内河航道电子卡口智能监管系统解决方案

蔡浩 杨光伟 王丹丹 赵强

摘 要：本文阐述了结合AIS/VITS、CCTV、雷达、激光扫描仪等多种监控手段，实现对经过内河航道电子卡口船舶的智能监管和非接触式执法违章取证在船舶水上监管的应用，介绍了内河航道电子卡口智能监管系统的概要设计、优势分析、技术亮点、解决方案、应用案例。

关键词：非接触执法;违章取证;电子卡口;雷达;激光扫描仪;AIS;CCTV

十八大后，政府改革力度加大，简政放权成为各级政府转变职能，释放发展内生动力的重点。全国海事系统也同步开始全面落实简政放权、放管结合、优化服务要求，以提升海事监管服务效能为主线，坚持问题导向、需求导向、目标导向，坚持创新驱动、科技驱动、人才驱动，完善安全治理、依法行政、服务保障、内部管理体系，促进海事转型升级科学发展，推动实现治理能力和治理体系现代化，保障水上交通安全形势持续稳定，深化海事“三化”建设，助力交通先行发展。

为了适应新形势下海事监管要求，深入推进海事“三化”建设，利用1+N工作模式响应非接触执法工作模式转变，进一步提升内河航道电子卡口船舶监管力度，提高信息资源的深度开发与综合利用水平，建立全面感知、广泛互联和智能应用的信息化监管体系，促进信息技术与海事监管及服务的深度融合，满足非接触执法的海事建设需求，提高海事服务质量、监管效能、管理效益，全面支撑“四型海事”建设。

现有的内河船舶监管系统对船舶事故、违章缺少过程记录，没有举证证据，不便于事故的调查、调解和处理，容易出现违章航行船舶因海事执法人员不在现场而逃逸的现象。若要实现有效监管，那就需要通过一种技术上更合适、投资上更经济的解决方案，内河航道电子卡口智能监管系统顺势而生。内河航道电子卡口智能监管系统利用网络服务与网络传输技术，实现违法行为人无需前往违法行为发生地处理违章，突破多年制约海事违法处罚现场执行的瓶颈障碍，拓宽智慧海事服务功能的内涵。

1 内河航道电子卡口智能监管系统设计概要与优势分析

1.1设计概要

本系统的建设是以“智慧海事”为指导思想，通过建设内河航道电子卡口智能监管系统，以实现对卡口过往船只超载超吃水监测为核心。接入激光、雷达、AIS/VITS、CCTV、船舶业务数据等系统信息，以雷达实现对过往船舶进行识别，以AIS/VITS对船舶身份进行确认、以激光扫描设备对船舶干舷数值进行测量、以CCTV设备对现场画面进行录取、以船舶业务数据对船舶超吃水数据进行计算的一套综合处理系统。借助成熟、先进的各种监控技术和网络技术，实现水上通航安全的智能化、信息化、统一化、覆盖化和协调化，从而形成对监控辖区水域的连续监控和超载超吃水监测船舶的直观掌握，为维护水域通航秩序、提高海事人员监管效率和应急反应能力提供技术支撑。

1.2优势分析

现有的监督管理模式时效性较差，全局性、协作性不强，在船舶数量日益增多情况下，对船舶的管理较为盲目和被动。以海巡艇巡航为例，一次巡航就需花费几百元到上千元，而用人工对某一水域的现场监视时间不足5分钟，实际上多数时间基本上处于无人监管的状态;交通秩序得不到明显改观，违章船舶仍很多，交通秩序没有得到根本控制。而且，由于缺乏预控能力，难以掌握交通态势，虽然动用人力物力较多，实际效果却不理想。

建设内河航道电子卡口智能监管系统，可以对重点卡口水域进行全面监视。通过实时监控掌握过往船舶的动态，分析通航环境，掌握船舶违章情况，开展有针对性的现场管理，做到有的放矢、目标明确，提高工作质量与工作效率，减少巡航的盲目性和随意性，使水上安全监督管理工作更严密、更规范，实现人力、物力和其它社会资源的合理配置和优化，对提高工作效率、节约管理成本意义重大。

