內(nèi)河航道電子卡口智能監(jiān)管系統(tǒng)解決方案

蔡浩 楊光偉 王丹丹 趙強

摘 要：本文闡述了結(jié)合AIS/VITS、CCTV、雷達(dá)、激光掃描儀等多種監(jiān)控手段，實現(xiàn)對經(jīng)過內(nèi)河航道電子卡口船舶的智能監(jiān)管和非接觸式執(zhí)法違章取證在船舶水上監(jiān)管的應(yīng)用，介紹了內(nèi)河航道電子卡口智能監(jiān)管系統(tǒng)的概要設(shè)計、優(yōu)勢分析、技術(shù)亮點、解決方案、應(yīng)用案例。

關(guān)鍵詞：非接觸執(zhí)法;違章取證;電子卡口;雷達(dá);激光掃描儀;AIS;CCTV

十八大后，政府改革力度加大，簡政放權(quán)成為各級政府轉(zhuǎn)變職能，釋放發(fā)展內(nèi)生動力的重點。全國海事系統(tǒng)也同步開始全面落實簡政放權(quán)、放管結(jié)合、優(yōu)化服務(wù)要求，以提升海事監(jiān)管服務(wù)效能為主線，堅持問題導(dǎo)向、需求導(dǎo)向、目標(biāo)導(dǎo)向，堅持創(chuàng)新驅(qū)動、科技驅(qū)動、人才驅(qū)動，完善安全治理、依法行政、服務(wù)保障、內(nèi)部管理體系，促進海事轉(zhuǎn)型升級科學(xué)發(fā)展，推動實現(xiàn)治理能力和治理體系現(xiàn)代化，保障水上交通安全形勢持續(xù)穩(wěn)定，深化海事“三化”建設(shè)，助力交通先行發(fā)展。

為了適應(yīng)新形勢下海事監(jiān)管要求，深入推進海事“三化”建設(shè)，利用1+N工作模式響應(yīng)非接觸執(zhí)法工作模式轉(zhuǎn)變，進一步提升內(nèi)河航道電子卡口船舶監(jiān)管力度，提高信息資源的深度開發(fā)與綜合利用水平，建立全面感知、廣泛互聯(lián)和智能應(yīng)用的信息化監(jiān)管體系，促進信息技術(shù)與海事監(jiān)管及服務(wù)的深度融合，滿足非接觸執(zhí)法的海事建設(shè)需求，提高海事服務(wù)質(zhì)量、監(jiān)管效能、管理效益，全面支撐“四型海事”建設(shè)。

現(xiàn)有的內(nèi)河船舶監(jiān)管系統(tǒng)對船舶事故、違章缺少過程記錄，沒有舉證證據(jù)，不便于事故的調(diào)查、調(diào)解和處理，容易出現(xiàn)違章航行船舶因海事執(zhí)法人員不在現(xiàn)場而逃逸的現(xiàn)象。若要實現(xiàn)有效監(jiān)管，那就需要通過一種技術(shù)上更合適、投資上更經(jīng)濟的解決方案，內(nèi)河航道電子卡口智能監(jiān)管系統(tǒng)順勢而生。內(nèi)河航道電子卡口智能監(jiān)管系統(tǒng)利用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)與網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，實現(xiàn)違法行為人無需前往違法行為發(fā)生地處理違章，突破多年制約海事違法處罰現(xiàn)場執(zhí)行的瓶頸障礙，拓寬智慧海事服務(wù)功能的內(nèi)涵。

1 內(nèi)河航道電子卡口智能監(jiān)管系統(tǒng)設(shè)計概要與優(yōu)勢分析

1.1設(shè)計概要

本系統(tǒng)的建設(shè)是以“智慧海事”為指導(dǎo)思想，通過建設(shè)內(nèi)河航道電子卡口智能監(jiān)管系統(tǒng)，以實現(xiàn)對卡口過往船只超載超吃水監(jiān)測為核心。接入激光、雷達(dá)、AIS/VITS、CCTV、船舶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)等系統(tǒng)信息，以雷達(dá)實現(xiàn)對過往船舶進行識別，以AIS/VITS對船舶身份進行確認(rèn)、以激光掃描設(shè)備對船舶干舷數(shù)值進行測量、以CCTV設(shè)備對現(xiàn)場畫面進行錄取、以船舶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)對船舶超吃水?dāng)?shù)據(jù)進行計算的一套綜合處理系統(tǒng)。借助成熟、先進的各種監(jiān)控技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)水上通航安全的智能化、信息化、統(tǒng)一化、覆蓋化和協(xié)調(diào)化，從而形成對監(jiān)控轄區(qū)水域的連續(xù)監(jiān)控和超載超吃水監(jiān)測船舶的直觀掌握，為維護水域通航秩序、提高海事人員監(jiān)管效率和應(yīng)急反應(yīng)能力提供技術(shù)支撐。

