)，安裝高度為 2.4m～ 4.9m（高于 3.65m需換環(huán)形鏡面），嵌合式或表面安裝，微處理器自動在上電時啟動自檢 。

DT-6360STC智能吸頂式雙鑒檢測器(下圖7)具體指標(biāo)

特性：

外觀尺寸：13cmHx13cmWx6cmD

電源要求：1 0-12.9VDC；40mA,12VDC(典型)

故障輸出：集電極開路；

集電極與發(fā)射器之間的電壓為 3V 50mA

報警繼電器：勵磁C型(N.O./N.C.)干簧繼電器，

標(biāo)稱 125mA 25VDC

指令輸入：啟動自檢；啟動：0-1.5V(低電壓)；

不啟動：5V以上(高電壓)；

阻抗：110K(最小)

微波頻率：中波段10.525GHz(USA)

防拆開關(guān)：天花板和外蓋防拆；A型(常閉)開關(guān)，

標(biāo)稱：25mA/30VDC

工作溫度：0℃～49℃；5%～95%相對濕度，無霜

抗RF干擾：30V/m,10MHz～1000MHz

被動紅外抗白光干擾：900Lux

探測范圍：直徑15米，半徑7.6米 （見下圖8）

圖8

被動紅外視區(qū)：

(8′ -11′透鏡組合 )3個 360°區(qū)域；遠(yuǎn)區(qū)：36；中區(qū)：24；低區(qū)：16；俯視區(qū)：1；

(12′-16′透鏡組合)2個360°區(qū)域；遠(yuǎn)區(qū)：40；中區(qū)：20；俯視區(qū)：1靈敏度：探測視區(qū)內(nèi)2-4步重量：397g

技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)兩種檢測器的技術(shù)性能和駕駛臺的實際情況，合理的組合搭配，確保信號覆蓋整個駕駛值班人員的活動區(qū)域（IBS作業(yè)區(qū)域、海圖作業(yè)區(qū)域、通信作業(yè)區(qū)域），保證BNWAS報警復(fù)位有效。

船舶BNWAS人體運動檢測器安裝和調(diào)試中應(yīng)注意的幾個問題

1、無論是掛壁式還是吸頂式均應(yīng)避免其探測區(qū)域直對門窗、運動的機械設(shè)備，熒光燈和冷熱源。安裝檢測器物體的表面必須牢固，切勿將檢測器安裝在晃動（抖動）的天花板上、墻面、柱子或支架上，否則可能會引起誤動作。

2、運動檢測的安裝應(yīng)根據(jù)駕駛臺的大小，駕駛?cè)藛T的站位情況，并對照運動檢測器的覆蓋范圍，選擇合適數(shù)量。一般掛壁式安裝二個，吸頂式安裝二至三個就可滿足自動復(fù)位要求。

3、連接線徑14AWG/1.6mm /2mm2～22AWG/0.65mm/0.3mm2,推薦使用不小于0.5 mm2的導(dǎo)線。

4、自檢識別 DT-6360STC裝有紅、黃、綠三只 LED ，紅燈為報警指示燈，黃燈（微波）和綠燈（紅外）為運動指示燈； DT7435僅有一只紅色 LED 。檢測器探測到運動，紅色 LED亮，檢測器區(qū)內(nèi)無目標(biāo)活動，所有LED均應(yīng)熄滅。 紅色LED快閃（對僅有一只LED的產(chǎn)品）或者紅、黃、綠三只 LED一齊快閃（對裝有三只 LED的產(chǎn)品），表示檢測器正在上電自檢——“預(yù)熱”，也有可能是檢測器出現(xiàn)故障。 對紅色和綠色兩只 LED一齊快閃，代表檢測器被遮擋。 檢測器上的兩只LED（紅和綠或者紅和黃）一齊慢閃，代表“比例監(jiān)控電路”發(fā)現(xiàn)問題。問題既有可能出在環(huán)境方面，也有可能是檢測器本身出了故障。

5、上電“預(yù)熱”，需要引起注意的是，每只檢測器上電后，都必須經(jīng)歷一個“預(yù)熱”過程（一般需時 3分鐘左右），由于 BNWAS啟動也需經(jīng)過一個自檢過程，而且其休眠記時最小為 3分鐘，因此檢測器“預(yù)熱”不影響系統(tǒng)正常工作。正常情況下“預(yù)熱”結(jié)束后，如果視區(qū)內(nèi)無目標(biāo)活動，則檢測器上的指示燈應(yīng)全部熄滅。

此外，在初次安裝時安裝人員可以根據(jù)駕駛臺實際情況進行靈敏度調(diào)整、微波探測范圍調(diào)整、紅外探測范圍調(diào)整等，使檢測效果達到最佳值。同時船舶駕駛?cè)藛T應(yīng)熟知檢測器的特性（脾氣），對掛壁式運動檢測器，運動方向為側(cè)向，即切割紅外視區(qū)的方向，而不是朝著或背對檢測器的方向。對吸頂式檢測器，運動方向為以檢測器為圓心的圓周，而不是朝著或背對檢測器的方向，確保系統(tǒng)達到復(fù)位效果。