船載智能巡檢設(shè)備在航標(biāo)巡檢中的應(yīng)用

摘要：通過在巡檢船舶上搭載視頻監(jiān)控設(shè)備，獲取巡檢時(shí)的現(xiàn)場畫面，利用船載差分DGPS定位、視頻圖像識(shí)別以及機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)對于航標(biāo)的巡檢，檢查航標(biāo)的類別、航標(biāo)的涂色、航標(biāo)的結(jié)構(gòu)等是否出現(xiàn)異常并及時(shí)發(fā)送預(yù)警信息，為轄區(qū)航標(biāo)管理實(shí)現(xiàn)數(shù)字化提供科學(xué)、系統(tǒng)、實(shí)時(shí)、可視的高科技支持，更好地為船舶航行提供安全服務(wù)，保障海上通航安全。

關(guān)鍵詞：巡檢設(shè)備;智能分析;應(yīng)用

航標(biāo)是用來幫助引導(dǎo)船舶航行、定位和標(biāo)示礙航物與表示警告的人工標(biāo)志，通常設(shè)置于通航水域或其附近，用以指示通航水域的尺寸、方向、界限及各種水下或水上障礙，供船舶定位、導(dǎo)航或其他專用目的，因此，及時(shí)對航標(biāo)的運(yùn)行狀況和維護(hù)狀況進(jìn)行定期檢查，保證航標(biāo)效能的正常發(fā)揮，是航標(biāo)管理中掌握航標(biāo)實(shí)際助航效能的重要舉措，也是航標(biāo)管理的最重要工作之一，對發(fā)展水上交通、開發(fā)海洋資源、開展?jié)O業(yè)捕撈和國防建設(shè)等具有重要意義，而船載智能巡檢設(shè)備在航標(biāo)巡檢的應(yīng)用中能夠?yàn)楹綐?biāo)巡檢提供有力技術(shù)支撐。

加強(qiáng)航標(biāo)的巡檢是保障航標(biāo)正常運(yùn)行的最有效的方法之一。但隨著我國水運(yùn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，由于海洋活動(dòng)范圍增大，港口數(shù)量增多，過往船舶流量提高等因素，對應(yīng)的航標(biāo)數(shù)量也與之劇增，這對沿海航標(biāo)的服務(wù)水平提出了更高的要求。為了有效地提高航標(biāo)巡檢質(zhì)量和效率，減少航標(biāo)員上標(biāo)頻次，降低登標(biāo)安全風(fēng)險(xiǎn)，在原有傳統(tǒng)的日巡、夜巡、現(xiàn)場巡檢、遙測遙控的基礎(chǔ)上，增加一種移動(dòng)視頻智能巡檢方式，通過在航標(biāo)船上搭載視頻監(jiān)控設(shè)備獲取航標(biāo)的視頻信息，利用視頻監(jiān)控和人工智能的圖像識(shí)別分析技術(shù)，結(jié)合特定的算法檢測出航標(biāo)類別、航標(biāo)結(jié)構(gòu)、涂色等是否出現(xiàn)異常，當(dāng)出現(xiàn)異常時(shí)及時(shí)發(fā)送預(yù)警信息，并將相應(yīng)的航標(biāo)失常信息，并入相對應(yīng)的航標(biāo)業(yè)務(wù)系統(tǒng)（航標(biāo)巡檢系統(tǒng)、航標(biāo)應(yīng)急反應(yīng)系統(tǒng)、航標(biāo)動(dòng)態(tài)發(fā)布系統(tǒng)）予以執(zhí)行恢復(fù)。結(jié)合智能巡檢方式能夠有效地彌補(bǔ)傳統(tǒng)巡檢所帶來的信息滯后，使巡檢更加及時(shí)，進(jìn)一步確保航標(biāo)持續(xù)正常運(yùn)行，更好地保障海上通航安全。

1 船載智能巡檢設(shè)備目標(biāo)

