利用CCTV 遠(yuǎn)程監(jiān)控中華白海豚活動(dòng)技術(shù)

李書瑭，李律基

（1.中交廣州航道局有限公司，廣東 廣州 510290；2.振華工程有限公司，香港 999077）

0 引言

隨著社會(huì)的發(fā)展，“海洋生態(tài)環(huán)境保護(hù)”的觀念愈發(fā)深入人心，香港國(guó)際機(jī)場(chǎng)第三跑道填海工程（簡(jiǎn)稱香港三跑工程）是大型填海工程，且位于白海豚棲息區(qū)域，施工區(qū)占用水域約800 hm2，高峰期施工區(qū)船舶數(shù)量達(dá)200 條，此類大型海事工程不可避免地對(duì)水體環(huán)境、海豚棲息環(huán)境造成影響，因此社會(huì)關(guān)注度較高。白海豚保護(hù)是海洋生態(tài)環(huán)境保護(hù)重中之重，傳統(tǒng)的做法是在各個(gè)施工點(diǎn)安排海豚觀察員瞭望水面，發(fā)現(xiàn)海豚后予以監(jiān)視，必要時(shí)需停工。但該方案實(shí)施效果并不理想，存在人員責(zé)任心不強(qiáng)、監(jiān)管難度大、成本高、安全風(fēng)險(xiǎn)大等諸多弊端，且人員需求量較大，高峰期共8 組人（2 人/組）進(jìn)行觀測(cè)。項(xiàng)目部一直在尋找一種相對(duì)經(jīng)濟(jì)的方式，通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)，最終確定了船端安裝CCTV 結(jié)合人工遠(yuǎn)程監(jiān)控的實(shí)施方案，實(shí)施效果較好。文中對(duì)該方案的實(shí)施過(guò)程予以描述，具有一定借鑒意義。

1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

香港三跑工程地處香港離島區(qū)大嶼山赤鱲角現(xiàn)有機(jī)場(chǎng)島以北，總投資約2000 億港幣，業(yè)主為香港機(jī)場(chǎng)管理局，設(shè)計(jì)方為英國(guó)Atkins，項(xiàng)目環(huán)保顧問(wèn)為英國(guó)Mott Macdonald，項(xiàng)目獨(dú)立環(huán)保顧問(wèn)為美國(guó)AECOM。

香港三跑工程填海分為6 個(gè)合約，文中工程的合約編號(hào)3206 是其中合同額最大的項(xiàng)目。主要施工內(nèi)容包括填海造地、海堤施工、地基處理（水泥深層攪拌樁、排水板、液壓高速夯實(shí)）等，填海面積約650 hm2，回填工程量約9200 萬(wàn)m3，是綜合性大型填海項(xiàng)目。環(huán)保方面具有社會(huì)關(guān)注度高、環(huán)保要求和標(biāo)準(zhǔn)高、施工和環(huán)保措施透明度高的“三高”特點(diǎn)[1]。

2 白海豚觀察的環(huán)保要求

在當(dāng)今社會(huì)對(duì)環(huán)保要求越來(lái)越高的大環(huán)境下，海事工程對(duì)水體環(huán)境的影響越來(lái)越敏感。本項(xiàng)目處于白海豚棲息地，目前全球中華白海豚數(shù)量?jī)H約2500 條[2]，為防止其進(jìn)一步減少，環(huán)評(píng)文件（EIA）對(duì)香港三跑工程實(shí)施過(guò)程中，白海豚保護(hù)提出了具體規(guī)定：

1） 承包商須委任第三方專業(yè)人士和經(jīng)過(guò)培訓(xùn)的人士擔(dān)任海豚觀察員，每個(gè)施工點(diǎn)需至少配備一組（2 人），輪班工作，觀測(cè)半徑約250 m，若該水域海豚數(shù)量低于某臨界值時(shí)，250 m 的要求范圍將提升至500 m。觀測(cè)人員需配備望遠(yuǎn)鏡、夜視儀等裝置，并按要求做詳細(xì)觀測(cè)記錄。

2） 設(shè)立海豚管制區(qū)，由委任的觀察員連續(xù)觀察海面情況，一旦發(fā)現(xiàn)海豚闖入施工現(xiàn)場(chǎng)，一切水上作業(yè)均立即停止，直至海豚游離施工現(xiàn)場(chǎng)。

3） 采取全方位的白海豚保護(hù)措施[3]。比如：定期檢查環(huán)保帷幕，以免纏繞海豚；機(jī)械設(shè)備采取減震措施，降低聲吶傷害；控制船舶航速，避免撞傷海豚等[4]。

