淺談海上浮標(biāo)圖像數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)的研究

周健華 張燕

摘 要：航標(biāo)遙測遙控技術(shù)的應(yīng)用與普及，讓航標(biāo)管理者在辦公室中便可掌握海上浮標(biāo)的位置及工作狀態(tài)等實(shí)時數(shù)據(jù)。然而，這些數(shù)據(jù)仍無法全面、直觀的反映浮標(biāo)的整體情況，如浮標(biāo)的結(jié)構(gòu)、涂色等。為了提高航標(biāo)維護(hù)管理水平，豐富海上浮標(biāo)監(jiān)管手段，航標(biāo)管理者研究了一套海上浮標(biāo)圖像數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)，本文就該系統(tǒng)的工作原理、實(shí)現(xiàn)功能及應(yīng)用擴(kuò)展進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞：浮標(biāo) 數(shù)據(jù)采集 航標(biāo)維護(hù)

1.研究背景

在航標(biāo)日常巡檢中，主要檢查航標(biāo)的四要素，即標(biāo)位準(zhǔn)確、燈質(zhì)正確、結(jié)構(gòu)良好、涂色鮮明，如滿足該四要素即可認(rèn)為航標(biāo)效能正常。目前，隨著遙測遙控技術(shù)在航標(biāo)領(lǐng)域的發(fā)展和應(yīng)用，四要素中的標(biāo)位準(zhǔn)確和燈質(zhì)正常可通過航標(biāo)遙測遙控?cái)?shù)據(jù)獲得，從而使航標(biāo)工現(xiàn)場巡檢工作的重點(diǎn)放在判斷航標(biāo)結(jié)構(gòu)是否良好和結(jié)構(gòu)是否鮮明，大大減少航標(biāo)工現(xiàn)場上標(biāo)的次數(shù)和頻率，降低海上作業(yè)勞動強(qiáng)度，航標(biāo)員海上作業(yè)的安全系數(shù)得到提高。

近年來，北海航標(biāo)處在思考如何遠(yuǎn)程監(jiān)控海上航標(biāo)的結(jié)構(gòu)和涂色，隨著移動通信技術(shù)、數(shù)字視頻圖像壓縮等技術(shù)的高速發(fā)展，為遠(yuǎn)程無線監(jiān)控航標(biāo)涂色和結(jié)構(gòu)提供了可能。本系統(tǒng)是以4G/wifi等作為無線傳輸鏈路，研發(fā)海上浮標(biāo)視頻數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對海上航標(biāo)的全方位監(jiān)控。屆時，不僅可以通過現(xiàn)有遙測遙控系統(tǒng)掌握航標(biāo)位置、燈質(zhì)、電壓等工作情況，而且還能通過海上浮標(biāo)視頻數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)監(jiān)控航標(biāo)，讓航標(biāo)員在辦公室就能夠看到海上航標(biāo)，大大減少船舶出海巡檢次數(shù)，降低維護(hù)費(fèi)用，有利于航標(biāo)管理的信息化。

同時也能提高對海上過往船舶的視頻監(jiān)控水平，加強(qiáng)海上突發(fā)事件信息采集，進(jìn)一步豐富航標(biāo)維護(hù)管理手段，解決航標(biāo)碰撞、盜竊等涉及航標(biāo)受損事故的現(xiàn)場取證難、西南季風(fēng)、臺風(fēng)期的航標(biāo)巡檢困難等問題，提升航標(biāo)監(jiān)管能力，豐富航標(biāo)的巡檢手段，提高航標(biāo)服務(wù)水平，提升海洋數(shù)據(jù)、海上交通監(jiān)管數(shù)據(jù)的采集能力。

2.海上浮標(biāo)圖像數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)

2.1 工作原理及技術(shù)指標(biāo)

本系統(tǒng)將GPS、4G傳輸、圖像采集與處理等模塊集成在采集前端，并在前端加入傳感器模塊、工業(yè)控制模塊，嵌入實(shí)時多任務(wù)操作系統(tǒng)和高性能 CPU 處理器，系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定可靠。圖像采集后采用JPEG編碼和先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)丟包容錯技術(shù)，確保流暢的效果跟圖片清晰度。

