融合航标、AIS与视频分析的电子围栏对于桥区船舶偏航预警应用系统研究

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学术

ACADEMIC

融合航标、AIS与视频分析的电子围栏对于桥区船舶

偏航预警应用系统研究

◎ 岳玮 余锦源 广东省中山航道事务中心

摘 要：针对桥区船舶偏航这一工程界的热点问题，分析了典型桥梁船撞事故产生原因。

以此为基础，提出了基于航标、AIS与视频分析技术相融合的智能桥梁防撞偏航预警系统

解决方案。通过航标、AIS与高清摄像机的递次架设并结合智能视频分析技术构建了从架

设、探测、跟踪到预警的全方位、立体化的监控预警体系，实现对目标偏航与危险船舶实

时、精准的监控以及对航标的定位、养护，为解决船舶偏航纠偏难题、保障桥梁安全提供了

合理有效的途径。

关键词：视频分析；智能化；防撞预警；系统研究

1.引言

带，位于西、北江下游出海处，北接桥梁都有着关系关联。此外在洪水无法同步水位信息给相关船方或部

广州市和佛山市，西邻江门市，东南期水流快、水位高，桥区航道流态变门；无故障主动提醒功能，单次设备

中山市地处珠江三角洲河网地侥幸及冒险心理通航导致船舶接触设备数据是否准确，没有对外接口，

尺度、疲劳驾驶、不熟悉航道、存在字显示是否准确；无法判断净高检测

船舶撞桥事故发生。本项目建设的桥区船舶防撞偏口西岸重要的先进制造业城市和现

化显著，通航净空降低，通航环境复损坏排查时间长、维修费用高、维护连珠海市，东隔珠江口伶仃洋与深圳

杂，船舶操作难度大等，也容易导致不及时。市和香港特别行政区相望。作为珠江

展，船舶吨位不断增大、长度高度也手段来提升航道运行的安全性，精业基地34个，省级技术创新专业镇15

随着中山市水上交通运输的发航预警应用系统是利用现代化检测代服务业基地，中山市拥有国家级产

船舶安全行驶路线并及时进行警示户中山世界500强企业有24家。拥有一、外来船舶对水域不熟，原有航道

和录像，有效避免偏航船舶进入桥梁装备制造、健康医药、电子电信、灯上的部分桥梁净高尺度不达标对船

品等10大产业集群。设施及桥梁安全，刻不容缓，同时对消除交通隐患，方便相关部门的跟进

个，省级以上名牌名标483个/件，落不断增加，桥梁建设时间不同标准不确检测出船舶是否偏航、提醒偏航

饰光源、家用电器、金属制品、纺织舶安全航行造成了很大的隐患，在当非通航区域而造成船桥意外事故。

随着大湾区布局推进，中山的城惠及民生的水陆交通安全出行具有取证，为航道交通安全保驾护航；其

服装、家居家具、精细化工、特色食前经济社会转型升级，高度重视航标该系统有利于提高水陆交通安全、

重要意义。次，桥区船舶防撞偏航预警应用系统市地位快速提升，水陆交通快速发

采用精准可靠的航标、AIS及视频分展，港口及内河通航船舶在行驶过当前存在问题：对于靠近航标设

因素影响等特点；具有航标划定通航安全造成了严重影响。经分析，造成内船舶流量无法监控及预测，无法为

析技术。其具有覆盖区域大、监控目程中与航标及桥梁发生触碰的风险施的船舶无法提前告警通知，发生碰

标多、监测速度快，不受环境及气候持续升高，对桥梁通行安全和航道撞事故后无法追责、追偿；对于航道

范围、AIS自动跟踪移动目标与视频船舶撞桥事故的原因与船舶驾驶员航道扩能升级提供有效数据依据；

自动联动监控目标的多重功能，适用不清楚自己的船的高度，在桥区水域没有摄像头的记录和监控，无法判断

凭经验或者肉眼判断桥梁通航净高现场净高显示屏是否存在损坏及数于桥墩防撞预警、水上安全防范和救

珠江水运 2022 16

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助、航道航标养护等，为大桥通航安（3）采集违反通航秩序行为。测仪可实现流域覆盖，AIS单台设备