通過船載智能巡檢設(shè)備與分析系統(tǒng)的建設(shè)，在巡檢船舶上搭載視頻智能監(jiān)控設(shè)備，在船舶行駛過程中自動(dòng)進(jìn)行DGPS定位信息采集、視頻信息采集等，將信息傳輸?shù)椒治鱿到y(tǒng)，進(jìn)行視頻圖像識(shí)別，即可自動(dòng)進(jìn)行航標(biāo)技術(shù)狀態(tài)識(shí)別。白天，通過與航標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)圖像對比，識(shí)別出航標(biāo)類別，同時(shí)對航標(biāo)結(jié)構(gòu)是否良好、涂色是否鮮亮進(jìn)行判斷;對上述判斷的航標(biāo)失常信息，提交相對應(yīng)的航標(biāo)業(yè)務(wù)系統(tǒng)運(yùn)行，及時(shí)修復(fù)失常航標(biāo)，提高航標(biāo)可用性，確保航標(biāo)效能持續(xù)穩(wěn)定。減輕航標(biāo)員的工作，進(jìn)一步完善東海航海保障中心廈門航標(biāo)處“五位一體”的巡檢方式，促進(jìn)航標(biāo)巡檢、維護(hù)、管理由信息化向智能化轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)智慧航標(biāo)的有效支持。

2 船載智能巡檢內(nèi)容

2.1整體結(jié)構(gòu)，如圖1所示

2.2智能航標(biāo)巡檢硬件設(shè)備

智能航標(biāo)巡檢硬件設(shè)備主體由高分辨率寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)單元、方位傳感器、GPS定位單元、船載顯示器、存儲(chǔ)設(shè)備單元、設(shè)備固定裝置等集成組成。

攝像機(jī)單元，為了支撐分析系統(tǒng)進(jìn)行圖像識(shí)別及分析，得到準(zhǔn)確的識(shí)別結(jié)果，攝像機(jī)尤為重要。為保證攝像頭單元采集視頻圖像的清晰度和完整度，攝像機(jī)要滿足高分辨率、高顏色辨識(shí)度、低照度、寬動(dòng)態(tài)、自動(dòng)對焦等產(chǎn)品參數(shù)要求;同時(shí)攝像機(jī)要能夠在不同的環(huán)境條件下進(jìn)行正常作業(yè)。

方位傳感器，方位傳感器與攝像機(jī)結(jié)合使用，對攝像機(jī)拍攝狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整?？梢哉{(diào)整攝像機(jī)拍攝角度以及拍攝焦距大小等。

GPS定位單元，GPS定位單元與攝像機(jī)結(jié)合使用，使用北斗精準(zhǔn)定位攝像機(jī)當(dāng)前拍攝位置的經(jīng)緯度信息。

船載顯示屏，在高清船載顯示屏上顯示攝像機(jī)對航標(biāo)的監(jiān)控視頻，并識(shí)別標(biāo)注出視頻圖像中航標(biāo)的位置，為巡檢人員提供直觀可靠的視頻圖像。

設(shè)備固定裝置，固定設(shè)備裝置除了保證巡檢設(shè)備在船舶上的安裝固定之外，還包括防抖動(dòng)裝置、防水霧裝置和防腐蝕功能等，保證攝像頭在攝像過程中最大程度減少鏡頭抖動(dòng)、被浪花打濕、水霧干擾等隋況出現(xiàn)，為視頻質(zhì)量的達(dá)標(biāo)以及設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。

3 智能巡檢視頻圖像識(shí)別算法

圖像識(shí)別也就是圖像的模式識(shí)別，是模式識(shí)別技術(shù)在圖像領(lǐng)域中的具體應(yīng)用，是對輸入的圖像信息建立圖像識(shí)別模型，分析并提取圖像的特征，根據(jù)圖像的特征進(jìn)行分類識(shí)別的一種技術(shù)。基于深度學(xué)習(xí)的圖像特征提取和分析：通過對攝像機(jī)拍攝的圖像序列進(jìn)行自動(dòng)分析，實(shí)現(xiàn)對場景中的目標(biāo)進(jìn)行提取、識(shí)別;基于學(xué)習(xí)的視頻行為分析技術(shù)綜合感知機(jī)器學(xué)習(xí)和汁算機(jī)視覺，利用對人類大腦學(xué)習(xí)和記憶過程研究的成果并將此過程應(yīng)用到視覺數(shù)據(jù)的分析。

航標(biāo)標(biāo)體識(shí)別，通過視頻圖像識(shí)別核心算法的研究和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，對航標(biāo)進(jìn)行標(biāo)體識(shí)別，與航標(biāo)的基礎(chǔ)信息相對比，判斷識(shí)別出航標(biāo)類別，并標(biāo)注航標(biāo)在圖像中的位置，見圖2、圖3。

航標(biāo)結(jié)構(gòu)分析，通過視頻圖像識(shí)別核心算法的研究和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，對航標(biāo)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，與預(yù)設(shè)航標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)圖像信息相對比，判斷航標(biāo)頂標(biāo)、浮身和浮體結(jié)構(gòu)是否損壞或者缺失。

