基于物聯網、北斗和AI等技術的疏浚智能監管系統設計

李 旻

（廈門市政智慧城市科技有限公司，福建 廈門 361000）

多地海灣生態修復建設過程中都涉及相關海上清淤作業，期間時有作業船只違規傾倒、不明船只盜采等違法行為，給海上通航安全和海洋環境保護帶來危害。相關部門采用傳統監管手段成效有限，難以滿足監管需求。

1 設計思路

從監管需求的角度出發，自上而下、明確責任部門、同步信息，避免信息孤島和資源浪費，同時促進清淤疏浚工程的精細化管理，改善環保狀況[1]。系統結合實際項目的勘察，從源頭防止盜采砂、中途防止航線偏離、全程防止違規傾倒、聯動執法系統性監管4個角度，設計整套監管系統[2]。

2 技術路線

系統以平臺為中心，軟件采用B/S架構、SQL Server等數據庫類型，結合物聯網[3]、北斗短報文、AI視頻識別、雷達、AIS、5G/4G等關鍵技術，分成前端設備、傳輸網絡、指揮中心及第三方支撐四個層面。

3 總體架構

系統以應用平臺為中心，對接各個支撐系統：北斗系統、GIS系統、雷達系統、AIS系統、告警系統、泥門信息系統、對講系統、VMS系統等。每個系統分別負責支撐上層應用平臺，以實現對疏浚項目各類視頻監控數據、告警數據、作業數據的匯聚整合，并在此基礎上實現視頻事件分析、大數據分析運用，最終實現疏浚項目的可視、可管和可控。

4 主要功能

4.1 清淤區視頻監控

利用激光高清重型云臺攝像機監控清淤區現場作業情況，輔以AIS系統等定位技術和雷達識別，自動定位、聚焦和抓拍施工現場的船只，保證白天及夜間（夜間激光補光3 km）對清淤區的實時監控和對可疑船只的聚焦抓拍錄制，監視現場作業船只的施工規范，防止源頭沙子被非法盜采等情況發生。

4.2 清淤區雷達監控

實現雷達與AIS數據融合，在后臺系統上實時呈現數據，用于識別非法船只，并能擴展與CCTV的聯動抓拍功能，留存非法船只相關圖片數據等。其中，雷達和AIS數據覆蓋大部分清淤區區域，融合后的數據以接口文檔形式接入后臺平臺。同時雷達與CCTV實現聯動，對重點關注船舶目標持續進行視頻跟蹤。當系統船舶目標與攝像頭建立聯動關系后，攝像頭會自動跟隨船舶航行而自動調整角度始終將船舶保持在視頻畫面中，并支持當目標超出攝像頭范圍時自動采取最近攝像頭進行接力跟蹤。

4.3 船載AI監控

通過對接VMS系統，利用超高清視頻設備，結合動態目標檢測和人體行為識別技術，前端實現AI識別[4]，實現船倉泥砂的圖像識別，當圖像發生變化時，自動進行視頻抓拍錄像取證，將前端視頻資源接入系統，實現視頻播放、回放、云臺控制等能力（見圖1）。

圖1 視頻處理與系統對接設計圖

4.4 航線北斗告警

對接北斗系統，在海上航行缺失5G/4G信號及AIS關閉的情況下，對接船載終端系統，利用北斗衛星短報文技術[5]，實現航線偏移或違規倒砂的實時告警 （見圖2）。船載系統是一個獨立的局域網系統，包含船載監控攝像機、船載錄像機NVR、船載北斗衛星通信終端。其中，北斗終端實時與中心北斗設備進行衛星通信，當發現船載貨物有異常告警時，及時將告警報文推送給疏浚中心應用平臺，由平臺對告警做進一步提醒、轉發和處置。

圖2 北斗告警與系統對接設計圖

4.5 系統平臺

系統整體采用分層解耦的架構設計思路，各層之間采購標準接口和協議進行對接，下層支撐上層功能[6]。系統主要分為四層：基礎設施層、應用支撐層、數據存儲層、應用交互層（見圖3）。

圖3 系統分層功能圖

（1）基礎設施層包括前后端硬件設備，以及所采用的云平臺基礎設施、平臺管理軟件，以及用于信息傳輸的有線和無線網絡。該層設備為系統提供可承載的基礎底座，主要可歸類為信息采集設備、數據存儲設備、運行計算設備、數據傳輸鏈路等。

（2）應用支撐層為一些獨立的系統或引擎，為疏浚監管平臺提供數據支撐、傳輸支撐、管理支撐及可視化支撐等服務，基于這些成熟的支撐服務系統，使得數據的獲取和可視化成為可能，大大降低了平臺功能開發和實現的難度。

（3）數據存儲層存儲各種類型的數據，是系統的主要資產。本系統具有各種結構化（如告警、軌跡）和非結構化（如視頻、圖片）的數據，各類數據以不同的形式存儲在存儲器之中，實現統一存儲、統一管理、統一展示，為上層應用提供數據來源支撐。

（4）應用交互層實現用戶與系統的交互操作功能。該層是系統面向用戶的窗口，可以為用戶提供信息展示、告警通知、統計報表和系統管理等主要功能操作頁面，讓用戶易于使用系統。

5 結束語

疏浚智能監管系統涉及多個職能部門、代建單位，涉及多層級的管理體系，是采用多種高新技術的應用系統。該系統已上線一年多，期間不斷的迭代和升級，受到相關政府領導及使用者的重視和認可。隨著實際工程應用的增加，其示范和推廣的意義越來越明顯。結合系統的設計、實施及應用的情況及反饋，我們總結如下。

（1）疏浚智能監管系統可有效提升疏浚工程監管的信息化、智能化水平，通過自動獲取船只位置信息、自動分析船只航行狀態、自動識別船上設備和貨物等技術，實現監管自動化、智能化，提高疏浚工程監管效率，提高用戶監管便捷性。

（2）該系統實現了多種高新技術的集成創新，在技術路線、架構設計、對接設計、云服務設計上集成物聯網、北斗與AI尖端技術，通過建設信息化系統，整合雷達、AIS、NVR等先進技術手段實現對船舶位置、泥門開關、監控等相關數據采集研判以及視頻資源的實時傳送等多種功能。

（3）該系統具備推廣意義，能有效規范工作人員的疏浚作業行為，讓工作更有效率和規律；間接減少泥沙丟失、倒賣，有效減少資金損失，同時避免隨意往海洋中拋棄泥沙，減少對海洋環境的破壞，有力提升我國的海洋科技創新能力與海洋經濟開發利用綜合競爭力，合理開發利用海洋資源，健全特色海洋產業鏈，服務海洋強國建設，具備廣闊的市場前景。