智能光電技術(shù)在內(nèi)河監(jiān)管中的應(yīng)用研究

龔永壽 李春旭 周昱城

摘 要：隨著內(nèi)河水運的發(fā)展，面臨的監(jiān)管需求越來越強烈。本文通過對目前內(nèi)河水域監(jiān)管現(xiàn)狀的分析，指出當前面監(jiān)管形勢的嚴峻。在此基礎(chǔ)上，對當前的人工智能技術(shù)與光電技術(shù)進行解讀，并分析了兩種技術(shù)聯(lián)合為本行業(yè)所帶來的優(yōu)勢。通過對內(nèi)河區(qū)域船舶監(jiān)管、落水人員監(jiān)測、橋區(qū)偏航防撞等典型場景進行分析，說明了智能光電技術(shù)在內(nèi)河監(jiān)管系統(tǒng)應(yīng)用的緊迫性。

關(guān)鍵詞：智能技術(shù);光電技術(shù);區(qū)域船舶監(jiān)管;落水人員監(jiān)測;橋區(qū)偏航防撞

中圖分類號：U61? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2020）09-0046-02

隨著水運交通的不斷發(fā)展， 水運在綜合運輸體系中的地位和作用逐步增強，港口吞吐量持續(xù)增長[1]。在此背景下，安全監(jiān)管問題也成了需要重點解決的問題。在國內(nèi)水域發(fā)達的區(qū)域，例如長江全線年均開展救助行動百余起，廣東省境內(nèi)年均發(fā)生船橋碰撞幾十起，涉及遇險人員、船舶、橋梁不計其數(shù)，帶來的損失數(shù)以萬計，引發(fā)業(yè)界廣泛關(guān)注。在當前經(jīng)濟社會轉(zhuǎn)型升級，高度重視水運安全，刻不容緩，同時對惠及民生的交通安全出行具有重要意義。

目前我國針對內(nèi)河水域水上安全監(jiān)管能力仍然非常薄弱，特別是對于部分橋區(qū)的安全投入缺口較大，部分地區(qū)對橋梁監(jiān)管能力存在嚴重不足，加之從業(yè)人員安全意識淡薄，導(dǎo)致安全隱患頻出。

本文分析了智能技術(shù)與光電技術(shù)結(jié)合帶來的新趨勢，并對內(nèi)河監(jiān)管典型場景的需求進行了分析，說明了智能技術(shù)與光電技術(shù)結(jié)合對內(nèi)河監(jiān)管領(lǐng)域帶來的新影響，并對未來這種趨勢進行了展望。

1人工智能與光電技術(shù)結(jié)合的未來可期

光電技術(shù)與人工智能技術(shù)的深度結(jié)合，主要解決視覺清晰、決策精準等問題，主要包括以下方面：

1.1? 機器視覺與計算機視覺

機器視覺是應(yīng)用價值最高的人工智能技術(shù)，它為機器賦予了雙眼，使其能夠辨識萬物。機器視覺就是用機器代替人眼進行測量和判斷，它綜合了模擬電子、數(shù)字電子、計算機、人工智能、大數(shù)據(jù)、圖像處理、傳感器、光學成像等跨學科前沿技術(shù)。機器視覺具有準確性、客觀性、穩(wěn)定性等特點，在現(xiàn)代智能交通等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。計算機視覺就是利用計算機和其輔助設(shè)備模擬人的視覺功能識別、對目標進行跟蹤并測量。

1.2? 光電傳感器

傳感器是人工智能獲取信息的重要設(shè)備，是人工智能技術(shù)的硬件基礎(chǔ)。傳感器技術(shù)是人工智能與萬物互聯(lián)的必備條件，它如同人類的五官，能夠?qū)ν饨缧畔⑦M行采集與轉(zhuǎn)換。光電傳感器一般由光源、光學通路和光電器件組成，其功能就是將光信號轉(zhuǎn)換為電信號。光電傳感器信息轉(zhuǎn)換準確，傳輸誤差小，應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。當前研究的熱點是智能光電傳感器，它集成了人工智能、信息處理等技術(shù)，成為人工智能的關(guān)鍵因素[2]。

1.3 交叉應(yīng)用未來可期

人工智能領(lǐng)域與光電技術(shù)交叉滲透、融合發(fā)展是基本趨勢。諸多人工智能需要解決的問題， 也正是光電技術(shù)的發(fā)展需要解決的問題。

科學家正在研究應(yīng)用機器學習改善傳統(tǒng)的光學和光電技術(shù)。通過將機器學習、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引入視覺技術(shù)中形成人工智能視覺技術(shù)，顯著提升數(shù)據(jù)處理量和速度。水運監(jiān)管系統(tǒng)引入光電傳感器及智能技術(shù)，精度比常規(guī)監(jiān)管手段高出很多。我國科學家發(fā)明的基于激光成像技術(shù)和人工智能的監(jiān)控系統(tǒng)，可在45公里遠處實施目標識別[3]。