航標(biāo)涂色分析，通過視頻圖像識(shí)別核心算法的研究和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，識(shí)別出航標(biāo)類別后，通過與對應(yīng)航標(biāo)涂色異常臨界值相比，檢測出航標(biāo)涂色是否鮮亮。

智能巡檢展示系統(tǒng)

4.1 船載視頻識(shí)別系統(tǒng)

船載視頻識(shí)別系統(tǒng)將攝像機(jī)采集視頻圖像在船載顯示屏上實(shí)時(shí)顯示拍攝畫面，同時(shí)結(jié)合視頻圖像識(shí)別算法在顯示屏中直觀標(biāo)注出航標(biāo)在圖像中位置，便于巡檢人員在第一時(shí)間查看拍攝效果，發(fā)現(xiàn)拍攝質(zhì)量不佳時(shí)快速對攝像機(jī)做調(diào)整，保證視頻圖像拍攝質(zhì)量。

船載視頻識(shí)別系統(tǒng)識(shí)別視頻圖像中航標(biāo)的類別，航標(biāo)結(jié)構(gòu)損壞的情況，浮身和浮體涂色褪色狀態(tài)，將識(shí)別結(jié)果輸出，見圖4、圖5。

4.2智能巡檢分析系統(tǒng)

經(jīng)船載視頻識(shí)別系統(tǒng)輸出航標(biāo)狀態(tài)判斷結(jié)果后，對巡檢的結(jié)果做分析并形成航標(biāo)狀態(tài)的巡檢報(bào)告，將船載智能巡檢設(shè)備與分析系統(tǒng)輸出的智能巡檢報(bào)告通過系統(tǒng)提交給值班室由值班室對巡檢結(jié)果報(bào)告異常項(xiàng)進(jìn)行處理，并記錄下處理結(jié)果。以處理結(jié)果為準(zhǔn)，對巡檢結(jié)果報(bào)告進(jìn)行再分析，評估船載智能巡檢設(shè)備輸出的巡檢報(bào)告準(zhǔn)確率，待系統(tǒng)正常穩(wěn)定運(yùn)行后，將巡檢結(jié)果直接對接于航標(biāo)業(yè)務(wù)系統(tǒng)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)巡檢結(jié)果失常信息智能處置。

4.3智能巡檢可視化系統(tǒng)

通過智能設(shè)備記錄整個(gè)智能巡檢過程，包括巡檢路線，巡檢航標(biāo)記錄，巡檢船舶與作業(yè)人員等信息，形成智能巡檢日志。對巡檢日志做地圖可視化，在地圖上直觀展示出智能巡檢路線及沿巡檢路線上攝像范圍內(nèi)能夠輻射到的航標(biāo)，直接查看航標(biāo)的巡檢狀態(tài)與歷史巡檢日志等信息。

結(jié)合已經(jīng)建設(shè)好的航標(biāo)信息化管理系統(tǒng)，獲取航標(biāo)遙測實(shí)時(shí)信息、航標(biāo)管理信息等基礎(chǔ)信息，同時(shí)根據(jù)智能巡檢方式更新航標(biāo)履歷信息以及出航日志等信息。除與原建設(shè)的系統(tǒng)對接外，也對接智能巡檢設(shè)備視頻流以及圖像識(shí)別算法結(jié)果等數(shù)據(jù)。

在巡檢船舶上安裝固定智能巡檢硬件設(shè)備，并進(jìn)行設(shè)備的調(diào)試，保證設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。完成智能巡檢設(shè)備與分析系統(tǒng)的現(xiàn)場調(diào)試運(yùn)行后，進(jìn)行船載智能巡檢設(shè)備與分析系統(tǒng)在航標(biāo)巡檢中的運(yùn)用，不管白天或者晚上，均可拍攝對比分析從而判斷航標(biāo)的正常與否，來提高航標(biāo)巡檢的高效性和實(shí)用性。

5 結(jié)語

通過攝像頭獲取航標(biāo)的視頻信息進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，利用圖像識(shí)別分析技術(shù)，實(shí)時(shí)地檢測出航標(biāo)燈器的發(fā)光節(jié)奏、發(fā)光周期和光色是否出現(xiàn)異常，有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)巡檢所帶來的信息滯后，進(jìn)一步確保航標(biāo)持續(xù)正常運(yùn)行。

作者簡介：

王榮華，研究方向：航標(biāo)管理，（E-mai[）739298682@qq.com，1 82508391 06