1.2優(yōu)勢分析

現(xiàn)有的監(jiān)督管理模式時效性較差，全局性、協(xié)作性不強，在船舶數(shù)量日益增多情況下，對船舶的管理較為盲目和被動。以海巡艇巡航為例，一次巡航就需花費幾百元到上千元，而用人工對某一水域的現(xiàn)場監(jiān)視時間不足5分鐘，實際上多數(shù)時間基本上處于無人監(jiān)管的狀態(tài);交通秩序得不到明顯改觀，違章船舶仍很多，交通秩序沒有得到根本控制。而且，由于缺乏預(yù)控能力，難以掌握交通態(tài)勢，雖然動用人力物力較多，實際效果卻不理想。

建設(shè)內(nèi)河航道電子卡口智能監(jiān)管系統(tǒng)，可以對重點卡口水域進行全面監(jiān)視。通過實時監(jiān)控掌握過往船舶的動態(tài)，分析通航環(huán)境，掌握船舶違章情況，開展有針對性的現(xiàn)場管理，做到有的放矢、目標(biāo)明確，提高工作質(zhì)量與工作效率，減少巡航的盲目性和隨意性，使水上安全監(jiān)督管理工作更嚴(yán)密、更規(guī)范，實現(xiàn)人力、物力和其它社會資源的合理配置和優(yōu)化，對提高工作效率、節(jié)約管理成本意義重大。

內(nèi)河航道電子卡口智能監(jiān)管系統(tǒng)運行的基本工作流程是船舶識別分析服務(wù)實現(xiàn)在有船舶經(jīng)過時，根據(jù)船舶實時位置信息判斷船舶是否進入轄區(qū)，當(dāng)船舶進入監(jiān)控區(qū)域，船舶識別分析系統(tǒng)發(fā)送消息給系統(tǒng)服務(wù)，通知前端設(shè)備進行工作，雷達(dá)進行識別，攝像機進行抓拍圖片和錄取視頻，激光掃描設(shè)備對船舶干舷數(shù)值進行測量，然后將采集和計算出來船舶數(shù)據(jù)與船舶檔案船舶基本信息進行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，判斷數(shù)據(jù)是否正確。對于重點船舶進行重點監(jiān)控跟蹤，判斷進入監(jiān)控轄區(qū)內(nèi)的船舶是否違章，對違章船舶進行違章預(yù)警，違章證據(jù)一鍵導(dǎo)出，做到有跡可循、有證可查。

2 內(nèi)河航道電子卡口智能監(jiān)管系統(tǒng)技術(shù)亮點

2.1船舶識別檢測技術(shù)

實現(xiàn)對進入轄區(qū)的船舶檢測其船寬、船高、干舷等基本尺度信息，檢測數(shù)據(jù)自動實現(xiàn)與船舶動態(tài)（如AIS、VITS）的關(guān)聯(lián)，為船舶超載、超限等違法行為進行數(shù)據(jù)分析提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持，通過集成雷達(dá)掃描、激光掃描和視頻分析等多技術(shù)，獲取船舶尺度信息，自動監(jiān)測船舶超載、超限等違法違規(guī)行為。

前端站點采集數(shù)據(jù)后，通過開發(fā)船舶尺度檢測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口，將前端監(jiān)測站點的船舶尺度數(shù)據(jù)與分析識別數(shù)據(jù)接入到船舶超載超吃水監(jiān)測檢測系統(tǒng)后臺進行綜合分析與違法行為報警。

船舶尺度數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)與實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)保持連接，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸鏈路與前端系統(tǒng)實現(xiàn)遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)通訊，按需控制傳感器設(shè)備，獲取視頻信號、船舶位置數(shù)據(jù)、激光傳感器數(shù)據(jù)，運用算法分析視頻、處理傳感器數(shù)據(jù)，計算船舶尺度相關(guān)數(shù)據(jù)，存儲關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，提供授權(quán)的查詢服務(wù)，最終向用戶呈現(xiàn)業(yè)務(wù)信息，輔助值班工作人員執(zhí)法工作。

2.2 雷達(dá)識別跟蹤技術(shù)

雷達(dá)是用于主動監(jiān)測和識別水上目標(biāo)的傳感器。雷達(dá)數(shù)據(jù)處理則負(fù)責(zé)完成雷達(dá)視頻的數(shù)字化處理、雜波抑制、目標(biāo)錄取、目標(biāo)跟蹤以及對目標(biāo)的標(biāo)識。

