遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)在航標(biāo)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用

龔凌

（交通運(yùn)輸部南海航海保障中心北海航標(biāo)處，廣西 北海 536000）

1 航標(biāo)監(jiān)測(cè)的現(xiàn)狀和需求

航標(biāo)是引導(dǎo)船舶航行、定位和標(biāo)識(shí)礙航物與表示警告的導(dǎo)航設(shè)備，為各種水上活動(dòng)提供安全信息，對(duì)海上航行安全起到至關(guān)重要的作用。航標(biāo)大多位于環(huán)境復(fù)雜、船舶來(lái)往密集的航道附近，特別是港口航道口門(mén)處的航標(biāo)，其地理位置比較特殊，容易受到損壞（見(jiàn)圖1 被碰撞損壞的航道航標(biāo)）。

圖1 被碰撞損壞的航道航標(biāo)

航標(biāo)的電流電壓、位置等數(shù)據(jù)主要依靠遙測(cè)遙控系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，而對(duì)航標(biāo)外觀(guān)視覺(jué)方面的監(jiān)測(cè)目前主要依靠現(xiàn)場(chǎng)巡視巡檢，航標(biāo)管理人員缺乏遠(yuǎn)程對(duì)航標(biāo)外觀(guān)狀況及周?chē)h(huán)境做出合理、有效判斷的途徑，從而影響修復(fù)航標(biāo)的效率。

航標(biāo)在被碰損后，對(duì)肇事船舶的排查和追責(zé)也缺乏有力的視頻證據(jù)。航標(biāo)管理人員需要找到切實(shí)可行的監(jiān)測(cè)方法，更快、更準(zhǔn)、更高效地對(duì)航標(biāo)外觀(guān)狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)監(jiān)控。

2 進(jìn)行“港口全域視頻遠(yuǎn)程回傳系統(tǒng)”研究的目的

為了解決航標(biāo)外觀(guān)監(jiān)測(cè)監(jiān)控難的問(wèn)題，探索航標(biāo)巡檢新模式，節(jié)約維護(hù)成本，提高航標(biāo)監(jiān)管能力、服務(wù)水平，提高海洋數(shù)據(jù)、海上交通監(jiān)管數(shù)據(jù)的采集能力，進(jìn)一步提升北海航標(biāo)處信息化水平，減輕一線(xiàn)職工的工作負(fù)擔(dān)，加強(qiáng)航道口門(mén)的航標(biāo)效能監(jiān)控，北海航標(biāo)處進(jìn)行了“港口全域視頻遠(yuǎn)程回傳系統(tǒng)”的研究和應(yīng)用。

“港口全域視頻遠(yuǎn)程回傳系統(tǒng)”是通過(guò)在轄區(qū)范圍內(nèi)重點(diǎn)港口雷達(dá)站等高點(diǎn)安裝全天候高清攝像機(jī)，使用專(zhuān)線(xiàn)將圖像畫(huà)面回傳指定地點(diǎn)的。同時(shí)，該攝像機(jī)還可實(shí)時(shí)反饋海況、了解浪高潮汐等情況，為航標(biāo)管理人員合理安排出海作業(yè)、輔助安全生產(chǎn)等工作提供依據(jù)和支持。

北海航標(biāo)處特別對(duì)該課題的主要設(shè)備及后續(xù)的安裝、維護(hù)、保養(yǎng)及技術(shù)規(guī)范等提出了相關(guān)要求：

第一，在高點(diǎn)安裝的全天候雙光譜成像激光夜視云臺(tái)攝像機(jī)，可水平方向360°旋轉(zhuǎn)，360°連續(xù)旋轉(zhuǎn)，垂直方向達(dá)到-45°～+45°移動(dòng)。

第二，設(shè)備具備防水、防塵能力，防護(hù)等級(jí)達(dá)到IP66。

第三，使用專(zhuān)線(xiàn)將圖像數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)回傳至指定地點(diǎn)。

第四，攝像機(jī)鏡頭焦距可達(dá)700mm 以上，60 倍及以上光學(xué)變焦。

第五，系統(tǒng)設(shè)備售后維保服務(wù)優(yōu)質(zhì)。

第六，系統(tǒng)客戶(hù)端軟件安裝齊全、相關(guān)人員技能達(dá)標(biāo)。

第七，攝像機(jī)等主要設(shè)備具備防塵、防銹功能。

第八，需滿(mǎn)足其他相關(guān)要求。

3 “港口全域視頻遠(yuǎn)程回傳系統(tǒng)”的研究和應(yīng)用

3.1 內(nèi)容及方向

港口口門(mén)處監(jiān)控力量薄弱，對(duì)于此處發(fā)生事故后的應(yīng)急反應(yīng)不夠迅速，需要其他單位或船舶發(fā)現(xiàn)情況后向航標(biāo)管理人員進(jìn)行報(bào)告。經(jīng)過(guò)研究，北海航標(biāo)處決定在重點(diǎn)港口（北海、鐵山、欽州、防城）的高點(diǎn)安裝全天候攝像設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)港口口門(mén)的實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控，并使用專(zhuān)線(xiàn)運(yùn)營(yíng)商電路將視頻圖像回傳至辦公地點(diǎn)，達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)控目的。

