無(wú)人機(jī)數(shù)字智能化在航標(biāo)巡查中的應(yīng)用

陳婕珺 南海航海保障中心廣州航標(biāo)處

潘勇 廣州譽(yù)宸信息科技有限公司

1.引言

航標(biāo)巡查一般采用巡檢船舶和航標(biāo)維護(hù)專(zhuān)用車(chē)輛現(xiàn)場(chǎng)巡查等方式獲取如航標(biāo)位置，航標(biāo)顯型，航標(biāo)涂色及燈質(zhì)等信息，從而對(duì)航標(biāo)的狀況進(jìn)行分析，其目的是及時(shí)發(fā)現(xiàn)航標(biāo)故障并采取有效措施在第一時(shí)間進(jìn)行排除。航標(biāo)維護(hù)巡檢巡視是航標(biāo)維護(hù)管理的重要組成部分，能夠有效保障航標(biāo)效能的正常發(fā)揮從而保障船舶通航安全。然而以上提到的傳統(tǒng)的航標(biāo)巡檢巡視方法耗費(fèi)人力、物力、成本高、范圍有限。目前無(wú)人機(jī)已在航標(biāo)巡查中發(fā)揮了重要作用，作為一種安全靈活高效的新型空中監(jiān)控手段，將無(wú)人機(jī)應(yīng)用到航標(biāo)維護(hù)管理中具有重要的意義。為此本文研發(fā)了一種無(wú)人機(jī)數(shù)字智能化巡查方法并介紹了該方法在航標(biāo)維護(hù)管理中的應(yīng)用。

2.航標(biāo)維護(hù)管理現(xiàn)狀

2.1 航標(biāo)維護(hù)管理的基本方法

加強(qiáng)航標(biāo)日常巡檢巡視工作并做好定期維護(hù)保養(yǎng)，航標(biāo)維護(hù)管理的基本方法。對(duì)于航標(biāo)巡檢巡視，可按照作業(yè)方式分為現(xiàn)場(chǎng)航標(biāo)巡檢巡視和遙測(cè)遙控電子化監(jiān)控兩種類(lèi)型。

2.1.1 現(xiàn)場(chǎng)航標(biāo)巡查

傳統(tǒng)的航標(biāo)現(xiàn)場(chǎng)檢查是航標(biāo)管理工作人員定期或不定期的使用航標(biāo)作業(yè)車(chē)、船等交通工具到達(dá)航標(biāo)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)而開(kāi)展航標(biāo)檢查維護(hù)工作。在這種方式下工作人員可以現(xiàn)場(chǎng)查看航標(biāo)狀態(tài)，對(duì)已存在問(wèn)題進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)，同時(shí)預(yù)防性發(fā)現(xiàn)并排除航標(biāo)故障，具體檢查內(nèi)容包括航標(biāo)位置檢查，航標(biāo)結(jié)構(gòu)和設(shè)備檢查、清潔、浮體保養(yǎng)和涂色，航標(biāo)效能技術(shù)測(cè)定，同時(shí)還包括航標(biāo)燈器及附屬設(shè)備的工作電壓和電流的測(cè)量等工作。

2.1.2 遙測(cè)遙控電子監(jiān)控

遙測(cè)遙控電子監(jiān)控是利用具有遙測(cè)遙控功能的業(yè)務(wù)系統(tǒng)或平臺(tái)對(duì)航標(biāo)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控及管理的非現(xiàn)場(chǎng)巡檢行為。借助該系統(tǒng)或平臺(tái)，航標(biāo)管理人員可通過(guò)在電腦終端或手機(jī)APP,即可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)航標(biāo)位置、燈質(zhì)、電壓、電流等的工作狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)航標(biāo)狀態(tài)異常情況，會(huì)第一時(shí)間自動(dòng)報(bào)警。由此提高了航標(biāo)相關(guān)管理部門(mén)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的時(shí)間效率，能夠及時(shí)采取相關(guān)措施。此外，航標(biāo)管理人員可以遠(yuǎn)程操控?zé)羝魅绱蜷_(kāi)、關(guān)閉、自動(dòng)發(fā)光等，當(dāng)燈器發(fā)生故障后，可以立即通過(guò)航標(biāo)運(yùn)行信息監(jiān)控系統(tǒng)故障原因作出初步判斷，其中一部分故障遠(yuǎn)程即可恢復(fù)，從而在很大程度上提高了燈器故障修復(fù)效率。