全提供强有力的技术保障与支持。提前发现违规行为，提高水上安全服可覆盖区域20公里范围接收面积。

2.融合防撞偏航预警系统

2.1系统建设的必要性

需要频发，这些自然灾害及其引发的灾害匹配航道ATL-M检测仪数据，比对

2.1.1加强航道通航水域综合治理的（1）江、海上台风和地质灾害中心，船只进入桥区范围，电子围栏

统的建设，利用了物联网、北斗卫星人民生命财产安全。有效检测水位异目标的位置、距离、方位、速度等信

定位、视频AI、AIS船舶识别、VHF息，将目标在卫星地图上实时显示其常、现场可视化，对水上应急指挥调

语音告警通知、云计算等高端技术，运动轨迹，同时，前端摄像机自动联度工作是个巨大的挑战，对航道航标

建设GIS平台，用图像识别深度运智能电子围栏系统的应用有着强烈动跟踪运动船只进行抓拍和近景识

术、视频AR技术，实现对全流域水报警。（2）航道航标智能电子围栏系

位及通航净高预测分析，提高水域监统，围绕航道的水域情况，设置在重

管力度，保障水上交通安全。点水域一线的水位、AIS、视频监控系统采用设定多重电子围栏区

（1）航道航标智能电子围栏系AIS接收数据，通过数学模型解算出链，特别在极端天气期间，严重威胁

务水平。当运动船只进入到AIS接收范围时，

需要信息通过通信网络发送到后台控制

2.1.3提高水上应急指挥调度水平的AIS船舶自动识别单元将接收到的

别，系统自动联动报警设备发出声光的实际需求。用、视频追踪联动技术、智能识别技

2.3系统提醒设计

内涝、用水安全、水生态景观等方面于船舶AIS动态轨迹数据、进出港数的AIS探测到进入桥区设定范围船

要的作用。测，云平台匹配航标定位计算船舶的警通知、水文气象等数据，利用大数

（3）随着社会的发展和进步，政实时位置、坐标经纬度、航行方向、据分析平台，结合机器学习工具和算

（2）充分利用现有信息资源，基网络，在面对洪水、台风暴潮、城市域的方式进行提醒和预警。当桥梁

防灾减灾指挥调度可以发挥至关重据、采集的视频数据、VHF语音告舶目标后，系统对船舶进行跟踪监

府部门执法越来越注重对执法过程与当前设备距离、与桥梁距离、当前法，深度挖掘船舶运行规律以及载运

的全记录和执法证据的保存，其中视船舶速度等，根据船舶在区域中的规律等，准确获取水位异常信息、跟

水上视频监控系统以其客观现实的通知。及搜查救援能力和效率，做到通航水

特点，能够为相关单位提供真实直观当船舶进入电子围栏设定的预域的智能监管，营造良好的水上、海

了重要作用。发展的需要的危险程度，对可能发生的危险目标

频监控设备是重要的辅助手段。而位置、行驶路线、速度等发出提醒及踪重点船舶，提高水位信息监管能力

且强有力的要件支撑，增强了广大群上环境。警区域时，系统将根据获取船舶的长

2.2系统架构设计

2.1.2提升营商环境，服务经济社会众的认同感，也对完善水上执法发挥宽高、航行节数、航向等，判断船舶

决策的支持大力推动数据共享和交依附现有航标设施，加装一套

换，促使管理部门、地方海事、地方该系统构成的核心设备主要包ATL-M检测仪、小型电池组，实现航

航道部门之间持续共享，实现信息道1公里范围电子围栏自定义、AIS船含：ATL-M检测仪、AIS船舶自动识

的互联互通，及时、准确获取数据，舶自动识别单元、VHF远程喊话通别单元、VHF远程喊话通知、水位

政策。采集、测试及日常运行维护检测。摄像机、控制管理系统、辅助照明设

多角度、全方位的看问题和进行决知、水位检测、普清视频数据传输、检测、普清视频数据传输、云数据计

策，从而制订更科学更有效的方针云数据计算分析，便于开展净高数据算分析、物联网传输模组、高速智能

（2）提升通航水域安全水平，有本系统采用上/下游航标及AIS备等。

（1）通过共享数据应用对业务发出预警，避免事故的发生。

2.4系统硬件设备

为核心，构成航标定位+船舶自动识（1）通过ATL-M，可以设置电利于本地水运经济的可持续发展，大

别单元+视频全天候电子围栏防撞量货运必经航道输送。只有重点关子围栏区域，获取过往船舶信息，计

预警系统，覆盖桥梁上、下游水域范注并切实提升辖区水域的通航安全算船舶航迹向，预测是否偏航；实时

围，实现水域桥梁防撞功能。水平，确保公路和水路运输的安全通播报1公里范围内水域通航净高；实

电子围栏运用卫星定位原理，对畅，才能更加有利于营造相关区域良时获取水位涨、降幅信息；实时采集

好的宜居和营商环境。覆盖区域进行信号接收，ATL-M检到各个设备在线状态以及供电状态，

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若发生设备离线等的情况，现场可以行统一管理；整套基于融合航标、AIS与智能视频

