船舶視頻監(jiān)控系統(tǒng)介紹

侯健博+周玉才

摘要：船舶視頻監(jiān)控系統(tǒng)對于船舶的防碰撞、防污染、防海盜以及管理監(jiān)控等方面起到了非常重要的作用，對于運輸危險品油輪的作用更為重要。本文在對現(xiàn)有船舶視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，對船舶視頻監(jiān)控系統(tǒng)在油輪上的應(yīng)用提出了設(shè)想和建議。

關(guān)鍵詞：油輪 視頻監(jiān)控 防碰撞 防污染 防海盜 管理監(jiān)控

0 引言

視頻監(jiān)控系統(tǒng)對于船舶防碰撞[1]、防污染、防海盜以及管理監(jiān)控等方面起到了非常重要的作用，如將船舶配備的衛(wèi)星通信設(shè)備與視頻監(jiān)控系統(tǒng)連接，還能做到岸端實時監(jiān)控船舶的狀況，這對于海事管理信息化也有著重大意義[2]。國外NGSCO等航運巨頭近年來已經(jīng)開始應(yīng)用Kongsberg marine等廠商的視頻監(jiān)控設(shè)備。中國海運、中國遠(yuǎn)洋集團(tuán)作為國內(nèi)兩大航運巨頭，近兩年已在推廣船舶視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，作為安全管理方面的重點之一。

1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)在油輪船舶的實施方案

船舶視頻監(jiān)控系統(tǒng)一般由8個攝像頭采集視頻數(shù)據(jù)，經(jīng)由主機(jī)處理后共享于船舶局域網(wǎng)監(jiān)控，并將數(shù)據(jù)刻錄在硬盤中保存，也通過衛(wèi)星傳送實現(xiàn)對船只的遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理。

1.1系統(tǒng)攝像頭的布置方案

下表為系統(tǒng)攝像頭位置以及主要作用，其中需注意的是新造船舶可以將1號攝像頭布置于船頭以獲得更好的效果，航行船舶改造則考慮到電纜布置的問題只能將1號攝像頭置于羅經(jīng)甲板。

表1 船舶視頻監(jiān)控系統(tǒng)攝像頭的布置方案

攝像頭 位置 作用

1號攝像頭 羅經(jīng)甲板 主要拍攝船舶正前方，包括船頭及大部分主甲板

2號攝像頭、

3號攝像頭 駕駛室 分別位于駕駛室左右兩翼，主要拍攝駕控臺以及海圖室

4號攝像頭 C甲板 主要拍攝船尾

5號攝像頭、

6號攝像頭 駕駛甲板 分別位于駕駛甲板兩翼，主要拍攝船左右兩舷

7號攝像頭 機(jī)艙室 主要拍攝船舶主機(jī)、輔機(jī)

8號攝像頭 集控室 主要拍攝集控臺

根據(jù)油輪船舶的特殊需求，甲板攝像頭應(yīng)為防爆型攝像頭，符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB3836.1-2010對于爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備通用要求，以及國家標(biāo)準(zhǔn)GB3836.2-2010對于爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備隔爆型要求。同時所用電纜應(yīng)為阻燃型，滿足國家標(biāo)準(zhǔn)GB50058爆炸和火災(zāi)危害環(huán)境店里裝置設(shè)計規(guī)范要求。

1.2 系統(tǒng)主機(jī)性能介紹

系統(tǒng)主機(jī)主要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)刻錄以及連接船舶局域網(wǎng)的工作。主機(jī)需滿足國家標(biāo)準(zhǔn)GB 20815-2006對于視頻安防監(jiān)控數(shù)字錄像設(shè)備的要求，刻錄機(jī)應(yīng)滿足國家標(biāo)準(zhǔn)GB50348-2004對于安全技術(shù)規(guī)范的要求，同時滿足以下幾點基本要求：

（1）較大的硬盤容量。一般推薦為4TB，按照正常視頻格式推算的錄制時間計算公式：D（錄制天數(shù)）=硬盤容量/通道數(shù)量/每小時所有通道的數(shù)據(jù)大小/每天的錄制時間=30 天；