3 傳統(tǒng)白海豚觀察方式

歷年來(lái)，在香港周邊水域?qū)嵤┖Ｊ鹿こ?，必須同步進(jìn)行白海豚觀察。對(duì)于香港三跑工程這種大型填海項(xiàng)目，白海豚觀察歷時(shí)長(zhǎng)，覆蓋水域廣，從項(xiàng)目開工到后期海堤護(hù)面塊體安裝，幾乎貫穿整個(gè)建設(shè)周期。

由獨(dú)立第三方專業(yè)公司共委派十余名專業(yè)人員實(shí)施該項(xiàng)工作，覆蓋5～6 個(gè)施工點(diǎn)（施工船），每個(gè)點(diǎn)安排至少1 組人員（2 人）進(jìn)行輪流觀測(cè)。所有人員均配備了望遠(yuǎn)鏡、夜視儀等專業(yè)設(shè)備，單人單次觀察時(shí)長(zhǎng)約30 min，單人累計(jì)單次工作時(shí)間不得超過(guò)12 h，每30 min 記錄1 次觀測(cè)狀況。

該種工作方式存在諸多弊端：

1） 人工在船上觀測(cè)，存在觀測(cè)盲區(qū)。以海堤施工為例，香港三跑工程的海堤施工船舶為橫雞躉，人員通常要在駕駛艙二層平臺(tái)進(jìn)行觀察，船頭部分水域因A 字架的遮擋，形成盲區(qū)，如圖1所示。

圖1 主輔鏡頭平面布置示意圖Fig.1 The main and auxiliary cameras installation layout plan

2） 觀察點(diǎn)（船）更換頻繁，一定程度上影響施工效率。以海堤施工為例，每載次橫雞躉卸料時(shí)間約5～6 h，海豚觀察人員需頻繁更換施工點(diǎn)（施工船），因海豚觀察員未及時(shí)趕到施工船導(dǎo)致無(wú)法開工的狀況也時(shí)有發(fā)生，在一定程度上影響了施工效率。

3） 頻繁夜間上落船，存在安全隱患。根據(jù)施工安排，人員每天需數(shù)次上落施工船舶，在夜間或海況較差的情況下上落船存在較大安全隱患。

4） 需配置較多組的人員滿足多個(gè)施工點(diǎn)同時(shí)開工，人工成本較高。香港人工成本較高，并且海豚觀察員屬于專業(yè)人士，對(duì)學(xué)歷及專業(yè)均有相關(guān)要求，因此人工成本非常高。

5） 人員吃飯、休息極不便利，工作時(shí)間不固定，需配備專用交通船。海豚觀察員需在施工船上工作，且工作時(shí)間不固定，飲食及休息均無(wú)法得到保證。由于工作時(shí)間不固定，需配備專用交通船負(fù)責(zé)人員交通，進(jìn)一步增加了成本。

6） 不利于業(yè)主及環(huán)保署的監(jiān)管。由于各工作點(diǎn)分布散，距離遠(yuǎn)，因此監(jiān)管難度大。部分海豚觀察員責(zé)任心不強(qiáng)，觀測(cè)工作未按要求嚴(yán)格執(zhí)行，導(dǎo)致實(shí)施效果不夠理想。

4 替代觀察方案的比選

基于以上的弊端，采用新技術(shù)替代現(xiàn)場(chǎng)人工肉眼的觀測(cè)方式，初步設(shè)想為利用CCTV 巡察海面，采用人工智能自動(dòng)識(shí)別白海豚，智能跟蹤，同步報(bào)警；另一種方案是采用人工在監(jiān)控室肉眼監(jiān)控。兩種方案均可有效地減少人員投入，大幅降低成本。

替代觀察方案優(yōu)劣對(duì)比見表1。

表1 替代觀察方案優(yōu)劣比較Table 1 Comparison of advantages and disadvantages of alternative observation schemes

通過(guò)對(duì)人工智能技術(shù)的深入了解，發(fā)現(xiàn)市場(chǎng)無(wú)類似項(xiàng)目的應(yīng)用案例，需重新開發(fā)，耗時(shí)較長(zhǎng)（約3～4 個(gè)月），且識(shí)別率無(wú)法達(dá)到100%[5]。該項(xiàng)技術(shù)在白海豚自動(dòng)識(shí)別領(lǐng)域應(yīng)用不夠成熟，更難以說(shuō)服業(yè)主、環(huán)保署同意該方案實(shí)施。

