干支流交匯水域建設(shè)電子警察系統(tǒng)的思考

彭 緒, 田 池

(1.江蘇省鎮(zhèn)江第一中學(xué)，江蘇 鎮(zhèn)江212016；2.中船重工鵬力(南京)大氣海洋信息系統(tǒng)有限公司，江蘇 南京211106)

0 引言

內(nèi)河航運(yùn)作為我國(guó)綜合立體交通運(yùn)輸體系的重要組成部分，具有運(yùn)量大、成本低、占地少、能耗小等諸多優(yōu)勢(shì)，是內(nèi)外貿(mào)易和大宗物資運(yùn)輸?shù)淖罴淹緩?。隨著內(nèi)河航運(yùn)的蓬勃發(fā)展，內(nèi)河營(yíng)運(yùn)船舶數(shù)量大幅增長(zhǎng)，通航密度越來(lái)越大，水上交通管理難度也在不斷提升。干支流交匯水域相當(dāng)于城市主干道的“十字路口”，是內(nèi)河通航環(huán)境最復(fù)雜、船舶流量最大、險(xiǎn)情事故發(fā)生率最高的水域，也是水上交通管理的重點(diǎn)難點(diǎn)。因此，提升干支流交匯水域的交通管理水平是當(dāng)前我國(guó)水上交通管理的迫切需要。

電子警察系統(tǒng)作為智能交通管理的一項(xiàng)比較成熟的科技應(yīng)用，在陸路交通管理領(lǐng)域扮演著至關(guān)重要的作用，已成為維護(hù)陸路交通秩序的重要科技支撐。在城市道路交叉口設(shè)置電子警察，能夠?qū)⒔煌ü芾砜臻g、時(shí)間肓點(diǎn)消除，交通管理監(jiān)控范圍、時(shí)段得到擴(kuò)大，一線交通警察工作壓力減輕，工作環(huán)境得到了改善[1]。雖然交通管理部門為了滿足水上交通安全管理的需求，相繼建設(shè)了船舶交通管理系統(tǒng)(VTS)、船舶自動(dòng)設(shè)別系統(tǒng)(AIS)等信息化系統(tǒng)，但VTS和AIS在實(shí)際應(yīng)用中存在信號(hào)盲區(qū)、缺少現(xiàn)場(chǎng)把控能力等缺點(diǎn)。隨著國(guó)家對(duì)現(xiàn)代化治理水平和治理能力的要求越來(lái)越高，水上交通管理對(duì)高清圖像監(jiān)控的需求越來(lái)越迫切。如何借鑒運(yùn)用當(dāng)前陸上交通管理比較成熟的電子警察系統(tǒng)，提升干支交匯水域水上交通管理水平的工作勢(shì)在必行。

1 建設(shè)電子警察系統(tǒng)的意義

在江河干支流交匯水域建設(shè)電子警察系統(tǒng)具有十分重要的意義。其主要表現(xiàn)如下：

(1)電子警察系統(tǒng)可以充分發(fā)揮信息技術(shù)在水上安全監(jiān)管中的支持保障作用，采取“能抓拍、編碼存儲(chǔ)、快速索引”等方式管理船舶，并關(guān)聯(lián)船舶相關(guān)數(shù)據(jù)，使船舶基本信息直觀反映在抓拍圖片上，增強(qiáng)了水上交通管理的精準(zhǔn)性和有效性。

(2)電子警察系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)24 h全天候監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)干支流交匯水域監(jiān)管服務(wù)的可視化、智能化，從而有效降低交通管理部門現(xiàn)場(chǎng)駐守時(shí)間，大大緩解交通管理人力不足的問(wèn)題。

(3)電子警察系統(tǒng)可以借助大數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)船舶態(tài)勢(shì)分析、船舶流量統(tǒng)計(jì)等功能，最大限度地把各類數(shù)據(jù)和資源集中起來(lái)統(tǒng)籌使用，提升了安全監(jiān)管效率。

(4)電子警察系統(tǒng)不僅可以有效消除水上交通管理在時(shí)間和空間上的盲點(diǎn)，而且可以有效擴(kuò)大交通管理的監(jiān)控時(shí)間和監(jiān)控范圍，提升船舶駕駛?cè)藛T的法治意識(shí)，進(jìn)一步規(guī)范船舶駕駛?cè)藛T的行為。

2 電子警察系統(tǒng)功能及發(fā)展趨勢(shì)