（2）較強(qiáng)的數(shù)據(jù)壓縮處理能力。支持PAL/NTSC 制式視頻信號輸入，采用H.264 視頻壓縮技術(shù)；

（3）多種錄像的回放與預(yù)覽功能。需支持快放、慢放、單幀等回放模式，按錄像類型、按時間進(jìn)行檢索；

（4）對于外接設(shè)備較強(qiáng)的兼容性。因船舶設(shè)備需長時間開啟，出現(xiàn)故障的可能性較普通設(shè)備高，所以主機(jī)應(yīng)能支持U 盤、USB 硬盤、USB 刻錄機(jī)、SATA 刻錄機(jī)、SATA 硬盤備份。

1.3 系統(tǒng)總體設(shè)計方案

系統(tǒng)的總體設(shè)計方案如圖1所示，根據(jù)需要可以添加或減少攝像頭的數(shù)量以及LCD顯示器的數(shù)量，以滿足不同需求。

1.4 系統(tǒng)的遠(yuǎn)程實時監(jiān)控和管理

目前，遠(yuǎn)洋船舶均配備了INM-F、FBB、OPENPORT、VSAT等衛(wèi)星通訊設(shè)備，根據(jù)不同衛(wèi)星通訊設(shè)備的性能及特點，綜合考慮傳輸速度、傳輸質(zhì)量、信號覆蓋情況及費用等方面，可以制定出不同的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控方案。

目前，主流的視頻監(jiān)控的視頻格式清晰度由低到高排列為Qcif（176×144）、CIF（352×288）、HALF D1（704×288）、D1（704×576），因考慮到衛(wèi)星通訊系統(tǒng)的帶寬以及費用問題，一般選擇低清晰度的視頻格式以保證視頻的連貫性。下圖為主流的衛(wèi)星通訊設(shè)備在不同模式下的數(shù)據(jù)傳輸帶寬匯總：

圖2 主流設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸帶寬匯總

需要特別說明的是，目前F33、F77仍然是按照流量收費，相對單位流量的費用最高，且?guī)捯矡o法滿足視頻傳輸?shù)囊?；FBB系列的設(shè)備大部分也為按流量收費的模式，且只有FBB-500以上的設(shè)備滿足視頻傳輸?shù)膸捯?，所以目前已實現(xiàn)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控的船舶多為跟VSAT匹配，VSAT不但在帶寬上從128Kbps到4Mbps可自行選擇（512Kpbs以上滿足視頻傳輸?shù)膸捯螅夷壳岸酁閿?shù)據(jù)流量包月的套餐，即可以實現(xiàn)實時監(jiān)控又免去使用大量費用的顧慮。

通過上述衛(wèi)星通訊設(shè)備與視頻監(jiān)控設(shè)備的有機(jī)結(jié)合，即可實現(xiàn)在岸端實時對船舶情況進(jìn)行監(jiān)控。目前，海康威視在監(jiān)控設(shè)備的市場占有率最大，并且他們已經(jīng)推出電腦和移動終端的客戶端軟件，也就是說帶有3G功能的智能手機(jī)安裝此客戶端軟件后，即可在任意地點對船舶的情況進(jìn)行監(jiān)控和管理。圖3為使用手機(jī)通過3G網(wǎng)絡(luò)實時觀看船舶視頻監(jiān)控系統(tǒng)圖像的視頻截圖。

2 對于船舶視頻監(jiān)控系統(tǒng)在提高船舶安全中作用的分析

在目前整個航運業(yè)相對比較蕭條的情況下，僅僅靠壓低運價是無法贏得大客戶青睞的。此時，貨船的安全管理情況就可以作為營銷中的品牌特色，因大多數(shù)貨主所托運的貨物價值都非常高，貨物的安全在現(xiàn)階段所受到的重視遠(yuǎn)大于運價等因素。而船舶視頻監(jiān)控系統(tǒng)正是近年來才開始實施的與安全相關(guān)的項目，這個項目的實施對于船舶在防碰撞、防污染、防海盜以及管理監(jiān)控方面有著重大的意義。endprint

2.1 船舶視頻監(jiān)控系統(tǒng)對于防碰撞的意義

隨著我國乃至世界航運業(yè)的迅速發(fā)展，船舶數(shù)量以及航線的密集度大幅度增長，同時也帶來了水上交通事故數(shù)量的增加，不但對船舶生命力（船舶及船員）造成了巨大的傷害，有些甚至發(fā)生人亡、船沉的慘劇。拒統(tǒng)計，在全世界發(fā)生的海難事故中，碰撞事故占比超過40%，每年高達(dá)1 000余次[3]，這使得防碰撞成為了船舶管理中的重中之重。