視頻處理系統(tǒng)負(fù)責(zé)對雷達(dá)設(shè)備輸出的信號數(shù)字化，然后對數(shù)字視頻進行計算分析，提取出目標(biāo)點跡，并自動建立目標(biāo)跟蹤，并將點跡和跟蹤信息通過Socket方式輸出給監(jiān)控中心的多傳感器綜合處理系統(tǒng)，進行與其他雷達(dá)的錄取跟蹤信息以及AIS等信息的融合處理。當(dāng)點跡未被系統(tǒng)識別為跟蹤目標(biāo)時，如果用戶通過其他手段確認(rèn)其是一艘船舶，也可通過手動方式對其進行標(biāo)識，系統(tǒng)將對該目標(biāo)建立跟蹤。

2.3 多信號源融合處理技術(shù)

當(dāng)一艘船舶在多個傳感系統(tǒng)中都有實時數(shù)據(jù)，用戶可以選擇融合為同一目標(biāo)。

2.3.1多傳感器目標(biāo)融合

每個傳感器（雷達(dá)、AIS/VITS）提供一個目標(biāo)的運動模型，多傳感器處理系統(tǒng)對多個運動模型進行對比匹配后，建立一個統(tǒng)一運動軌跡的過程稱為多傳感器目標(biāo)融合。

需要說明的是，由于各類傳感器的識別精度及刷新頻率均不相同，在對目標(biāo)融合的判斷依據(jù)順序應(yīng)為雷達(dá)>AIS/VITS。

2.3.2多區(qū)域目標(biāo)融合

由于多個雷達(dá)或AIS基站可能出現(xiàn)重疊覆蓋區(qū)域，同一目標(biāo)可能被多個雷達(dá)或AIS接收到軌跡信息，因此需要進行多區(qū)域目標(biāo)融合。

以雷達(dá)為例，當(dāng)兩個雷達(dá)存在交叉覆蓋區(qū)域時，同一船舶目標(biāo)可能被不同的雷達(dá)設(shè)備所錄取，這時必須對該目標(biāo)進行融合處理，當(dāng)船舶自某一雷達(dá)覆蓋區(qū)進入另一雷達(dá)覆蓋區(qū)時，目標(biāo)信號依然可以順利完成跟蹤。

2.4 視頻智能跟蹤技術(shù)

用戶可在應(yīng)用平臺上選擇要聯(lián)動追蹤的雷達(dá)/AIS船舶目標(biāo)，系統(tǒng)會自動選擇最近的CCTV聯(lián)動攝像頭對該船舶進行追蹤，建立智能追蹤關(guān)系后，可以在CCTV視頻中看到以該船舶為中心的視頻畫面，系統(tǒng)可以將船舶AIS信息中的GPS位置傳遞至具有自動反饋功能的CCTV視頻前端，使視頻前端自動跟隨指定船舶的移動而轉(zhuǎn)動，始終將其在視頻前端的畫面中顯示，并支持在超出該視頻前端覆蓋范圍后，由下一個視頻前端自動接力跟蹤。

2.5 視頻增強現(xiàn)實技術(shù)

基于視頻的AR應(yīng)用是將虛擬物體信息跟蹤注冊在一個實時拍攝的實際視頻對象上，針對船舶監(jiān)控領(lǐng)域，就是將船名、航速、航向等存在于數(shù)據(jù)庫、GIS系統(tǒng)中的船舶動靜態(tài)信息疊加在視頻畫面中，并與視頻畫面中的真實船舶圖像目標(biāo)實現(xiàn)一一對應(yīng)。

視頻大數(shù)據(jù)應(yīng)用是實現(xiàn)AR分析展示的必備條件，視頻大數(shù)據(jù)應(yīng)用是未來技術(shù)發(fā)展的一個方向，而視頻的結(jié)構(gòu)化是視頻大數(shù)據(jù)應(yīng)用的基礎(chǔ)。把視頻結(jié)構(gòu)化的功能直接集成在攝像機是未來的發(fā)展趨勢。近年來，視頻特征提取、視頻結(jié)構(gòu)化分析、視頻索引、視頻檢索等技術(shù)已經(jīng)取得了明顯實用效果，本系統(tǒng)擬利用CCTV系統(tǒng)平臺為基礎(chǔ)，建設(shè)基于實時視頻監(jiān)控畫面的AR分析展示系統(tǒng)，實現(xiàn)基于實時CCTV實時視頻畫面與雷達(dá)/AIS等數(shù)據(jù)的融合展示與聯(lián)動跟蹤應(yīng)用。

