智能人体运动探测在驾驶台航行值班报警系统（Bnwas）中的应用

文/中国海运（集团）总公司企管部 楼于海

驾驶台航行值班报警系统（BNWAS）实施的目的是监控值班驾驶员的警觉度，并能在有理由认为值班驾驶员不能胜任其职责时，系统将产生一系列逐步延伸的报警，自动警示其他相关驾驶人员或船长，直到引起相关人员的注意 ,避免因值班驾驶员不能履行值班职责而使船舶处于无人操纵的危险局面发生。

2008年6月30日至 7月4日，国际海事组织航行安全分委会第 54 次会议 (NAV54)通过了船载驾驶台航行值班警报系统及电子海图和信息显示系统配备要求的草案。2009年6月5日，在国际海事组织海上安全委员会第86次会议上，通过了MSC.282（86）决议，规定了公约船 BNWAS执行要求，具体如下：

1、2011年7月1日以后新造的150吨及以上的货船和任何载重的客船都必须配备BNWAS。

2、2011年7月1日以前建造的客船，2012年7月1日后第一个检查日。

3、2011年7月1日以前建造的总吨3000及以上的货船，2012年7月1日后第一个检验日。

4、2011年7月1日以前建造的总吨500-3000的货船，2013年7月1日后第一个检验日。

5、2011年7月1日以前建造的总吨 150-500的货船 ，2014年7月1日后第一个检验日。

规定还要求船舶在海上航行途中的任何时候，驾驶室航行值班报警系统均应保持运行。

随着配置日期的临近，船舶BNWAS系统安装和调试相继启动，系统的实施有效地监控了值班驾驶人员警觉度，为船舶安全航行提供了帮助，但也加大了船舶驾驶人员值班时的劳动强度。按规范要求，系统休眠倒记时间范围为3-12分钟，也就是说在系统启动后，最长 12分钟内就必须复位一次，那样一个当班驾驶值班人员一天（两个值班时间段）需按复位键 40次以上。按 IMO_MSC.128(75)BNWAS性能指标对报警复位的要求，复位器具有的持续实施不应延长休眠期或报警的中断，系统可以安装其他复位装置，并允许从其他桥楼设备触发复位功能，为了减少对驾驶人员日常工作的干扰（雷达操作、海图操作、定位、通信或瞭望等），减轻船舶驾驶人员工作强度，利用智能人体运动检测技术的 BNWAS报警辅助复位器被实施船舶广泛的采纳。

一、人体运动检测器的原理和功能

BNWAS 采用运动检测器是基于多谱勒效应与红外工作原理（双鉴式），将主动探测与被动感应相结合而组成的人体移动探测。针对“人体移动”的两个主要物理特征——人体热辐射和移动速度来判别探测视区内是否有人活动，并将活动信号转成电信号，供BNWAS用于复位。采用双鉴式是为了降低误报率，由于是双鉴比较，红外探测部分灵敏度可作得较高，从而克服了近体温效应。即当室温接近人体温度时，检测器仍能正常工作，克服了一般单鉴式被动红外检测器的缺陷。有数据显示，微波 /被动红外双鉴器比单鉴式检测器误报率低421倍。 （见图1、图2）

图1 红外微波双技术探测器共同探测到人体移动发出报警

图2 微波探测到物体移动的反射波差值变化也会做出反应

为了使运动检测器更有效，目前 BNWAS 系统一般均采用更进一步的智能双鉴运动探测技术，所谓智能双鉴技术是指在双鉴技术上进行微处理器控制，能区别人与小动物的不同，从红外、微波及微处理器三个角度降低误动作或漏动作，从技术上杜绝个别值班人员利用小动物运动或机械摆动来启动系统复位的可能。

红外、微波及微处理器的智能双鉴检测器是如何工作的呢？

1、红外： 灵敏度均一的光学透镜 ，检测器的光学透镜如果灵敏度不均是无法正确区分人和小动物之间的差异的。当一只猫走过灵敏度过强的区域时看上去会像一个人那么大，这样就导致检测器产生复位信号。相反，当一个人在一个灵敏度太弱的区域运动时看上去会象一个小动物，这样会导致检测器漏报。