3.無(wú)人機(jī)數(shù)字智能化在航標(biāo)巡查工作中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)巡查還存在以下缺點(diǎn)如巡檢巡視工作量大、成本高，巡查周期長(zhǎng)、效率低，人員安全性差。遙測(cè)遙控監(jiān)控也存在自身的局限性如遙測(cè)遙控?zé)o法監(jiān)測(cè)到航標(biāo)標(biāo)體遭受撞擊發(fā)生變形、標(biāo)體顏色褪色，此外，偏遠(yuǎn)海域還未覆蓋遙測(cè)遙控。因此為提升航標(biāo)日常航標(biāo)維護(hù)管理效率，降低航標(biāo)維護(hù)管理成本，本文針對(duì)珠江某一水域的航標(biāo)維護(hù)管理研制了一套無(wú)人機(jī)數(shù)字化智能巡查系統(tǒng)，通過(guò)建設(shè)無(wú)人機(jī)巡查系統(tǒng)方法，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)自動(dòng)化巡檢巡視，數(shù)據(jù)信息化管理，進(jìn)一步提升航標(biāo)日常維護(hù)管理精細(xì)化管理水平。

3.1 技術(shù)路線

通過(guò)開(kāi)發(fā)移動(dòng)端操作系統(tǒng)對(duì)巡查任務(wù)進(jìn)行設(shè)定，固化航線，巡查工作人員將無(wú)人機(jī)攜帶到指定起降位置，一鍵式任務(wù)執(zhí)行，無(wú)人機(jī)按照固定航線進(jìn)行自動(dòng)化巡查。巡查結(jié)束后，將巡查數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，進(jìn)行集中分析、管理，按照標(biāo)準(zhǔn)模板自動(dòng)生成巡查任務(wù)完成報(bào)告，技術(shù)路線如圖1所示。

3.2 具體實(shí)施方案

本節(jié)針對(duì)航標(biāo)日常巡查任務(wù)需求對(duì)無(wú)人機(jī)選型、移動(dòng)端操作系統(tǒng)研發(fā)、巡查數(shù)據(jù)管理平臺(tái)研發(fā)三個(gè)方面工作進(jìn)行介紹。

圖1 技術(shù)路線圖

圖2 無(wú)人機(jī)與遙感器選型

圖3 珠江某一水域航標(biāo)拍攝影像數(shù)據(jù)

圖4 移動(dòng)端操作系統(tǒng)界面展示

3.2.1 無(wú)人機(jī)與遙感器選型

系統(tǒng)采用無(wú)人機(jī)作為基礎(chǔ)平臺(tái)，通過(guò)搭載專(zhuān)業(yè)遙感器，對(duì)航標(biāo)進(jìn)行日常巡查。

（1）選用的無(wú)人機(jī)具有防雨防塵，續(xù)航時(shí)間33分鐘，懸停精度10cm，抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，可掛載可見(jiàn)光、熱成像多種遙感器，下部雙云臺(tái)同時(shí)搭常規(guī)相機(jī)和變焦相機(jī)。

（2）常規(guī)相機(jī)選型上，采用具有可見(jiàn)光遙感器，可用于航拍、空中巡查、物體空間信息采集的機(jī)型。有效像素2080萬(wàn)，圖像分辨率4:3,5280×3956；16:9,5280×2970，可拍照、錄像?？勺兘瓜鄼C(jī)具有可見(jiàn)光遙感器，對(duì)結(jié)構(gòu)物或病害進(jìn)行放大檢查，有效像素213萬(wàn)，最大30倍光學(xué)變焦（200米高可看清車(chē)牌），可拍照、錄像。

采用所選擇的拍攝儀器對(duì)廣州市南海某一海域的航標(biāo)依次從正上方、正東方向、正南方向、正西方向和正北方向進(jìn)行拍攝獲得的影像數(shù)據(jù)如圖3所示。

3.2.2 移動(dòng)端操作系統(tǒng)研發(fā)及其應(yīng)用

移動(dòng)端操作系統(tǒng)（巡檢巡視APP），根據(jù)航標(biāo)的特點(diǎn)及巡查部位，對(duì)無(wú)人機(jī)的飛行航線、姿態(tài)進(jìn)行固化，巡查人員只要將無(wú)人機(jī)帶到固定地點(diǎn)，就可通過(guò)一鍵式執(zhí)行任務(wù)，標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)流程。主要功能模塊如下：

（1）任務(wù)管理：任務(wù)內(nèi)容與所在位置關(guān)聯(lián)；可隨時(shí)暫停任務(wù)，手動(dòng)操作無(wú)人機(jī)進(jìn)行拍照或錄像；手動(dòng)鏡頭切換，對(duì)細(xì)節(jié)手動(dòng)放大和拍照。

（2）飛行管理：一鍵式任務(wù)執(zhí)行，固定飛行路線和姿態(tài)，標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)流程，自動(dòng)飛行；當(dāng)無(wú)人機(jī)未執(zhí)行完任務(wù)返航后，支持任務(wù)斷點(diǎn)接續(xù)；顯示飛行姿態(tài)、飛行速度、拍攝模式；