2.1.1 船舶視頻監(jiān)控系統(tǒng)在船舶靠離碼頭時的作用

船舶在靠離碼頭時，若船長或駕駛員不能對船舶周圍情況進(jìn)行全面的了解則非常容易引起事故[4]。例如，2012年01月28日，某輪由萊州至渤中28-1終端裝油， 拖輪送終端人員和引航員從該輪左弦下風(fēng)處上船，由于拖輪送完終端人員后沒有及時離開該輪，該船長和引航員也疏于對拖輪的瞭望，拖輪在離開該輪的操作過程中右舷三層甲板拐角撞擊該輪，造成其左舷深燃油艙局部破損，部分燃油從破損處泄漏入海。造成此次碰撞事故的原因除了拖輪與貨輪間溝通不暢外，最主要的因素就是船長和引航員疏于瞭望，沒有對貨輪與拖輪間的情況足夠了解即開始靠泊作業(yè)，造成事故。

如果安裝了船舶視頻監(jiān)控系統(tǒng)，則可以實現(xiàn)對船頭、船尾、左右兩舷水域的實時監(jiān)控，在靠離泊位時，船長以及相關(guān)人員能夠從系統(tǒng)提供的顯示器上實時了解船舶與泊位、船舶與拖輪之間的情況，由多角度對船舶周圍情況進(jìn)行分析，大大降低了造成此類碰撞事故的概率。

2.1.2 船舶視頻監(jiān)控系統(tǒng)在航行中的作用

碰撞事故多發(fā)的區(qū)域多為三種：1.在遠(yuǎn)離海岸的洋面上，船只稀少，船舶都以高速航行，駕駛?cè)藛T思想容易麻痹大意，如果對碰撞危險估計不足，容易造成緊迫危險，發(fā)生碰撞；2.沿海及近岸航行，尤其是在漁區(qū)，江河出?？诨蚋劭诟浇煌芏雀叩膮^(qū)域，會遇的船舶類型多，大小不一，易于發(fā)生碰撞；3.在狹水道中航行時，由于船速的差異，在追越過程中，長時間的并行，如操縱不當(dāng)會引發(fā)船吸現(xiàn)象、碰撞事故[5]。

通過對船舶碰撞原因的分析可以發(fā)現(xiàn)，在航行中發(fā)生碰撞事故的首要原因是駕駛員疏于瞭望，或者是船舶本身構(gòu)造引起的雷達(dá)或瞭望盲區(qū)而引發(fā)的[6]。船舶視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以使駕駛員對船舶實現(xiàn)全方位的瞭望，從根本上消除了由于雷達(dá)或瞭望盲區(qū)可能導(dǎo)致的安全隱患。

目前，IMO（國際海事組織）對于貨船雷達(dá)盲區(qū)的要求為不大于船舶自身長度的2倍，或者小于500米，兩者中需滿足距離更小的要求。根據(jù)相關(guān)研究文獻(xiàn)，多數(shù)船舶即使?jié)M足IMO對貨船雷達(dá)盲區(qū)的要求，航行時仍然受到雷達(dá)盲區(qū)的影響。船舶在狹水道航行時，或者航行到航線轉(zhuǎn)向點時，由于雷達(dá)盲區(qū)的存在，即使使用帶有ARPA功能的雷達(dá)來觀測目標(biāo)，回波測繪仍需約2分鐘。如目標(biāo)船舶體積較小造成的回波較弱也會引起雷達(dá)丟失目標(biāo)。同樣，如果錯誤選擇外部環(huán)境干涉選項，同樣會引起丟失目標(biāo)或假回波反射。這些現(xiàn)象都將對船舶安全操作帶來巨大隱患。而位于羅經(jīng)甲板（或船艏）和船尾的兩個攝像頭則能提供對盲區(qū)有效的、實時的觀測，對于駕駛員采取正確的措施意義重大。