前置采集終端采用嵌入式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具有體積小集成度高，可靠性強(qiáng)，抗摔抗震性能高，功耗低等優(yōu)點(diǎn)。四位攝像頭全面拍取現(xiàn)場圖片，智能取景，根據(jù)設(shè)備搖擺狀況，自動調(diào)整拍照條件，高效JPEG壓縮編碼，輕松實(shí)現(xiàn)清晰視頻的低網(wǎng)絡(luò)帶寬傳輸，用于無線傳輸全景拍照，網(wǎng)絡(luò)帶寬自適應(yīng)技術(shù)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)帶寬自動調(diào)整圖片速率，內(nèi)置硬件狗，異常自動恢復(fù)，網(wǎng)絡(luò)中斷后可自動連接，保證系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，設(shè)備支持GPS定位功能，定位精度在10m以內(nèi)，支持專業(yè)GIS地圖平臺軟件，功能強(qiáng)大，集成度高，擴(kuò)展方便。支持分級用戶權(quán)限管理，可以劃分不同觀看權(quán)限，控制用戶對圖片資源的觀看數(shù)量。

采用數(shù)據(jù)流加密技術(shù)，保證網(wǎng)絡(luò)通信安全，具有專業(yè)的SSl安全通信服務(wù)，可以定義自己的加密方法，定時和短信休眠，心跳數(shù)據(jù)鏈路多方式共存，能有效節(jié)省用戶數(shù)據(jù)流量費(fèi)用，自動復(fù)位重連，斷點(diǎn)續(xù)傳，該系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

2.2 采集終端結(jié)構(gòu)與安裝

目前該系統(tǒng)已設(shè)計(jì)完成，并在北海港及防城港投入試用，采集終端由端蓋、電源結(jié)構(gòu)、鏡頭、底座及外置天線組成（如圖1所示）。在不影響浮標(biāo)正常效能的原則下，設(shè)備倒掛式安裝在燈器底板下方，保證攝像頭具有一定的拍攝高度，其安裝底座螺栓與燈器一致，可共用一套螺栓。

2.3 電源管理

由于海上燈浮標(biāo)能源有限，在系統(tǒng)研究時，降低功耗成為了首要難題，為保證設(shè)備的安裝不影響航標(biāo)正常效能，該設(shè)備大部分時間處于靜默狀態(tài)，其電流約為0.3A，拍照瞬間電流為0.5A，拍照間隔可后臺調(diào)節(jié)，也可在后臺主動拍照，每天功耗不足8AH，搭配200AH的蓄電池使用，在連續(xù)陰雨天時可續(xù)航20天。

3.系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能

3.1 延長巡檢周期、降低航標(biāo)工作量

目前海上浮標(biāo)基本上都是對標(biāo)設(shè)置，設(shè)備安裝在浮標(biāo)上，可實(shí)現(xiàn)對航標(biāo)對側(cè)浮標(biāo)的監(jiān)控，而安裝在碼頭燈樁上可實(shí)現(xiàn)對碼頭水域所有航標(biāo)的檢測，該系統(tǒng)與現(xiàn)有遙測遙控系統(tǒng)結(jié)合后，將大大提升電子巡檢的可靠性，在一定程度上代替電子巡檢，從而減少船舶出海巡檢次數(shù)，降低維護(hù)費(fèi)用，有效解決標(biāo)多人少這一難題。

3.2 利于航標(biāo)碰撞事故的索賠

在事故多發(fā)水域，考慮在采集終端中置入了紅外裝置，當(dāng)其探測到船舶靠近時，啟動拍照，便于今后航標(biāo)碰撞事故的調(diào)查取證。

3.3 海況氣象采集

通過對航道及海況的監(jiān)測，掌握外海氣象條件是否適合海上作業(yè)，航標(biāo)員對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后，決定是否出海作業(yè)，大大降低海上作業(yè)的難度，提高作業(yè)安全性，減少不必要的出海，節(jié)約航標(biāo)維護(hù)成本。

3.4 信息數(shù)據(jù)共享

系統(tǒng)大規(guī)模使用后，可實(shí)現(xiàn)對港口、航道的實(shí)時監(jiān)控，在海上交通監(jiān)管、海洋氣象、海上稽查等都有促進(jìn)作用，條件許可時可開展信息數(shù)據(jù)共享，為海上安全監(jiān)管提供及時、高效的現(xiàn)場情況。

4.結(jié)語

現(xiàn)階段，這套海上浮標(biāo)圖像數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)，其具備的上述功能，大大提高了航標(biāo)維護(hù)的信息化程度，有效降低航標(biāo)維護(hù)的勞動強(qiáng)度，提升海上作業(yè)的安全性。隨著5G網(wǎng)絡(luò)和新能源的發(fā)展，該系統(tǒng)將隨之優(yōu)化，如加入視頻功能等。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉均輝.大連海事大學(xué)碩士論文.航標(biāo)遙測遙控?zé)o線視頻監(jiān)控系統(tǒng)研究.

[2]梁德榮.中國水運(yùn)2018. 07.浮標(biāo)應(yīng)用圖像采集與無線傳輸集成系統(tǒng)的研究.