2.1 電子警察系統(tǒng)功能

電子警察系統(tǒng)在陸路交通管理中應(yīng)用已經(jīng)比較成熟，而且功能越來(lái)越強(qiáng)大，視頻監(jiān)控、違章抓拍是電子警察系統(tǒng)的主要手段。水上交通管理與陸上交通管理雖然有很多不同，但也有共同點(diǎn)。一直以來(lái)，水上船舶信息化管理主要是基于雷達(dá)及AIS等傳感器作為獲取數(shù)據(jù)的來(lái)源。近年來(lái)，由于水上高清視頻監(jiān)控發(fā)展的越來(lái)越快，水上電子警察系統(tǒng)的研發(fā)也逐漸開(kāi)啟。2018年，長(zhǎng)江與京杭運(yùn)河交匯水域率先啟動(dòng)了“水上電子警察系統(tǒng)”的研發(fā)使用。該水域的“水上電子警察系統(tǒng)”結(jié)合現(xiàn)有VTS系統(tǒng)、CCTV系統(tǒng)及相關(guān)船舶資料數(shù)據(jù)庫(kù)，融合近年來(lái)圖像識(shí)別技術(shù)取得的進(jìn)展，主要實(shí)現(xiàn)了船舶遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控指揮和船舶流量分時(shí)統(tǒng)計(jì)兩大功能。

2.2 發(fā)展趨勢(shì)

雖然該水域的探索對(duì)水上交通管理信息化來(lái)說(shuō)是一項(xiàng)很大的突破，但目前來(lái)看還有很大的功能擴(kuò)展空間。下一步，通過(guò)陸上電子警察系統(tǒng)功能的覆蓋和移植，可以實(shí)現(xiàn)以下七項(xiàng)功能。

(1)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控指揮。通過(guò)布設(shè)航道攝像機(jī)，實(shí)現(xiàn)干支交匯水域視頻監(jiān)控全覆蓋。交通管理部門通過(guò)視頻監(jiān)控了解整個(gè)水域船舶交通狀況，結(jié)合現(xiàn)有通訊設(shè)備組織船舶交通秩序并及時(shí)叫停危險(xiǎn)航行行為，達(dá)到減少事故險(xiǎn)情的目的。

(2)船舶流量分時(shí)統(tǒng)計(jì)。電子警察系統(tǒng)通過(guò)雷達(dá)回波計(jì)數(shù)的方式24 h不間斷的統(tǒng)計(jì)干支交匯水域船舶數(shù)量，生成24 h船舶流量變化曲線圖。通過(guò)對(duì)一段時(shí)間的總結(jié)比較，可以較為明確知曉船舶流量的變化態(tài)勢(shì)和高峰時(shí)段，從而在執(zhí)法力量有限的情況下，科學(xué)合理地分配值班時(shí)間，將力量更多地向船舶流量高峰時(shí)間段傾斜。

(3)航行違章智能監(jiān)測(cè)。通過(guò)對(duì)船舶AIS軌跡的連續(xù)跟蹤比對(duì)，針對(duì)未采用安全航速航行、未按照規(guī)定的航路航行等內(nèi)河船舶重點(diǎn)違章行為自動(dòng)識(shí)別和記錄。

(4)違章行為自動(dòng)通知。經(jīng)水上交通管理部門執(zhí)法人員確認(rèn)違章的船舶，系統(tǒng)可根據(jù)船舶的基本信息，通過(guò)大數(shù)據(jù)庫(kù)匹配船舶查找聯(lián)系人，向聯(lián)系人發(fā)送違章通知短信，告知其違章航行行為。

(5)重點(diǎn)船舶自動(dòng)跟蹤。系統(tǒng)通過(guò)視頻監(jiān)控、雷達(dá)信號(hào)、AIS等手段，自動(dòng)檢測(cè)即將進(jìn)入干支交匯水域的重點(diǎn)船舶，以特殊的符號(hào)進(jìn)行標(biāo)識(shí)，提醒水上交通管理部門重點(diǎn)關(guān)注。

(6)航行風(fēng)險(xiǎn)自動(dòng)警告。系統(tǒng)根據(jù)船舶的航行速度、狀態(tài)、航向，以及周圍船舶航行狀態(tài)，對(duì)船舶航行態(tài)勢(shì)進(jìn)行智能分析，提前預(yù)判是否存在船舶碰撞風(fēng)險(xiǎn)，并根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)大小向執(zhí)法人員發(fā)出不同等級(jí)的警告信號(hào)。

(7)交通管控輔助提醒。接入AIS、CCTV、VTS、氣象觀測(cè)等系統(tǒng)中的船舶流量、能見(jiàn)度、風(fēng)力等影響通航的數(shù)據(jù)，通過(guò)系統(tǒng)設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)這些數(shù)據(jù)超過(guò)設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)提醒水上交通管理部門采用何種交通管制措施。例如：當(dāng)風(fēng)力大于7級(jí)、能見(jiàn)度小于1 000 m時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出警示，水上交通管理部門根據(jù)提示實(shí)施對(duì)應(yīng)的一級(jí)管控預(yù)案，要求船舶就近選擇安全水域拋錨扎霧、以策安全。