圖5 巡檢巡視數(shù)據(jù)管理平臺(tái)界面展示

（3）巡查日志：生成巡查日志，主要記錄巡查時(shí)間、巡查對(duì)象、巡查人員、使用機(jī)型、巡查部位等信息。導(dǎo)出巡查日志。

通過(guò)研發(fā)的移動(dòng)端操作系統(tǒng)對(duì)珠江某一水域航標(biāo)巡檢巡視任務(wù)進(jìn)行設(shè)定，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)自動(dòng)化巡檢巡視，移動(dòng)端操作系統(tǒng)在操作過(guò)程中捕獲的界面如圖4所示。

3.2.3 巡檢巡視數(shù)據(jù)管理平臺(tái)研發(fā)及其應(yīng)用

以GIS為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)巡檢巡視數(shù)據(jù)與二維地圖的位置關(guān)聯(lián)展示，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中管理、數(shù)字存檔，方便查詢檢索，永久保存，建立異常數(shù)據(jù)庫(kù)、支持多時(shí)序照片對(duì)比。平臺(tái)主要功能模塊如下：

（1）數(shù)據(jù)導(dǎo)入：將無(wú)人機(jī)上的存儲(chǔ)卡與電腦連接，實(shí)現(xiàn)巡檢巡視數(shù)據(jù)（包括巡檢巡視照片、視頻）自動(dòng)導(dǎo)入。

（2）數(shù)據(jù)展示：航標(biāo)及周邊地形地貌的二維展示，實(shí)現(xiàn)巡檢巡視數(shù)據(jù)和空間位置的關(guān)聯(lián)展示。

（3）數(shù)據(jù)分析：對(duì)巡檢巡視照片、視頻進(jìn)行分析，判讀異常。

（4）巡檢巡視報(bào)告：對(duì)巡檢巡視時(shí)間、巡檢巡視對(duì)象、巡檢巡視人員、巡檢巡視部位、異常情況、處置方法等進(jìn)行匯總形成巡檢巡視報(bào)告。

（5）數(shù)據(jù)管理：對(duì)巡檢巡視數(shù)據(jù)（包括巡檢巡視照片、視頻）、分析數(shù)據(jù)、成果數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)管理，建立異常數(shù)據(jù)庫(kù)并實(shí)行時(shí)序管理。

通過(guò)研發(fā)的巡檢巡視數(shù)據(jù)管理平臺(tái)對(duì)珠江某一水域航標(biāo)巡檢巡視數(shù)據(jù)進(jìn)行集中分析、管理，該過(guò)程中捕獲的主界面如圖5(a)所示，巡檢巡視記錄如圖5(b)所示。最終對(duì)數(shù)據(jù)分析結(jié)果形成巡檢巡視報(bào)告如圖5(c)所示。并建立異常數(shù)據(jù)庫(kù)并實(shí)行時(shí)序管理。

4.無(wú)人機(jī)智能化巡檢巡視產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益

4.1 經(jīng)濟(jì)效益

無(wú)人機(jī)智能化巡查產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益如下：

（1）無(wú)人機(jī)智能化巡查提高工作效率，同時(shí)可以彌補(bǔ)當(dāng)前利用船舶巡檢巡視的手段單一、巡查成本高等不足，可有效降低人工、船舶租賃及燃油等成本。

（2）無(wú)人機(jī)可提供全局觀測(cè)角度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患，為航標(biāo)管理部門(mén)提供數(shù)據(jù)，避免因航標(biāo)缺陷造成的重大事故，減少經(jīng)濟(jì)損失。

（3）無(wú)人機(jī)巡查提高航標(biāo)維護(hù)管理頻率，可降低因巡檢巡視不及時(shí)造成的設(shè)備損壞成本。

4.2 社會(huì)效益

通過(guò)無(wú)人機(jī)智能化巡查，有效提高巡查作業(yè)的質(zhì)量、效率，提升航標(biāo)維護(hù)智能努力化、信息化水平，響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排號(hào)召，提高航標(biāo)維護(hù)頻率，全面提高航標(biāo)效能和服務(wù)質(zhì)量，為航運(yùn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、公眾安全出行提供有力保障。

5.結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)總結(jié)對(duì)比傳統(tǒng)航標(biāo)巡檢巡視方式存在的不足，介紹了無(wú)人機(jī)數(shù)字智能化在航標(biāo)巡查中的應(yīng)用。通過(guò)研發(fā)移動(dòng)端操作系統(tǒng)對(duì)巡查任務(wù)進(jìn)行設(shè)定，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)自動(dòng)化巡查，并通過(guò)研發(fā)巡查數(shù)據(jù)管理平臺(tái)對(duì)巡查數(shù)據(jù)進(jìn)行集中分析、管理。該方法的提出及應(yīng)用將進(jìn)一步提升航標(biāo)巡查效率，降低航標(biāo)維護(hù)成本，全面提高航標(biāo)效能和服務(wù)質(zhì)量，也為今后航標(biāo)無(wú)人機(jī)智能化巡查全面推廣奠定堅(jiān)實(shí)技術(shù)基礎(chǔ)。