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摘要：隨著京杭運河蘇北段通行能力的提高以及船舶大型化趨勢，船閘通行的高效管理成為提高通行效率、保障通行安全的主要抓手。為實現對船舶過閘行為的智能監控，文章基于船舶過閘可能會發生的安全事故類型，對智能監控的需求和方案、重點監控的對象、智能監控的流程、關鍵性技術以及實現的功能等方面進行分析和研究，為船舶智能過閘監控系統的發展提供參考。

關鍵詞：智能監控技術；蘇北運河；船舶過閘

京杭運河蘇北段北起徐州藺家壩，南至揚州六圩口，全長404.5km，是魯、蘇、浙3省的南北水運大動脈，北煤南運的主干道，是京杭運河全線運輸最繁忙的航段，也是江蘇“兩縱四橫”干線航道網的重要組成部分。京杭運河徐揚段擔負著沿線地區大宗物資中轉集散及北煤南運的戰略任務，在長三角地區經濟社會發展中地位十分突出，是一條名副其實的“黃金水道”［1］。隨著京杭運河蘇北段航道等級的進一步提高，航道通行能力不斷得到提升，船舶大型化的需求在不斷攀升，蘇北運河航閘所承載的船舶通過壓力也隨之增大，船閘實際年通過量已大大超過最初的設計通航能力。目前，改、新建的船舶噸位大幅提升，船舶主尺度也不斷增大，這些大型化船舶已對蘇北運河航閘設施以及自身安全構成一定威脅。

1船舶過閘安全事故類型分析

（1）閘門碰撞。對于閘室來說，閘門是最容易發生碰撞，也是最怕發生碰撞的部位。閘門碰撞可能直接導致船閘停航。

（2）閘臺吊船。閘室上閘首部位下有閘臺，如果船舶擱淺在閘臺上，閘室泄水時會導致船舶傾覆。

（3）閘首漩渦。在閘室漲、泄水的過程中，閘首鎮靜段至閘門部位會形成漩渦。如果船舶比較小，形成的漩渦使船舶打轉進而引發安全事故。目前，隨著船舶大型化，此類事故發生的概率已經非常低。

（4）船舶吊纜。由于過閘時，船舶未帶活纜繩，導致閘室漲、泄水的過程中發生船舶吊纜。

（5）船舶夾檔。由于兩條船舶之間未留有足夠的安全距離，導致船舶在閘室漲、泄水的過程中不能隨水位升、降而上下浮動，形成傾覆。

對于以上常見的5類船舶過閘時在閘室里的安全事故，船舶吊纜和船舶夾檔主要需要船閘上、下游閘首值班人員進行判斷，尚沒有成熟可行的技術方案。閘門碰撞、閘臺吊船、閘首漩渦3種事故類型主要集中于閘首鎮靜段至閘門區域。因此，通過對閘首區域的智能監控分析和研究可以實現對這3類事故的預警。

2智能監控系統的需求和方案

在船閘現有視頻監控系統的支持下，實現對船閘內、待閘區航段的關鍵設施的警戒保護和監控，對過閘船舶的進、出閘行為進行警戒和預警，并提供視頻取證［2］。（1）船舶動態行為的監測船舶動態行為的監測主要用于確定船舶速度、距閘室的距離等，以便于預測船舶行為。在船舶有可能會對船閘產生影響的時候提前進行系統預警。（2）船舶異常行為的預警對于船舶異常行為可以提前發出預警，提醒管理人員或閘口調度人員進行處理。（3）船舶異常行為的取證。異常發生時，可以利用視頻監控攝像機拍攝異常行為并將圖像和視頻保存下來，為調查取證提供視頻證據。針對以上對系統的需求分析，擬采取以下方案：（1）在垂直于閘室警戒線的上方安裝監控攝像機，建立對船閘的動態視頻監控。（2）系統通過視頻圖像分析等技術對進、出閘船舶行為以及警戒線區域進行監控，智能判斷可能與船閘設施發生碰撞的情況，提前發出預警，通知監控中心工作人員和閘首值班人員及時制止相關船舶，同時系統自動調用監控攝像機進行拍攝取證。（3）異常行為由系統調用監控攝像機自動進行抓取，管理人員可進行回放查看和分析管理。

3智能監控系統技術應用

3.1重點監控對象的選取

對于船閘來說，需要重點進行監控的是船閘閘門。因為閘門內、外的水位存在一定的落差，閘門如果被船舶碰撞將會導致船閘進、出水出現問題，從而影響船閘的正常使用。同時，船閘閘門又是最容易被船舶碰撞的設施，因此，是船閘的重點監控對象。系統將使用圖像識別的技術來實現，要求圖像能達到一定的質量。通過圖像識別，可以劃定警戒線，在船閘閘門關閉時，如果船舶碰警戒線，系統自動報警。通過視頻監控畫面，系統可以對該監控畫面內的船舶行駛速度和船舶軌跡等行為進行分析。通過對船舶行為的分析，系統可以對船舶的危險行為進行提前預警。在船舶進入閘室時可以計算出船舶的船速，船速超出設定的最大值，系統觸發警報，提醒操作人員立即采取措施進行處理，防止因船速過快導致船舶碰撞閘門等設備設施的情況發生。

