內河航道電子卡口智能監管系統解決方案

蔡浩 楊光偉 王丹丹 趙強

摘 要：本文闡述了結合AIS/VITS、CCTV、雷達、激光掃描儀等多種監控手段，實現對經過內河航道電子卡口船舶的智能監管和非接觸式執法違章取證在船舶水上監管的應用，介紹了內河航道電子卡口智能監管系統的概要設計、優勢分析、技術亮點、解決方案、應用案例。

關鍵詞：非接觸執法;違章取證;電子卡口;雷達;激光掃描儀;AIS;CCTV

十八大后，政府改革力度加大，簡政放權成為各級政府轉變職能，釋放發展內生動力的重點。全國海事系統也同步開始全面落實簡政放權、放管結合、優化服務要求，以提升海事監管服務效能為主線，堅持問題導向、需求導向、目標導向，堅持創新驅動、科技驅動、人才驅動，完善安全治理、依法行政、服務保障、內部管理體系，促進海事轉型升級科學發展，推動實現治理能力和治理體系現代化，保障水上交通安全形勢持續穩定，深化海事“三化”建設，助力交通先行發展。

為了適應新形勢下海事監管要求，深入推進海事“三化”建設，利用1+N工作模式響應非接觸執法工作模式轉變，進一步提升內河航道電子卡口船舶監管力度，提高信息資源的深度開發與綜合利用水平，建立全面感知、廣泛互聯和智能應用的信息化監管體系，促進信息技術與海事監管及服務的深度融合，滿足非接觸執法的海事建設需求，提高海事服務質量、監管效能、管理效益，全面支撐“四型海事”建設。

現有的內河船舶監管系統對船舶事故、違章缺少過程記錄，沒有舉證證據，不便于事故的調查、調解和處理，容易出現違章航行船舶因海事執法人員不在現場而逃逸的現象。若要實現有效監管，那就需要通過一種技術上更合適、投資上更經濟的解決方案，內河航道電子卡口智能監管系統順勢而生。內河航道電子卡口智能監管系統利用網絡服務與網絡傳輸技術，實現違法行為人無需前往違法行為發生地處理違章，突破多年制約海事違法處罰現場執行的瓶頸障礙，拓寬智慧海事服務功能的內涵。

1 內河航道電子卡口智能監管系統設計概要與優勢分析

1.1設計概要

本系統的建設是以“智慧海事”為指導思想，通過建設內河航道電子卡口智能監管系統，以實現對卡口過往船只超載超吃水監測為核心。接入激光、雷達、AIS/VITS、CCTV、船舶業務數據等系統信息，以雷達實現對過往船舶進行識別，以AIS/VITS對船舶身份進行確認、以激光掃描設備對船舶干舷數值進行測量、以CCTV設備對現場畫面進行錄取、以船舶業務數據對船舶超吃水數據進行計算的一套綜合處理系統。借助成熟、先進的各種監控技術和網絡技術，實現水上通航安全的智能化、信息化、統一化、覆蓋化和協調化，從而形成對監控轄區水域的連續監控和超載超吃水監測船舶的直觀掌握，為維護水域通航秩序、提高海事人員監管效率和應急反應能力提供技術支撐。

1.2優勢分析

現有的監督管理模式時效性較差，全局性、協作性不強，在船舶數量日益增多情況下，對船舶的管理較為盲目和被動。以海巡艇巡航為例，一次巡航就需花費幾百元到上千元，而用人工對某一水域的現場監視時間不足5分鐘，實際上多數時間基本上處于無人監管的狀態;交通秩序得不到明顯改觀，違章船舶仍很多，交通秩序沒有得到根本控制。而且，由于缺乏預控能力，難以掌握交通態勢，雖然動用人力物力較多，實際效果卻不理想。

建設內河航道電子卡口智能監管系統，可以對重點卡口水域進行全面監視。通過實時監控掌握過往船舶的動態，分析通航環境，掌握船舶違章情況，開展有針對性的現場管理，做到有的放矢、目標明確，提高工作質量與工作效率，減少巡航的盲目性和隨意性，使水上安全監督管理工作更嚴密、更規范，實現人力、物力和其它社會資源的合理配置和優化，對提高工作效率、節約管理成本意義重大。