隨著5G時(shí)代的到來(lái)，視頻分析技術(shù)以及高清攝像頭的應(yīng)用將進(jìn)一步得到提升，電子警察系統(tǒng)功能也將升級(jí)擴(kuò)展，未來(lái)電子警察系統(tǒng)視頻超清化、功能多樣化、信息共享化趨勢(shì)將更加明顯。加強(qiáng)水上電子警察系統(tǒng)研發(fā)，擴(kuò)展水上電子警察系統(tǒng)功能，深化水上電子警察系統(tǒng)應(yīng)用，對(duì)提升水上交通管理現(xiàn)代化水平，提升治理能力和治理體系現(xiàn)代化水平必將產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

3 問(wèn)題及對(duì)策

水上交通管理與陸上交通管理存在很大差別，比如船舶沒(méi)有固定位置的牌照，船舶不像車輛那樣在路口固定位置停下來(lái)等待拍照，船舶違法行為比汽車違法行為更難抓拍證據(jù)等，這些差別決定了水上電子警察系統(tǒng)需要更加先進(jìn)的技術(shù)。因此，如何把在航道中行駛的船舶自動(dòng)抓拍下來(lái)是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。

(1)加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)，規(guī)范船舶牌照設(shè)置。陸上電子警察系統(tǒng)只需抓拍車牌即可識(shí)別汽車，確定違法車輛。船舶牌照設(shè)置的不合理等因素使水上電子警察系統(tǒng)識(shí)別船舶比較困難，因此，要加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)，從水上交通運(yùn)輸管理系統(tǒng)制度制定出發(fā)，規(guī)范船舶牌照設(shè)置的位置、大小等，降低船舶自動(dòng)抓拍的難度，為水上電子警察系統(tǒng)應(yīng)用提供良好的基礎(chǔ)。

(2)加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)，提高自動(dòng)抓拍技術(shù)。目前在船舶自動(dòng)抓拍方面的研究主要有王瑩等[2]提出的利用背景建模結(jié)合連通域分析的方法進(jìn)行船舶目標(biāo)檢測(cè)；王培玉等[3]提出了一種復(fù)雜碼頭環(huán)境下的船舶檢測(cè)與跟蹤；蔡丹等[4]在混合高斯模型的基礎(chǔ)上進(jìn)一步對(duì)背景更新改進(jìn)來(lái)檢測(cè)船舶目標(biāo)。以上的船舶檢測(cè)方法是建立在背景差分割目標(biāo)的基礎(chǔ)上，但這類算法有一個(gè)重要的缺陷，受光照變化、水波變化影響較大，容易出現(xiàn)對(duì)小目標(biāo)漏檢或者誤檢的情況。下一步，要加大技術(shù)投入，結(jié)合當(dāng)前5G商用趨勢(shì)，利用高清技術(shù)，有效提高水上電子警察的圖片清晰度，提升船舶抓拍的效果和準(zhǔn)確率。

(3)加強(qiáng)綜合應(yīng)用，提高系統(tǒng)檢索水平。船舶抓拍到大量的視頻數(shù)據(jù)，如果缺乏智能分析手段，缺少視頻檢索能力，會(huì)出現(xiàn)識(shí)別準(zhǔn)確率降低、違法行為識(shí)別難等問(wèn)題，因此，建立視頻索引數(shù)據(jù)庫(kù)并將其應(yīng)用到水上電子警察系統(tǒng)中是非常重要的。利用多功能的視頻搜索庫(kù)，水上交通管理部門可以通過(guò)船舶的船型、船號(hào)、位置、時(shí)間等關(guān)鍵詞進(jìn)行搜索相關(guān)的圖片以及視頻，從而極大降低水上交通管理部門的工作量。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，交通強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的實(shí)施，政府治理體系和治理能力的現(xiàn)代化要求管理部門轉(zhuǎn)變思想觀念，提高信息化管理水平，從傳統(tǒng)的被動(dòng)記錄、事后查證向事前預(yù)警、自動(dòng)跟蹤、智能分析轉(zhuǎn)變。以陸路交通電子警察系統(tǒng)為基礎(chǔ)，加強(qiáng)水上電子警察系統(tǒng)研究應(yīng)用具有可行性，而且十分必要，必將對(duì)改善干支交匯水域交通安全秩序產(chǎn)生積極影響，從而提升水上交通整體本質(zhì)安全水平。