智慧航道船舶流量监测设备及方案

近年来，随着经济快速发展，交通基础设施建设进入快速发展期，同时伴随水运经济发展的需求，船舶大型化发展、海船进江等情况的出现，辖区每年因船舶驾驶员不熟悉航道而导致船舶偏航、搁浅、触碰桥梁水厂等敏感建筑物水上交通事故（险情）不断增多。与此同时，部分船舶为逃避*部门监管，故意关闭AIS设备，导致水上交通智能管理系统平台无法识别该船舶，无法对其实施有序管理，从而出现船舶随意追越、不靠右行驶等行为，严重影响航道的正常通航秩序，存在重大安全隐患。
船舶流量数据是单位时间内，通过水域中某一地点的所有船舶的数量、航向、总吨位等统计数据的集合；是表征给定水域水上交通状况的基本量，是内河水运的重要信息，船舶流量观测也是各级港航管理部门的重点工作之一。同时也是航道发展定位、基础设施建设以及航道管理策略制定等决策的重要依据。
系统介绍
船舶流量数据是单位时间内，通过水域中某一地点的所有船舶的数量、航向、总吨位等统计数据的集合；是表征给定水域水上交通状况的基本量，是内河水运的重要信息，船舶流量观测也是各级港航管理部门的重点工作之一。同时也是航道发展定位、基础设施建设以及航道管理策略制定等决策的重要依据。
1.4建设目标
通过对航道船舶流量观测系统的建立可以达到如下目的：
（1）对过往船舶进行安全预警提示，有效预防通航事故的发生。
（2）对过往船舶的AIS设备进行检测，一旦发现船舶违规关闭AIS设备，系统自动通过无线电台警告违规船舶，并且自动拍摄录像取证。
（3）实施区域航道AR（增强现实）可视化远程监控，提升管理水平。
（4）通过该航道安全智能预警系统的示范带动作用，为水利、*、航道等部门科学化运营管养水平的提升提供重要支撑。
1.5系统结构
采用现场卡口单元-内网服务器-用户模式，即B(浏览器)/S(服务器)模式，也是当前监控系统主流的方式，现场卡口单元分布在各个监控点，通过光纤或4G信号与内网服务器传输信息备份数据，现场卡口单元采用高档工业控制计算机主机或**服务器，内网服务器根据需要可以架设在管理部门，使用者可以在任何地方通过浏览器访问现场卡口单元数据，并可以对现场设备实施控制；系统利用AIS的原理在卡口区域范围设置虚拟航标，当船舶靠近虚拟航标时，船舶自身的AIS系统会自动发出警告信息，提醒船舶驾驶员。
2总体建设方案
2.1设计原则
为了较大限度的避免重复投资和浪费，本设计将以形成资源共用、实用性强、操作简便、接口开放的原则设计。具体建设原则和策略如下：
技术先进、稳定可靠
系统可靠性是系统长期稳定运行的基石，只有可靠的系统，才能发挥有效的作用。本方案从系统设计理念到系统架构的设计，再到产品选型，均持续秉承系统可靠性原则，采用成熟的技术，具备较高的可靠性、较强的容错能力、良好的恢复能力及防雷抗强电干扰能力。
兼容度高、扩展性强
充分考虑扩展性，采用标准化设计思维，严格遵循相关技术的国际、国内和行业标准，确保系统之间的透明性和互通互联，并充分考虑与其它系统的兼容性，在设计和设备选型时，科学预测未来扩容需求，进行余量设计。采用模块化结构，便于系统扩容、升级。系统在做底层区域的扩增时，只需配置前端系统设备、建立和监控中心的连接，在管理平台做相应配置即可，软硬件无须做大的改动。
管理方便、维护简单
系统采用全中文、图形化软件实现整个监控系统管理与维护，人机对话界面清晰、简洁、友好，操控简便、灵活，便于监控和配置；采用稳定易用的硬件和软件，完全不需借助任何**维护工具，既降低了对管理人员进行专业知识的培训费用，又节省了日常频繁地维护费用。
**层设计、分步实施
全面、系统地规划设计总体框架，做好监控平台的**层设计，提出总体思路和建设要求，明确技术路线，分步骤有序进行实施。