3.2智能監控的流程

船舶過閘智能監控系統流程如下：（1）系統通過相關感知設備，監控動態的船舶信息，如船舶速度、軌跡、船舶距船閘的距離等。（2）根據船舶的行為，進行實時監測。通過監測數據計算出船舶距船閘的距離，判斷船舶按照當前速度繼續行駛時，是否會出現碰撞船閘閘門或其他設備設施等異常情況。（3）系統發現異常情況時，自動發出異常信息預警，提醒管理人員及時對相關異常情況進行處理。如果系統未檢測到任何異常情況，則繼續進行監控，收集數據。（4）系統檢測出異常情況后，會自動調用帶有云臺的監控攝像機，對發生異常情況的區域實時進行畫面監控。（5）對于異常情況下的監控畫面狀態，由系統自動抓取，并對圖像數據進行保存。（6）管理人員可以通過系統對已保存的異常情況區域的視頻進行查看和取證。

3.3關鍵技術研究

由于船舶進閘和出閘時，速度并非勻速，因此如何獲取船舶的實時動態狀況非常重要。對于船舶動態監測，一般來說，有以下3種方案［3］：（1）通過船舶GPS位置信息，監測船舶的動態位置信息。該方法是直接利用現有的數據進行處理。但是由于GPS數據自身的誤差限制，船舶GPS數據能否滿足船舶動態監測的技術要求，還需要進一步確認。（2）加裝速度和距離監測設備。速度和距離監控在陸上交通中已經應用得非常成熟，包括公路上的超速監測、防撞監測等。速度和距離的監控手段一般包括通過紅外、激光等硬件監測設備進行監測、通過視頻監控分析等軟件輔助設備進行監測。由于航運自身的特點，陸上的監測設備能否直接應用到過閘船舶的動態監測，需要通過實驗進一步進行確認。（3）通過視頻識別的方式進行監測。通過獲取視頻圖像，并使用圖像識別的手段進行監測，是一種可選的方式。但是由于船舶進、出閘非勻速運動，所以實時監控時，在識別區域，通過分類器的分類數據和實時數據的對比來識別是否存在船舶。對于船舶過閘智能監控系統來說，船舶動態監測是本系統需要解決的關鍵技術之一，該技術的解決，決定了船舶過閘智能監控的具體技術方案的實現。下面研究通過設定標識線、警戒線（測速線）、預警線（測速輔助線）3條線來設定監測的標準。其中，標識線用于區分監測狀態，警戒線（測速線）作為測速觸發線，預警線（測速輔助線）作為測速結算線。3條觸發線的位置可以根據實際情況進行調節。首先，監測狀態的區分。由于閘次可能是上行閘次，也可能是下行閘次，且不斷地切換，相應的監測狀態也需要不斷切換。系統利用通信實現監測狀態的切換，當某閘次的上游或下游的監測狀態已經確定為測速監測狀態時，發送消息到另一個監測程序，使之重置為越界監測狀態。其次，確認監測狀態處于測速狀態。上游監測程序對于監測區域，若在標識線左側最先檢測出船舶時，即將上游監測狀態設置為測速狀態，通過消息設定下游為越界監測狀態；下游監測程序對于監測區域，若在標識線右側最先檢測出船舶時，即將下游監測狀態設置為測速狀態，通過消息設定上游為越界監測狀態。再次，測速實現的原理，當閘室處于測速狀態時，船舶經過測速線時記錄船舶經過該線的時間記為T1，通過一些算法，將非船舶數據過濾掉，當船舶經過測速輔助線時，記錄時間T2，通過已設定的兩線距離S，以及T1、T2之間的時間差（T2-T1）來計算速度V=S/（T2-T1）。如果V大于所設的最大速度，觸發報警并進行行為抓取。

3.4系統功能

根據系統方案、主要流程和關鍵性技術研究，船舶智能過閘監控系統的實現主要包括以下功能：（1）船舶動態監控船舶動態監控模塊獲取過閘船舶的行駛速度、距離等數據；根據船舶速度、距離的關系等分析船舶的行為，并進行船舶行為的預測。同時，結合現有視頻監控系統，調用并顯示過閘船舶當前的動態信息。（2）異常狀況預警當通過船舶動態監控模塊檢測到船舶可能發生異常狀況時，系統啟動異常預警，提醒管理人員注意相關異常信息。預警信息包括異常發生的地點、類型、發生地的實況視頻等。（3）越界警報和抓取當閘室處于越界監測狀態時，船舶超過預警線就會觸發報警。船舶超過警戒線時，觸發報警并進行行為抓取。當系統觸發行為抓取之后，將船速、上下游信息、警報類型、觸發線位置打在抓取的視頻上，留作視頻證據。（4）異常視頻錄制在異常狀況發生時，系統自動啟動對異常情況發生地的視頻進行錄制，并自動進行異常視頻的保存。同時，根據視頻監控系統流媒體服務器的相關設置，將異常視頻加入到流媒體服務器的相應點播點。（5）異常視頻播放對于異常視頻，需要自動保存，并且能夠自動播放。異常視頻的播放需要流媒體服務器的支持，包括流媒體服務器的相關設置和管理、監控點的添加、維護等。有權限的管理人員可以通過流媒體服務器查看相關的異常視頻。

4結語

文章通過信息化技術手段，對蘇北運河船舶過閘行為的智能監控系統進行分析與研究，實現對船舶的動態監控、異常情況預警與取證，可以有效減少船閘關鍵設施受損壞，預防船閘安全事故發生，確保蘇北運河船閘的安全與暢通。

參考文獻

［1］鄭愛華.淺析變頻器在揚州船閘的運用［J］.交通科技，2014［1］（01）：135-137.

［2］豐瑋，王迅，楊本.京杭運河徐揚段智能過閘管理系統的構［1］建與實踐［J］.中國水運，2014（09）：68-69.

［3］思創數碼科技股份有限公司.蘇北運河船舶過閘智能監控［1］系統［R］.2014.

作者：陳剛 單位：京杭運河江蘇省交通運輸廳蘇北航務管理處