3.2 設(shè)備性能指標(biāo)

為確保攝影圖像清晰度高、穩(wěn)定性好，能滿(mǎn)足日常的監(jiān)測(cè)需要，選擇“超視距攝像機(jī)”作為課題的核心設(shè)備。根據(jù)北海航標(biāo)處轄區(qū)燈塔上搭載的高清攝像球機(jī)的使用情況與實(shí)際工作需要進(jìn)行綜合考慮，研究人員對(duì)高清攝像機(jī)的性能提出了以下技術(shù)要求：

第一，清晰度可達(dá)到識(shí)別2 公里外車(chē)牌的精度。

第二，紅外與激光技術(shù)、設(shè)備防水能力，均具備全天候運(yùn)行的條件。

第三，能自動(dòng)巡航，可水平方向360°旋轉(zhuǎn)，360°連續(xù)旋轉(zhuǎn)，垂直方向-45°～+45°。

第四，采用專(zhuān)線(xiàn)將圖像回傳至處辦公樓。

第五，有較好的圖像傳輸穩(wěn)定性。

3.3 選取候選機(jī)型

為確保攝影機(jī)選取的權(quán)威性和可靠性，北海航標(biāo)處從眾多機(jī)型中選出了3 款機(jī)型，分別是：

其一，華瑞通HRC-P6300 重載云臺(tái)攝像機(jī)；

其二，海康威視DS-2TD8136QB-SXHB 重載云臺(tái)攝像機(jī)；

其三，?？低旸S-2TD8136YH-XSBHRR 重載云臺(tái)攝像機(jī)。

這3 款機(jī)型都搭載有高清攝像機(jī)及長(zhǎng)焦鏡頭，觀(guān)測(cè)距離遠(yuǎn)、精度高，同時(shí)擁有紅外夜視功能，能進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)，滿(mǎn)足基本性能要求。

3.4 實(shí)地測(cè)試

為實(shí)地了解攝像機(jī)的實(shí)際表現(xiàn)情況，委托專(zhuān)業(yè)機(jī)構(gòu)對(duì)以上三款重載云臺(tái)攝像機(jī)進(jìn)行測(cè)試，并形成測(cè)試報(bào)告，報(bào)告如下：

3.4.1 采集測(cè)試數(shù)據(jù)

（1）日間測(cè)試數(shù)據(jù)：可見(jiàn)光情況下，獲取測(cè)試標(biāo)靶位 于1.6 公 里、3.5 公 里、5.5 公 里、8.3 公 里4 個(gè) 距 離 情況下的圖像、活動(dòng)視頻及對(duì)應(yīng)的鏡頭焦距數(shù)據(jù)。

（2）夜間測(cè)試數(shù)據(jù)：夜間激光補(bǔ)光情況下，獲取測(cè)試標(biāo)靶位于1.6 公里距離情況下的圖像，活動(dòng)視頻及對(duì)應(yīng)的鏡頭焦距數(shù)據(jù)。

3.4.2 測(cè)試數(shù)據(jù)一

設(shè)備：?？低旸S-2TD8136QB-SXHB 熱成像雙光譜重載云臺(tái)攝像機(jī)一臺(tái)[三窗結(jié)構(gòu)，帶激光補(bǔ)光，有效距離3000m。最大圖像尺寸：384×288 像素。焦距（鏡頭）：100mm。視場(chǎng)角：3.7°×2.8°?？梢?jiàn)光鏡頭：6.7～330mm。支持光學(xué)透霧。水平方向360°連續(xù)旋轉(zhuǎn)，垂直方向-45°～+45°。防護(hù)等級(jí)：IP66]。

安裝于銀灘皇冠假日酒店頂樓，鏡頭焦距為330mm，標(biāo)靶放置在1.6 公里，3.5 公里，5.5 公里3 個(gè)位置（見(jiàn)圖2），所獲得數(shù)據(jù)情況（見(jiàn)表1、表2）：

表1 皇冠酒店頂樓日間測(cè)試數(shù)據(jù)

表2 皇冠酒店頂樓夜間測(cè)試數(shù)據(jù)

圖2 安裝在銀灘皇冠酒店頂樓攝像機(jī)示意圖

3.4.3 測(cè)試數(shù)據(jù)二

設(shè)備：海康威視DS-2TD8136YH-XSBHRR 熱成像雙光譜重載云臺(tái)攝像機(jī)[三窗結(jié)構(gòu)，帶激光補(bǔ)光，有效距離3000m。最大圖像尺寸：384×288 像素。焦距（鏡 頭）：30～150mm。視 場(chǎng) 角：12.4°×9.3°～2.5°×1.9°?？梢?jiàn)光鏡頭：12.5～775mm。支持光學(xué)透霧。水平方向360°連續(xù)旋轉(zhuǎn)，垂直方向-45°～+45°。防護(hù)等級(jí)：IP66]。