內河航道電子卡口智能監管系統運行的基本工作流程是船舶識別分析服務實現在有船舶經過時，根據船舶實時位置信息判斷船舶是否進入轄區，當船舶進入監控區域，船舶識別分析系統發送消息給系統服務，通知前端設備進行工作，雷達進行識別，攝像機進行抓拍圖片和錄取視頻，激光掃描設備對船舶干舷數值進行測量，然后將采集和計算出來船舶數據與船舶檔案船舶基本信息進行數據關聯，判斷數據是否正確。對于重點船舶進行重點監控跟蹤，判斷進入監控轄區內的船舶是否違章，對違章船舶進行違章預警，違章證據一鍵導出，做到有跡可循、有證可查。

2 內河航道電子卡口智能監管系統技術亮點

2.1船舶識別檢測技術

實現對進入轄區的船舶檢測其船寬、船高、干舷等基本尺度信息，檢測數據自動實現與船舶動態（如AIS、VITS）的關聯，為船舶超載、超限等違法行為進行數據分析提供基礎數據支持，通過集成雷達掃描、激光掃描和視頻分析等多技術，獲取船舶尺度信息，自動監測船舶超載、超限等違法違規行為。

前端站點采集數據后，通過開發船舶尺度檢測系統的數據接口，將前端監測站點的船舶尺度數據與分析識別數據接入到船舶超載超吃水監測檢測系統后臺進行綜合分析與違法行為報警。

船舶尺度數據分析系統與實時數據采集系統保持連接，通過網絡傳輸鏈路與前端系統實現遠距離的數據通訊，按需控制傳感器設備，獲取視頻信號、船舶位置數據、激光傳感器數據，運用算法分析視頻、處理傳感器數據，計算船舶尺度相關數據，存儲關聯的系統數據和業務數據，提供授權的查詢服務，最終向用戶呈現業務信息，輔助值班工作人員執法工作。

2.2 雷達識別跟蹤技術

雷達是用于主動監測和識別水上目標的傳感器。雷達數據處理則負責完成雷達視頻的數字化處理、雜波抑制、目標錄取、目標跟蹤以及對目標的標識。

視頻處理系統負責對雷達設備輸出的信號數字化，然后對數字視頻進行計算分析，提取出目標點跡，并自動建立目標跟蹤，并將點跡和跟蹤信息通過Socket方式輸出給監控中心的多傳感器綜合處理系統，進行與其他雷達的錄取跟蹤信息以及AIS等信息的融合處理。當點跡未被系統識別為跟蹤目標時，如果用戶通過其他手段確認其是一艘船舶，也可通過手動方式對其進行標識，系統將對該目標建立跟蹤。

2.3 多信號源融合處理技術

當一艘船舶在多個傳感系統中都有實時數據，用戶可以選擇融合為同一目標。

2.3.1多傳感器目標融合

每個傳感器（雷達、AIS/VITS）提供一個目標的運動模型，多傳感器處理系統對多個運動模型進行對比匹配后，建立一個統一運動軌跡的過程稱為多傳感器目標融合。

需要說明的是，由于各類傳感器的識別精度及刷新頻率均不相同，在對目標融合的判斷依據順序應為雷達>AIS/VITS。

2.3.2多區域目標融合

由于多個雷達或AIS基站可能出現重疊覆蓋區域，同一目標可能被多個雷達或AIS接收到軌跡信息，因此需要進行多區域目標融合。

以雷達為例，當兩個雷達存在交叉覆蓋區域時，同一船舶目標可能被不同的雷達設備所錄取，這時必須對該目標進行融合處理，當船舶自某一雷達覆蓋區進入另一雷達覆蓋區時，目標信號依然可以順利完成跟蹤。

2.4 視頻智能跟蹤技術

用戶可在應用平臺上選擇要聯動追蹤的雷達/AIS船舶目標，系統會自動選擇最近的CCTV聯動攝像頭對該船舶進行追蹤，建立智能追蹤關系后，可以在CCTV視頻中看到以該船舶為中心的視頻畫面，系統可以將船舶AIS信息中的GPS位置傳遞至具有自動反饋功能的CCTV視頻前端，使視頻前端自動跟隨指定船舶的移動而轉動，始終將其在視頻前端的畫面中顯示，并支持在超出該視頻前端覆蓋范圍后，由下一個視頻前端自動接力跟蹤。