2.2船舶視頻監(jiān)控系統(tǒng)在防污染中的作用

油污染為近年來國際海事部門的重點關(guān)注項目，發(fā)生油污染事故將會引起嚴(yán)重后果，船公司不但要承擔(dān)巨額的貨物賠償和船只損失費用，還要為海洋生態(tài)的恢復(fù)付出高昂的代價。例如1999年，在法國海域發(fā)生的“愛麗卡”溢油事故，據(jù)估計，損失大約為1.68億英鎊。1995年在廣州港發(fā)生的“檀家”號溢油事故給國家利益造成巨額損失，不僅在國內(nèi)引起了震動，香港和國際海事組織都表示了關(guān)注。油污染事故的發(fā)生除了給船公司造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失外，還會對公司及國家的形象產(chǎn)生巨大影響。

如裝有船舶視頻監(jiān)控系統(tǒng)，一旦發(fā)生溢油狀況，除在甲板工作的人員通過視覺觀察外，船舶相關(guān)人員能及時通過系統(tǒng)顯示器或房間電腦發(fā)現(xiàn)險情，尤其是視覺觀察盲區(qū)內(nèi)發(fā)生的險情，采取應(yīng)急措施，將造成的污染控制在最小范圍。此外，儲存在硬盤上的視頻資料也為事后的事故調(diào)查和處理提供強(qiáng)有力的證據(jù)支持。

2.3船舶視頻監(jiān)控系統(tǒng)在防海盜中的作用

近年來，索馬里海域的海盜猖獗，對航行在此海域的船舶安全產(chǎn)生了巨大的威脅，使得許多國家不得不派出護(hù)航艦隊，然而由于航運業(yè)對于貨物抵港的時間要求，許多船舶無法跟護(hù)航艦隊一起經(jīng)過此海域，許多船東公司對于建立船舶的防海盜方案絞盡腦汁。2011年9月14號，IMO發(fā)布了一份對于防范索馬里海域海盜的最佳管理方針（Best Management Practices for Protection against Somalia Based Piracy）簡稱BMP[7]，在此方針中明確提到了船舶視頻監(jiān)控系統(tǒng)在防海盜工作中的作用。假如海盜已經(jīng)開始攻擊，并且對船舶開火，此時船員到艙外觀察海盜是否搶占主要通道是非常危險的，而是用船舶視頻監(jiān)控系統(tǒng)則解決了這個問題，船員可以在艙室里通過顯示器觀察全船狀況，避免暴露目標(biāo)，在保證船員人身安全的前提下，有針對性地采取保護(hù)船只、貨物安全措施以及可能的反擊措施。

為達(dá)到此目的，在BMP方針中，對于船舶視頻監(jiān)控系統(tǒng)的建議如下：

（1）應(yīng)考慮船舶視頻監(jiān)控系統(tǒng)攝像頭的布置能囊括船舶易受攻擊的區(qū)域，特別是尾甲板；

（2）將視頻監(jiān)控系統(tǒng)的顯示器放置于駕駛臺安全的區(qū)域；

（3）有條件應(yīng)在防海盜艙室或避難場所布置船舶視頻監(jiān)控系統(tǒng)顯示器；

（4）在海盜襲擊結(jié)束后，船舶視頻監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)記錄應(yīng)作為可利用的證據(jù)資料。

由上述四條建議可以看出，船舶視頻監(jiān)控系統(tǒng)對于防海盜的意義重大，不但能夠提供對海盜登船情況的實時監(jiān)控，以采取有效的保護(hù)或反擊措施，還可以作為事后的視頻證據(jù)。

2.4船舶視頻監(jiān)控系統(tǒng)對于船舶管理監(jiān)控的作用

船舶視頻監(jiān)控系統(tǒng)的實施同樣對于船舶的管理監(jiān)控水平的提高也有著重要作用。根據(jù)Churchill[8]以及Hair的[9]的論文，船舶設(shè)備、船舶結(jié)構(gòu)、船舶檔案檢查、船舶安全指令、船舶通訊導(dǎo)航以及船員能力為對船舶安全影響的綜合信度參數(shù)均超過參考值0.70，分別為0.805、0.753、0.710、0.752、0.801、0.886，為最高的6項。綜合信度是同類項目和內(nèi)部一致性的評測參照，而越高萃取變異量值說明數(shù)值對于潛在變量的體現(xiàn)越真實。下表為各個項目的綜合信度以及萃取變異量的統(tǒng)計：endprint