新一代智能光電傳感器將具有分析、判斷、自適應(yīng)、自學習的功能。近年研發(fā)的基于雙目視覺技術(shù)的3D 感測方案，具有低功耗、高靈敏度特點，在機器人和VR等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用[4]。智能技術(shù)與光電技術(shù)的結(jié)合，能夠為內(nèi)河監(jiān)管系統(tǒng)賦予新的活力，能夠讓水運監(jiān)管系統(tǒng)慧眼如炬。

2? 內(nèi)河監(jiān)管典型應(yīng)用場景需求分析

2.1? 區(qū)域船舶監(jiān)管系統(tǒng)

（1）船舶識別。自動對攝像頭監(jiān)管區(qū)域內(nèi)的船舶進行識別，能夠全天候識別區(qū)域內(nèi)的船舶數(shù)量，并對船舶目標進行實時畫框跟蹤，并在畫面上展示每個目標的屬性信息。

（2）船上人員識別。自動對船上人員進行識別，并對船上人員目標進行實時畫框跟蹤。

（3）船牌識別。通過可見光攝像頭，能夠采集船舶照片，實現(xiàn)對船牌的自動識別。

（4）船舶位置和速度檢測。基于可見光目標或者紅外目標在圖像中的位置，實現(xiàn)船舶的定位、測向、測速，并能夠在實時監(jiān)控畫面中予以呈現(xiàn)。

（5）實時報警。在禁航區(qū)或者橋區(qū)附近，設(shè)定電子圍欄，根據(jù)船舶位置進行判定，一旦發(fā)現(xiàn)有違規(guī)行為，立刻進行報警并對其跟蹤識別，同時實時展示報警信息并顯示目標的抓拍圖。

（6）錄像快速回查。自定義在航船舶的事件錄像，并能夠回放船舶的錄像，提高回查效率。監(jiān)管系統(tǒng)在對違規(guī)船舶進行回查時無須逐幀回放，通過船舶靜態(tài)信息就能快速找出違規(guī)船舶的錄像證據(jù)。

2.2 落水人員監(jiān)測系統(tǒng)

（1）落水人員識別。自動對視野范圍內(nèi)的落水人員進行識別，并統(tǒng)計落水人員數(shù)量。

（2）落水人員定位。基于可見光目標或者紅外目標在圖像中的位置，實現(xiàn)落水人員的定位，并能夠在實時監(jiān)控畫面中進行呈現(xiàn)。

（3）落水人員報警。根據(jù)落水人員識別結(jié)果，發(fā)送報警信息，報警信息包括落水人員數(shù)量、位置，同時實時展示報警信息并對落水人員進行抓拍。

（4）錄像快速回查。自定義落水時刻的事件錄像，只回放人員落水時刻的錄像，提高回查效率。搜救隊伍在尋找事發(fā)時刻時無須逐幀回放，通過落水人員時刻就能快速找出事發(fā)時刻錄像證據(jù)。

2.3 橋區(qū)偏航防撞系統(tǒng)

（1）船舶高度測量。自動對橋梁通航孔附近的船舶高度進行測量，并能夠?qū)Υ爱斍暗膬舾吲c通航孔高度進行比較。

（2）船舶偏航預(yù)警。根據(jù)船舶航向及航速的識別結(jié)果，對下一時刻的船舶運動軌跡進行預(yù)測，如船舶有偏離通航孔所在航線的趨勢，及時發(fā)布預(yù)警信息。

（3）錄像快速回查。自定義碰撞時刻的事件錄像，只回放碰撞時刻的錄像，提高回查效率。監(jiān)管部門在尋找事發(fā)時刻時無須逐幀回放，通過碰撞時刻就能快速找出碰撞時刻的證據(jù)。

通過以上對內(nèi)河典型監(jiān)管場景的需求分析，得知加強內(nèi)河水域的監(jiān)管迫在眉睫。為此，亟待將現(xiàn)有的智能光電技術(shù)引入到本領(lǐng)域中，實施對內(nèi)河水域的全方位、高精度、智能化監(jiān)管。

3 總結(jié)

光電技術(shù)在人工智能領(lǐng)域應(yīng)用占據(jù)重要席位，兩者相互促進、相互交融，不斷推陳出新，迭代升級。隨著光電技術(shù)與人工智能技術(shù)的深度融合，未來在內(nèi)河監(jiān)管場景中的應(yīng)用將不斷取得突破和進步，將更好地助力內(nèi)河監(jiān)管應(yīng)用場景的智能化發(fā)展。

參考文獻：

[1]張帆. 淺談航運新形勢下內(nèi)河海事監(jiān)管技術(shù)的發(fā)展[J]. 交通信息與安全， 2010， 028（006）：91-94.

[2]魏延斌. 智能傳感器技術(shù)研究[J]. 交通科技與經(jīng)濟， 2006（6）：78-79.

[3]我國科學家推出基于激光成像技術(shù)和人工智能的監(jiān)控攝像頭[J]. 光行天下，2019-05-10.

[4]喻楊. 基于結(jié)構(gòu)光和雙目視覺的工件3D重建與測量[D].

基金項目：科技入滇專項“云南省重點通航水域立體監(jiān)管關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用示范”，項目編號：2018IB021