2、微波：运动探测采用的微波波段分 S、X、K三个波段，S波段中人与动物的多谱勒反射频率有很大的区别（见图3）。同时，四肢与躯干的多谱勒反射频率也有很大的区别 ,通过检测反射频率的幅值和它们之间的比例关系，可以区别动物和人。（见图4）

图3 微波使用X或S波段与K波段比较示意图

图4

K波段采用 24.5G微波，具有 S、X波段所没有的微波防泄漏和防护图赋形技术，波形更好，还能有效的防治因穿透而引发的错误。

3、微处理器：运动检测器的大脑，通过对人与动物反射频谱的大量分析，建立了数据丰富的识别数据库，使运动检测器具有识别动物的高智能化，使运动检测器可以可靠地防止45公斤以下的动物引起的误报。

4、微波源监控：这是对微波的发射和接收进行监控。如微波探测失败，监控器会使检测器锁在报警状态并发出故障信号，同时检测器会转为被动红外单鉴式探测，以免漏报。

一般微波探测失效的可能性有两种：

1、视区被遮挡。被遮挡物反射回来的微波信号会使检测器发出故障信号。此时可移开遮挡物，使微波探测恢复正常。出现这种故障时，检测器仍保持双鉴式工作。

2、微波工作故障。接收器收不到微波反射信号，监控器发出提示信号，并将检测器转为单鉴式被动红外探测。

为保证运动检测器正常工作，检测器还具备了自检功能，可分别对微波和被动红外触发信号计数，然后根据两种计数的比率来确定检测器工作状态。在使用时检测器根据现场环境预先设定触发信号的比率，比率范围是16:1、64:1、128:1、256:1。低比率适用于环境安静的现场，高比率适于环境嘈杂的现场，如果在安静现场使用高比率，有可能出现漏报，在嘈杂现场使用低比率有可能出现误报，一般情况可设为128:1。

二、常用船舶BNWAS系统运动检测器介绍

船舶 BNWAS系统运动检测器按安装方式上分为壁挂式和智能吸顶式两种。

壁挂式检测器（HONEYWELL DT7435），探测范围 90°扇形区域，安装高度一般为 2.3m，距顶 0.3m（以便调试），具备动物识别功能，加电和定时自检功能，双内核处理加快处理速度，对比多组数据保证检测器可靠。

DT7435双鉴检测器（图5）具体指标：

1、能防止45KG重的动物引起的误报

2、内置微处理器，对输入的红外和微波信号进行分析及处理

3、采用K波段微波技术及赋形天线，能更好地捕获信号及防止误报

4、灵敏度均一的光学系统，解决了被探测主体近大远小的误差

5、真实的温度补偿

6、白适应微波系统，避免因电扇等动作引起误报

7、带有下望窗功能

8、双处理器设计，提高了检测器信号处理能力

9、加电/定时自检保证了检测器的正常工作

10、可根据环境进行灵敏度等的调节

特性：

图5

探测范围：1 1m ×1 1 m （见下图6）

电源要求：25 rnA/12VDC：，7.5～16VDC

灵敏度：探测范围内正常步速2～4步

微波频率：24.125 GHz

防拆： (NC)50 mA，24 VDC

报警继电器：A型继电器，500mA，30 VDC

工作温度：-10℃～55℃，5%～95%相对湿度(无冷凝)

抗辐射干扰：30 v/m，10MHz～1000MHz

抗白光干扰：6500 Lux

尺寸：119 x 71×42 mm

认证：UL，ULC，IC，FCC，CE，CCC

智能吸顶式（HONEYWELLDT-6360STC），采用微处理器控制 (MAP) 微波 /被动红外技术 ，内置诊断和监控 360°探测视区，安装高度为 2.4m～ 4.9m（高于 3.65m需换环形镜面），嵌合式或表面安装，微处理器自动在上电时启动自检 。