安裝于銀灘中信國(guó)安北海第一城頂樓。鏡頭焦距為775mm，標(biāo)靶放置在8.3 公里位置（見(jiàn)圖3），所獲得數(shù)據(jù)情況（見(jiàn)表3）。

表3 中信國(guó)安北海第一城頂樓日間測(cè)試數(shù)據(jù)

圖3 安裝在銀灘中信國(guó)安北海第一城頂樓攝像機(jī)示意圖

3.4.4 測(cè)試結(jié)論

（1）330mm 鏡頭在日間的有效觀(guān)察距離約3.5 公里，極限距離約5.5 公里。

（2）330mm 鏡頭配合激光補(bǔ)光在夜晚的有效觀(guān)察距離約2 公里。

（3）775mm 鏡頭在日間的極限距離約8 公里。

經(jīng)測(cè)試，三款設(shè)備基本滿(mǎn)足需求，775mm 攝像可看清8.3 公里之外的樓層建筑字眼，經(jīng)過(guò)綜合考慮后確定華瑞通HRC-P6300 重載云臺(tái)攝像機(jī)為使用機(jī)型。

4 應(yīng)用情況

經(jīng)過(guò)前期研究，完成“港口全域視頻遠(yuǎn)程回傳系統(tǒng)”設(shè)備的安裝工作，跟蹤收集相關(guān)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)際使用情況進(jìn)行調(diào)整，最終獲得較好的使用效果，其主要設(shè)備的實(shí)際使用情況如下：

4.1 高清透霧攝像機(jī)與高清透霧自動(dòng)聚焦長(zhǎng)焦鏡頭

自動(dòng)聚焦、感紅外、透霧功能良好，視頻幀數(shù)與碼率均達(dá)標(biāo)，在夜晚及霧天環(huán)境下視頻圖像依然清晰，12.5～775mm 連續(xù)光學(xué)變倍效能完好，能夠滿(mǎn)足夜間及能見(jiàn)度不良等情況下的較遠(yuǎn)距離視頻監(jiān)控需要。

4.2 重載變速球型云臺(tái)

重載變速球型云臺(tái)能夠水平360°連續(xù)旋轉(zhuǎn)，無(wú)限位，垂直角度為-45°～+45°，支持自動(dòng)巡航，可設(shè)置80個(gè)預(yù)置位，抗風(fēng)性能較好。在中低倍率（＜400mm）的情況下，視頻成像清晰銳利，畫(huà)面穩(wěn)定，在大風(fēng)暴雨環(huán)境下均能正常工作，能夠滿(mǎn)足對(duì)港口航標(biāo)的日常巡檢及監(jiān)視需要。

4.3 高密度野外防護(hù)罩與三防設(shè)計(jì)

設(shè)備搭載有一體化防護(hù)罩和遮陽(yáng)板，能自動(dòng)控制溫度，確保設(shè)備運(yùn)行正常；同時(shí)進(jìn)行了“防鹽霧、防潮濕、防霉菌”的三防處理，在近海環(huán)境下能保持較長(zhǎng)時(shí)間無(wú)銹蝕，極大減少了相應(yīng)的維護(hù)成本。

4.4 功能模塊獨(dú)立

每個(gè)功能模塊都有獨(dú)立的供電系統(tǒng)。設(shè)備故障時(shí)，遠(yuǎn)程可以對(duì)各個(gè)功能模塊斷電重啟，不需要整機(jī)重啟和到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行手動(dòng)重啟，處理較及時(shí)、方便，設(shè)備可維護(hù)性好。

4.5 擁有專(zhuān)線(xiàn)協(xié)議

華瑞通品牌重載云臺(tái)攝像機(jī)在數(shù)據(jù)協(xié)議上與原有大華監(jiān)控系統(tǒng)私有協(xié)議兼容，數(shù)據(jù)鏈路穩(wěn)定，可以實(shí)現(xiàn)在大華監(jiān)控系統(tǒng)上對(duì)華瑞通重載云臺(tái)攝像機(jī)的各類(lèi)操控。

5 結(jié)語(yǔ)

遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程觀(guān)察港口海況、過(guò)往船舶等情況，同時(shí)可有效輔助航標(biāo)防碰等事故調(diào)查，觀(guān)察近港水域天氣浪涌等情況，為航標(biāo)管理人員出海巡檢以及應(yīng)急處置故障提供了參考依據(jù)，達(dá)到港口區(qū)域遠(yuǎn)程監(jiān)控目的。

“港口全域視頻遠(yuǎn)程回傳系統(tǒng)”所用的云臺(tái)攝像機(jī)受風(fēng)力影響，在鏡頭伸縮到高倍率（＞600mm）的情況下，出現(xiàn)抖動(dòng)，致使高清攝影鏡頭聚焦效果變差，降低了畫(huà)面清晰度，同時(shí)由于抖動(dòng)造成攝影設(shè)備的頻繁聚焦，加速了設(shè)備老化，減少設(shè)備使用壽命。北海航標(biāo)處會(huì)繼續(xù)探索研究，降低外界因素對(duì)攝影設(shè)備的影響，確保設(shè)備的正常有效運(yùn)行。