最終選擇第二種方案，將CCTV 攝像頭安裝在船端，安排海豚觀察員在監(jiān)控室監(jiān)控畫面。具體實(shí)施方案如下：

在海堤施工船舶橫雞躉艏艉各安裝1 部攝像頭，船尾駕駛艙位置安裝主攝像頭，用于巡航大部分水域，船首安裝輔助鏡頭用于觀測(cè)小范圍的盲區(qū)（見圖2）。供電由船上發(fā)電機(jī)提供，視頻數(shù)據(jù)通過(guò)4G 網(wǎng)絡(luò)回傳。海豚觀察員在獨(dú)立監(jiān)控室進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。

圖2 主輔鏡頭實(shí)際安裝位置Fig.2 Actual main and auxiliary cameras installation locations

5 模擬驗(yàn)證試驗(yàn)

5.1 試驗(yàn)鏡頭的選擇

鏡頭分為主鏡頭及輔鏡頭，主鏡頭應(yīng)有20×以上的變焦功能、較好的夜視功能，同時(shí)具備雨刷、360°旋轉(zhuǎn)等基本功能[6]。輔鏡頭采用一般的變焦鏡頭，負(fù)責(zé)小范圍盲區(qū)的觀測(cè)。

通過(guò)市場(chǎng)調(diào)查，最終選購(gòu)了3 組鏡頭進(jìn)行測(cè)試，型號(hào)分別是：

1） 主鏡頭

①Hikvision：DS-2DF9C435IH-DLW

②Hikvision：DS-2DY9437I5X（D）

2） 輔鏡頭：

Hikvision：DS-2DE4225IW-DE

5.2 驗(yàn)證試驗(yàn)

為了驗(yàn)證實(shí)施效果，采用假海豚進(jìn)行模擬測(cè)試，驗(yàn)證了不同鏡頭在白天、夜間，距離250 m及500 m 的觀測(cè)效果。通過(guò)實(shí)際效果，選出了最佳主鏡頭①，該試驗(yàn)結(jié)果也獲得業(yè)主、獨(dú)立環(huán)保團(tuán)隊(duì)的認(rèn)可。

6 實(shí)施中遇到的問(wèn)題及解決方案

業(yè)主對(duì)于雨天觀測(cè)效果，鏡頭巡航時(shí)間、方式，距離測(cè)量等問(wèn)題提出質(zhì)疑，解決方案見表2。

表2 相關(guān)問(wèn)題的解決方案Table 2 Solutions to related problems

圖3 方位、距離判斷示意圖Fig.3 Schematic diagram of orientation and distance recognition

7 應(yīng)用效果對(duì)比

截至2021年3月，該方案已在香港三跑工程正式運(yùn)行1 a 多，運(yùn)轉(zhuǎn)效果良好，獲得了多方的認(rèn)可。相比之前的人工現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，優(yōu)勢(shì)如下：

1） 觀測(cè)覆蓋面更廣，無(wú)盲區(qū)，且夜間觀測(cè)效果更為清晰；

2） 由于在辦公室觀測(cè)，不會(huì)因?yàn)楹ｋ嘤^察員未就位而影響開工；

3） 人員工作環(huán)境得到較大改善，方便就餐、休息；

4） 人員不用出海、上落船，消除了安全隱患[8]；

5） 利于業(yè)主、環(huán)保署隨時(shí)抽檢，實(shí)際實(shí)施效果遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)的觀測(cè)方案；

6） 原本需要3 組6 個(gè)人的工作內(nèi)容，現(xiàn)方案只需2 人便可完成。實(shí)際核算成本相當(dāng)于之前的1/5，為項(xiàng)目部創(chuàng)造了非?？捎^的經(jīng)濟(jì)效益。

8 結(jié)語(yǔ)

新技術(shù)的發(fā)展能為各行業(yè)提供新的解決方案，利用CCTV 觀測(cè)海豚只是遠(yuǎn)程監(jiān)控方面的一個(gè)應(yīng)用，工程人員在項(xiàng)目安全、進(jìn)度、質(zhì)量監(jiān)管方面應(yīng)用新的邊緣技術(shù)進(jìn)行實(shí)踐，可提高管理質(zhì)效。隨著5G、AI 技術(shù)的發(fā)展，或許未來(lái)的海豚觀測(cè)可自動(dòng)識(shí)別，圖像更為清晰，識(shí)別更為準(zhǔn)確、并與其他系統(tǒng)形成聯(lián)動(dòng)，全面替代人工觀測(cè)，實(shí)現(xiàn)智能識(shí)別、動(dòng)態(tài)跟蹤、健康狀況提醒等多方面的應(yīng)用。