DT-6360STC智能吸顶式双鉴检测器(下图7)具体指标

特性：

外观尺寸：13cmHx13cmWx6cmD

电源要求：1 0-12.9VDC；40mA,12VDC(典型)

故障输出：集电极开路；

集电极与发射器之间的电压为 3V 50mA

报警继电器：励磁C型(N.O./N.C.)干簧继电器，

标称 125mA 25VDC

指令输入：启动自检；启动：0-1.5V(低电压)；

不启动：5V以上(高电压)；

阻抗：110K(最小)

微波频率：中波段10.525GHz(USA)

防拆开关：天花板和外盖防拆；A型(常闭)开关，

标称：25mA/30VDC

工作温度：0℃～49℃；5%～95%相对湿度，无霜

抗RF干扰：30V/m,10MHz～1000MHz

被动红外抗白光干扰：900Lux

探测范围：直径15米，半径7.6米 （见下图8）

图8

被动红外视区：

(8′ -11′透镜组合 )3个 360°区域；远区：36；中区：24；低区：16；俯视区：1；

(12′-16′透镜组合)2个360°区域；远区：40；中区：20；俯视区：1灵敏度：探测视区内2-4步重量：397g

技术人员应根据两种检测器的技术性能和驾驶台的实际情况，合理的组合搭配，确保信号覆盖整个驾驶值班人员的活动区域（IBS作业区域、海图作业区域、通信作业区域），保证BNWAS报警复位有效。

船舶BNWAS人体运动检测器安装和调试中应注意的几个问题

1、无论是挂壁式还是吸顶式均应避免其探测区域直对门窗、运动的机械设备，荧光灯和冷热源。安装检测器物体的表面必须牢固，切勿将检测器安装在晃动（抖动）的天花板上、墙面、柱子或支架上，否则可能会引起误动作。

2、运动检测的安装应根据驾驶台的大小，驾驶人员的站位情况，并对照运动检测器的覆盖范围，选择合适数量。一般挂壁式安装二个，吸顶式安装二至三个就可满足自动复位要求。

3、连接线径14AWG/1.6mm /2mm2～22AWG/0.65mm/0.3mm2,推荐使用不小于0.5 mm2的导线。

4、自检识别 DT-6360STC装有红、黄、绿三只 LED ，红灯为报警指示灯，黄灯（微波）和绿灯（红外）为运动指示灯； DT7435仅有一只红色 LED 。检测器探测到运动，红色 LED亮，检测器区内无目标活动，所有LED均应熄灭。 红色LED快闪（对仅有一只LED的产品）或者红、黄、绿三只 LED一齐快闪（对装有三只 LED的产品），表示检测器正在上电自检——“预热”，也有可能是检测器出现故障。 对红色和绿色两只 LED一齐快闪，代表检测器被遮挡。 检测器上的两只LED（红和绿或者红和黄）一齐慢闪，代表“比例监控电路”发现问题。问题既有可能出在环境方面，也有可能是检测器本身出了故障。

5、上电“预热”，需要引起注意的是，每只检测器上电后，都必须经历一个“预热”过程（一般需时 3分钟左右），由于 BNWAS启动也需经过一个自检过程，而且其休眠记时最小为 3分钟，因此检测器“预热”不影响系统正常工作。正常情况下“预热”结束后，如果视区内无目标活动，则检测器上的指示灯应全部熄灭。

此外，在初次安装时安装人员可以根据驾驶台实际情况进行灵敏度调整、微波探测范围调整、红外探测范围调整等，使检测效果达到最佳值。同时船舶驾驶人员应熟知检测器的特性（脾气），对挂壁式运动检测器，运动方向为侧向，即切割红外视区的方向，而不是朝着或背对检测器的方向。对吸顶式检测器，运动方向为以检测器为圆心的圆周，而不是朝着或背对检测器的方向，确保系统达到复位效果。