3 內(nèi)河航道電子卡口智能監(jiān)管系統(tǒng)解決方案

內(nèi)河航道電子卡口智能監(jiān)管系統(tǒng)主要由前端卡口建設(shè)與應(yīng)用平臺建設(shè)兩部分組成，前端卡口主要實現(xiàn)船舶實時數(shù)據(jù)的采集，應(yīng)用平臺主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)收集和分析后的船舶信息展示和功能應(yīng)用。典型案例如淮河盱眙水域船舶智能監(jiān)管系統(tǒng)的建設(shè)應(yīng)用。

3.1電子卡口遠(yuǎn)程非接觸違章取證方案

違章取證功能是電子卡口系統(tǒng)的核心，系統(tǒng)提供動態(tài)監(jiān)控列表功能，自動記錄通過前端電子卡口的船舶信息，通過預(yù)設(shè)的違章取證規(guī)則，一旦發(fā)現(xiàn)船舶未開啟AIS、超載超吃水監(jiān)測、非法停靠、反航道航行、超速航行等違法行為，系統(tǒng)立即進行聲光報警，并結(jié)合抓拍到船舶照片信息提示用戶做出相應(yīng)處理。通過違章取證功能，可以有效地實現(xiàn)對船舶安全航行的預(yù)警預(yù)控。具體流程如下：

3.1.1違章監(jiān)測

船舶進入雷達(dá)轄區(qū)

通過雷達(dá)目標(biāo)和AIS目標(biāo)對比，檢查目標(biāo)是否開啟;

注：此時尚未對目標(biāo)進行抓拍，故無法獲知未開啟AIS目標(biāo)的身份。

船舶進入電子卡口電子監(jiān)管站水域

通過抓拍攝像機對船只進行抓拍，可看清船舶全貌及船名;

使用激光對船舶干舷進行測量。

電子卡口水域

監(jiān)測船只是否進入警戒區(qū)、是否超速。

3.1.2違章信息提示

發(fā)生違章后，用戶可第一時間得知;

獲得通知后，用戶可以迅速在電子海圖上定位涉嫌違章的船只;

提供實時列表展現(xiàn)，以便用戶獲知;

轄區(qū)內(nèi)船只監(jiān)控列表;

未處理違章的船只列表，可獲知觸犯了哪些報警。

3.1.3人工核查

違章證據(jù)核對

通過船舶抓拍圖片，用戶可錄入以下信息：

船舶標(biāo)志標(biāo)識是否清晰（船名燈箱不規(guī)范，船名標(biāo)識不規(guī)范，船舶載重線、吃水線標(biāo)識不規(guī)范，船舶信號燈不規(guī)范）;

是否按要求封艙。

根據(jù)抓拍圖片和測量數(shù)據(jù)，核實以下信息：

干舷;

吃水。

處置決定

根據(jù)違章核對結(jié)果，制定處罰結(jié)論：

誤報警：處置流程結(jié)束;

需現(xiàn)場執(zhí)法：進行現(xiàn)場糾違，遠(yuǎn)程處置流程結(jié)束;

遠(yuǎn)程執(zhí)法：保存證據(jù)，待后續(xù)處理。

3.1.4電子證據(jù)管理

可將核查結(jié)果轉(zhuǎn)存為電子證據(jù)：

生成電子證據(jù)：核查結(jié)果確認(rèn)后，即可保存成電子證據(jù)，保存在后臺數(shù)據(jù)庫中，以便隨時查詢調(diào)取。

導(dǎo)出電子證據(jù)：電子證據(jù)可導(dǎo)出為通用文件，便于轉(zhuǎn)發(fā)、打印，可用于現(xiàn)場執(zhí)法的依據(jù)。

3.2信息服務(wù)

系統(tǒng)會自動記錄經(jīng)過電子卡口采集點的船舶違章信息，并自動按時間生成動態(tài)監(jiān)控列表。由指揮中心管理人員將有違章船舶信息人工審核后進行違章行為錄入，開發(fā)信息服務(wù)接口向用戶已有平臺提供違章行為信息，并通過用戶已有平臺將違章情況推送給違章船舶和轄區(qū)執(zhí)法人員。

4 系統(tǒng)應(yīng)用實例

本系統(tǒng)已在盱眙縣地方海事處等多個單位成功應(yīng)用，并取得了顯著成效。本系統(tǒng)減少了海巡艇盲目巡航的次數(shù)和巡航時間，通過遠(yuǎn)程識別船舶違章行為，實現(xiàn)了非接觸性執(zhí)法顯性違法行為自動取證，為船舶事故調(diào)查和違章處理提供方便，大大提高了監(jiān)管效率。本系統(tǒng)率先嘗試在海事系統(tǒng)內(nèi)開展對違章船舶的非接觸式執(zhí)法和遠(yuǎn)程預(yù)警預(yù)控管理，滿足智慧海事建設(shè)需求。

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