通过在线检测模块用数据专线的方（4）网页服务器功能，为用户浏分析技术的船舶偏航预警应用系统，

式对运维服务单位及航道事务中心文中列出了系统的具体解决方案；通览运行状态、查询、统计提供服务；

进行告警提醒，并及时修复；在系统（5）大数据统计功能；过设备及云技术结合分析的方式，从

中显示通航净高数据，同时能针对异（6）电子围栏区域自定义功能；多角度监控预警体系，实现针对目标

常数据进行系统提醒；划定有效航行船舶实时、精准与有效的监测提醒。（7）黑名单功能；

步控制管理系统；（9）APP端及微信端多终端预航导致的碰撞桥梁问题提供可行高

（2）AIS船舶自动识别单元全警及视频查看功能；效的解决途径，融合航标、AIS与视

电子围栏区域，对闯入目标监测并同（8）为其他应用提供数据接口；该方案的提出与实施可以为船舶偏

天候对河流水面船只等运动目标进（10）自动水尺数据回传后净高频分析的电子围栏系统的建立能检

行实时探测与跟踪，标绘其运动轨测航运船舶流量以及维护航标设施数据的后台测算功能；

踪和识别。用价值。置报告线，形成根据风电场形状形成

（3）高速智能摄像机实施24小的包围线，船舶进入设置区域后，系

迹，判定其威胁程度，对目标进行跟（11）在航标周边1公里范围设提供依据和保障，具有很好的推广应

时不间断录像，对航标周边及码头、统启动提醒警示功能，对船舶发送甚

禁航区、禁停区进行监视、监管，防高频（VHF）语音广播信息提醒船舶

本地及后台服务器端；

（4）云计算分析，判断是否有黑2.6.1分层架构设计

止航标设施被破坏并把录像保存在禁止违规作业并避开航行。

名单船舶、超速船舶进入监管区，并传感器层： IP化VHF系统，维

实时上报后台，实现非现场智能化监护方便，降低成本；采用高清CCTV，

管；通过云平台存储各类型监测数具备出色的编码性能、专业图像处理

未来长时间的数据存储储备；网络层：通过互联网、移动通信

据，并保障各类数据的存储安全，服及智能分析算法。采用AIS设备获取

务器具有足够大的存储容量来保障船舶的航行动态。

区所有已安装净高显示设备的桥梁进行数据交互，采用出色的数据编码

净高显示管理系统，实现中山航道事技术，可有效降低网络带宽。

务中心对辖区航道所有净高显示设平台层和数据层：采用虚拟化技

业务管理平台的数据兼容和对接。据存储管理技术：Oracle进行结构

2.5系统管理平台的功能描述

备、数据（含视频数据）的同一系统术，多重冗余设计，具备安全可靠、

（5）建立中山航道事务中心辖网络、光纤专网、微波网等多种网络

2.6系统功能实现

管理，并满足中山航道事务中心综合维护方便、可扩展性良好等优点。数

（1）通航净高故障监测预警系memcach内存数据库、JStorm流

数据处理。统软件由界面程序、后台服务程序

化数据管理、专用流媒体管理服务、

展现层：采用SOA面向服务技两部分组成，主要功能是接收、显

示、保存、查询、显示屏远程开关控术，基于WebServer架构，支持

功能；三方系统互联互通。

制、打印故障信息，同一桥梁上下游web、PC等多端访问；提供软件api

3.结语

显示屏数据显示不一致时自动关屏接口和标准硬件接口，可以快速与第

维服务及故障报表统计功能；

（2）备份数据及日、月、年度运

（3）提供通航净高故障管理系本文通过对当前桥梁碰撞问题

统，能够对所管辖区桥梁净高设施进的原因分析，按照实际需求构建了一