综合分析、安全至上
综合考虑设备安全、网络安全和数据安全。在前端采用完善的安全措施以**前端设备的物理安全和应用安全，在前端与监控中心之间必须**通信安全，采取可靠手段杜**前端设备的非法访问、入侵或攻击行为。对数据的访问采用严格的用户权限控制，并做好异常快速应急响应和日志记录。
2.3技术对比
水路交通系统中获取目标船舶信息的方式主要有几种：雷达成像监测方式、激光三维扫描监测方式、视频智能分析系统、AIS监控方式等。
（1）雷达成像监测方式
雷达成像监测是一种根据目标反射无线电波的原理来进行测量的技术手段。通过发射雷达波、并接收目标的反射回波，来确定目标的大致位置与轮廓。
该方式需要建设VTS雷达系统，一般在*系统作为船舶安全监管使用，建设成本较高，且不能获取船舶的精确尺度数据和空重载、货种等信息。
（2）激光三维扫描监测方式
激光三维扫描监测是采用激光测距传感器组作为船舶基本数据的采集手段，连续发射激光波，对航经观测断面的船舶进行扫测，提取船舶特征数据，实现船舶数量、航向、吨位、空重载等信息的主动感知。在形态分类和时空数据连续特征提取等计算技术的支持下，结合自适应误差控制法等创新算法，实现对内河船舶的24小时全天候自动监测和统计。
由于激光传感器的指向性好，分辨率高，可以获得毫米级的船舶三维数据，且不受昼夜、光照、气候等观测环境因素的影响、可实现7X24小时全自动无间断连续观测。由于目前激光传感器的成本较高，该方式的建设费用较高，不利于大范围应用。
（3）视频监控方式
运用图像识别的方法，借助摄像头获得的视频信息，对航道过往船舶进行智能处理，从而获取船舶的尺寸和运行状态等信息。
图像识别技术已广泛运用在公路交通、安防保卫等领域；但在内河航运领域的应用时间尚不长，还未形成成熟的应用，特别是航道监控区域广阔，夜间补光效果不佳，也限制了视频方式在船舶流量自动观测领域的应用。
（4）AIS监控方式
AIS监控是通过**的岸基设备接收船载终端（或电子标签）的数据，确定船舶的身份，从而实现船舶流量的监测。
目前，AIS系统主要由*部门建设，航道部门可通过数据共享的方式获取相关数据。但由于内河船舶的AIS开启率不高，监测统计数据质量受到较大影响。
2.3设计方案
本次广东省智慧航道建设项目将建设覆盖全省的船舶流量监测网络，考虑到数据质量、工程造价等多方面因素，拟区分监测需求、采用多种类监测终端的建设方式，设计方案如下：
（1）AIS方式进行广域覆盖
通过共享交通运输部南海航海**中心的*AIS数据，并在*AIS盲区适当补充AIS岸基设备，建设覆盖广东省航道全域的船舶流量监测网络，对于船舶总数量不完整（据实地勘测，省内的内河船舶AIS开启率典型值为40%~60%）和船舶信息不全（一般缺少空重载、船舶吃水深度和出水高度数据）的情况，采用激光和视频两种方式进行数据补充。
（2）激光三维扫描方式进行重点监测
激光三维扫描可以直接获取船舶的三维尺度信息，经数据处理后可获得高精度的船舶监测数据，且激光方式的船舶流量监测终端一般集成了AIS和视频设备，可获取全面的船舶信息。因此在干线航道的起讫点、重要支流的交叉点配布该类终端可采集高质量的船舶流量数据，且该类终端输出的高精度船舶出水高度信息可作为桥梁防撞的基础数据使用。
（3）视频智能分析方式进行加密监测
视频智能分析在光照较好的场景下数据质量较高，虽不能直接测量船舶尺度、但可通过船名船号自动识别和双目视频分析等方法进行间接测量，满足船舶流量监测的大部分需求，作为AIS和激光之间的一种补充手段，提高船舶流量直接观测点位的密度。