浅谈海上浮标图像数据采集与传输系统的研究

周健华 张燕

摘 要：航标遥测遥控技术的应用与普及，让航标管理者在办公室中便可掌握海上浮标的位置及工作状态等实时数据。然而，这些数据仍无法全面、直观的反映浮标的整体情况，如浮标的结构、涂色等。为了提高航标维护管理水平，丰富海上浮标监管手段，航标管理者研究了一套海上浮标图像数据采集与传输系统，本文就该系统的工作原理、实现功能及应用扩展进行阐述。

关键词：浮标 数据采集 航标维护

1.研究背景

在航标日常巡检中，主要检查航标的四要素，即标位准确、灯质正确、结构良好、涂色鲜明，如满足该四要素即可认为航标效能正常。目前，随着遥测遥控技术在航标领域的发展和应用，四要素中的标位准确和灯质正常可通过航标遥测遥控数据获得，从而使航标工现场巡检工作的重点放在判断航标结构是否良好和结构是否鲜明，大大减少航标工现场上标的次数和频率，降低海上作业劳动强度，航标员海上作业的安全系数得到提高。

近年来，北海航标处在思考如何远程监控海上航标的结构和涂色，随着移动通信技术、数字视频图像壓缩等技术的高速发展，为远程无线监控航标涂色和结构提供了可能。本系统是以4G/wifi等作为无线传输链路，研发海上浮标视频数据采集与传输系统，实现对海上航标的全方位监控。届时，不仅可以通过现有遥测遥控系统掌握航标位置、灯质、电压等工作情况，而且还能通过海上浮标视频数据采集与传输系统监控航标，让航标员在办公室就能够看到海上航标，大大减少船舶出海巡检次数，降低维护费用，有利于航标管理的信息化。

同时也能提高对海上过往船舶的视频监控水平，加强海上突发事件信息采集，进一步丰富航标维护管理手段，解决航标碰撞、盗窃等涉及航标受损事故的现场取证难、西南季风、台风期的航标巡检困难等问题，提升航标监管能力，丰富航标的巡检手段，提高航标服务水平，提升海洋数据、海上交通监管数据的采集能力。

2.海上浮标图像数据采集与传输系统

2.1 工作原理及技术指标

本系统将GPS、4G传输、图像采集与处理等模块集成在采集前端，并在前端加入传感器模块、工业控制模块，嵌入实时多任务操作系统和高性能 CPU 处理器，系统运行更加稳定可靠。图像采集后采用JPEG编码和先进的网络丢包容错技术，确保流畅的效果跟图片清晰度。

前置采集终端采用嵌入式结构设计，具有体积小集成度高，可靠性强，抗摔抗震性能高，功耗低等优点。四位摄像头全面拍取现场图片，智能取景，根据设备摇摆状况，自动调整拍照条件，高效JPEG压缩编码，轻松实现清晰视频的低网络带宽传输，用于无线传输全景拍照，网络带宽自适应技术，根据网络带宽自动调整图片速率，内置硬件狗，异常自动恢复，网络中断后可自动连接，保证系统运行稳定可靠，设备支持GPS定位功能，定位精度在10m以内，支持专业GIS地图平台软件，功能强大，集成度高，扩展方便。支持分级用户权限管理，可以划分不同观看权限，控制用户对图片资源的观看数量。

采用数据流加密技术，保证网络通信安全，具有专业的SSl安全通信服务，可以定义自己的加密方法，定时和短信休眠，心跳数据链路多方式共存，能有效节省用户数据流量费用，自动复位重连，断点续传，该系统的主要技术指标如表1所示。

2.2 采集终端结构与安装

目前该系统已设计完成，并在北海港及防城港投入试用，采集终端由端盖、电源结构、镜头、底座及外置天线组成（如图1所示）。在不影响浮标正常效能的原则下，设备倒挂式安装在灯器底板下方，保证摄像头具有一定的拍摄高度，其安装底座螺栓与灯器一致，可共用一套螺栓。

2.3 电源管理

由于海上灯浮标能源有限，在系统研究时，降低功耗成为了首要难题，为保证设备的安装不影响航标正常效能，该设备大部分时间处于静默状态，其电流约为0.3A，拍照瞬间电流为0.5A，拍照间隔可后台调节，也可在后台主动拍照，每天功耗不足8AH，搭配200AH的蓄电池使用，在连续阴雨天时可续航20天。

3.系统实现功能

3.1 延长巡检周期、降低航标工作量

目前海上浮标基本上都是对标设置，设备安装在浮标上，可实现对航标对侧浮标的监控，而安装在码头灯桩上可实现对码头水域所有航标的检测，该系统与现有遥测遥控系统结合后，将大大提升电子巡检的可靠性，在一定程度上代替电子巡检，从而减少船舶出海巡检次数，降低维护费用，有效解决标多人少这一难题。

3.2 利于航标碰撞事故的索赔

在事故多发水域，考虑在采集终端中置入了红外装置，当其探测到船舶靠近时，启动拍照，便于今后航标碰撞事故的调查取证。

3.3 海况气象采集

通过对航道及海况的监测，掌握外海气象条件是否适合海上作业，航标员对采集到的数据进行分析后，决定是否出海作业，大大降低海上作业的难度，提高作业安全性，减少不必要的出海，节约航标维护成本。

3.4 信息数据共享

系统大规模使用后，可实现对港口、航道的实时监控，在海上交通监管、海洋气象、海上稽查等都有促进作用，条件许可时可开展信息数据共享，为海上安全监管提供及时、高效的现场情况。

4.结语

现阶段，这套海上浮标图像数据采集与传输系统，其具备的上述功能，大大提高了航标维护的信息化程度，有效降低航标维护的劳动强度，提升海上作业的安全性。随着5G网络和新能源的发展，该系统将随之优化，如加入视频功能等。

参考文献：

[1]刘均辉.大连海事大学硕士论文.航标遥测遥控无线视频监控系统研究.

[2]梁德荣.中国水运2018. 07.浮标应用图像采集与无线传输集成系统的研究.