2.5 視頻增強現實技術

基于視頻的AR應用是將虛擬物體信息跟蹤注冊在一個實時拍攝的實際視頻對象上，針對船舶監控領域，就是將船名、航速、航向等存在于數據庫、GIS系統中的船舶動靜態信息疊加在視頻畫面中，并與視頻畫面中的真實船舶圖像目標實現一一對應。

視頻大數據應用是實現AR分析展示的必備條件，視頻大數據應用是未來技術發展的一個方向，而視頻的結構化是視頻大數據應用的基礎。把視頻結構化的功能直接集成在攝像機是未來的發展趨勢。近年來，視頻特征提取、視頻結構化分析、視頻索引、視頻檢索等技術已經取得了明顯實用效果，本系統擬利用CCTV系統平臺為基礎，建設基于實時視頻監控畫面的AR分析展示系統，實現基于實時CCTV實時視頻畫面與雷達/AIS等數據的融合展示與聯動跟蹤應用。

3 內河航道電子卡口智能監管系統解決方案

內河航道電子卡口智能監管系統主要由前端卡口建設與應用平臺建設兩部分組成，前端卡口主要實現船舶實時數據的采集，應用平臺主要實現數據收集和分析后的船舶信息展示和功能應用。典型案例如淮河盱眙水域船舶智能監管系統的建設應用。

3.1電子卡口遠程非接觸違章取證方案

違章取證功能是電子卡口系統的核心，系統提供動態監控列表功能，自動記錄通過前端電子卡口的船舶信息，通過預設的違章取證規則，一旦發現船舶未開啟AIS、超載超吃水監測、非法停靠、反航道航行、超速航行等違法行為，系統立即進行聲光報警，并結合抓拍到船舶照片信息提示用戶做出相應處理。通過違章取證功能，可以有效地實現對船舶安全航行的預警預控。具體流程如下：

3.1.1違章監測

船舶進入雷達轄區

通過雷達目標和AIS目標對比，檢查目標是否開啟;

注：此時尚未對目標進行抓拍，故無法獲知未開啟AIS目標的身份。

船舶進入電子卡口電子監管站水域

通過抓拍攝像機對船只進行抓拍，可看清船舶全貌及船名;

使用激光對船舶干舷進行測量。

電子卡口水域

監測船只是否進入警戒區、是否超速。

3.1.2違章信息提示

發生違章后，用戶可第一時間得知;

獲得通知后，用戶可以迅速在電子海圖上定位涉嫌違章的船只;

提供實時列表展現，以便用戶獲知;

轄區內船只監控列表;

未處理違章的船只列表，可獲知觸犯了哪些報警。

3.1.3人工核查

違章證據核對

通過船舶抓拍圖片，用戶可錄入以下信息：

船舶標志標識是否清晰（船名燈箱不規范，船名標識不規范，船舶載重線、吃水線標識不規范，船舶信號燈不規范）;

是否按要求封艙。

根據抓拍圖片和測量數據，核實以下信息：

干舷;

吃水。

處置決定

根據違章核對結果，制定處罰結論：

誤報警：處置流程結束;

需現場執法：進行現場糾違，遠程處置流程結束;

遠程執法：保存證據，待后續處理。

3.1.4電子證據管理

可將核查結果轉存為電子證據：

生成電子證據：核查結果確認后，即可保存成電子證據，保存在后臺數據庫中，以便隨時查詢調取。

導出電子證據：電子證據可導出為通用文件，便于轉發、打印，可用于現場執法的依據。

3.2信息服務

系統會自動記錄經過電子卡口采集點的船舶違章信息，并自動按時間生成動態監控列表。由指揮中心管理人員將有違章船舶信息人工審核后進行違章行為錄入，開發信息服務接口向用戶已有平臺提供違章行為信息，并通過用戶已有平臺將違章情況推送給違章船舶和轄區執法人員。

4 系統應用實例

本系統已在盱眙縣地方海事處等多個單位成功應用，并取得了顯著成效。本系統減少了海巡艇盲目巡航的次數和巡航時間，通過遠程識別船舶違章行為，實現了非接觸性執法顯性違法行為自動取證，為船舶事故調查和違章處理提供方便，大大提高了監管效率。本系統率先嘗試在海事系統內開展對違章船舶的非接觸式執法和遠程預警預控管理，滿足智慧海事建設需求。

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