内河航道电子卡口智能监管系统运行的基本工作流程是船舶识别分析服务实现在有船舶经过时，根据船舶实时位置信息判断船舶是否进入辖区，当船舶进入监控区域，船舶识别分析系统发送消息给系统服务，通知前端设备进行工作，雷达进行识别，摄像机进行抓拍图片和录取视频，激光扫描设备对船舶干舷数值进行测量，然后将采集和计算出来船舶数据与船舶档案船舶基本信息进行数据关联，判断数据是否正确。对于重点船舶进行重点监控跟踪，判断进入监控辖区内的船舶是否违章，对违章船舶进行违章预警，违章证据一键导出，做到有迹可循、有证可查。

2 内河航道电子卡口智能监管系统技术亮点

2.1船舶识别检测技术

实现对进入辖区的船舶检测其船宽、船高、干舷等基本尺度信息，检测数据自动实现与船舶动态（如AIS、VITS）的关联，为船舶超载、超限等违法行为进行数据分析提供基础数据支持，通过集成雷达扫描、激光扫描和视频分析等多技术，获取船舶尺度信息，自动监测船舶超载、超限等违法违规行为。

前端站点采集数据后，通过开发船舶尺度检测系统的数据接口，将前端监测站点的船舶尺度数据与分析识别数据接入到船舶超载超吃水监测检测系统后台进行综合分析与违法行为报警。

船舶尺度数据分析系统与实时数据采集系统保持连接，通过网络传输链路与前端系统实现远距离的数据通讯，按需控制传感器设备，获取视频信号、船舶位置数据、激光传感器数据，运用算法分析视频、处理传感器数据，计算船舶尺度相关数据，存储关联的系统数据和业务数据，提供授权的查询服务，最终向用户呈现业务信息，辅助值班工作人員执法工作。

2.2 雷达识别跟踪技术

雷达是用于主动监测和识别水上目标的传感器。雷达数据处理则负责完成雷达视频的数字化处理、杂波抑制、目标录取、目标跟踪以及对目标的标识。

视频处理系统负责对雷达设备输出的信号数字化，然后对数字视频进行计算分析，提取出目标点迹，并自动建立目标跟踪，并将点迹和跟踪信息通过Socket方式输出给监控中心的多传感器综合处理系统，进行与其他雷达的录取跟踪信息以及AIS等信息的融合处理。当点迹未被系统识别为跟踪目标时，如果用户通过其他手段确认其是一艘船舶，也可通过手动方式对其进行标识，系统将对该目标建立跟踪。

2.3 多信号源融合处理技术

当一艘船舶在多个传感系统中都有实时数据，用户可以选择融合为同一目标。

2.3.1多传感器目标融合

每个传感器（雷达、AIS/VITS）提供一个目标的运动模型，多传感器处理系统对多个運动模型进行对比匹配后，建立一个统一运动轨迹的过程称为多传感器目标融合。

需要说明的是，由于各类传感器的识别精度及刷新频率均不相同，在对目标融合的判断依据顺序应为雷达>AIS/VITS。

2.3.2多区域目标融合

由于多个雷达或AIS基站可能出现重叠覆盖区域，同一目标可能被多个雷达或AIS接收到轨迹信息，因此需要进行多区域目标融合。

以雷达为例，当两个雷达存在交叉覆盖区域时，同一船舶目标可能被不同的雷达设备所录取，这时必须对该目标进行融合处理，当船舶自某一雷达覆盖区进入另一雷达覆盖区时，目标信号依然可以顺利完成跟踪。

2.4 视频智能跟踪技术

用户可在应用平台上选择要联动追踪的雷达/AIS船舶目标，系统会自动选择最近的CCTV联动摄像头对该船舶进行追踪，建立智能追踪关系后，可以在CCTV视频中看到以该船舶为中心的视频画面，系统可以将船舶AIS信息中的GPS位置传递至具有自动反馈功能的CCTV视频前端，使视频前端自动跟随指定船舶的移动而转动，始终将其在视频前端的画面中显示，并支持在超出该视频前端覆盖范围后，由下一个视频前端自动接力跟踪。

2.5 视频增强现实技术

基于视频的AR应用是将虚拟物体信息跟踪注册在一个实时拍摄的实际视频对象上，针对船舶监控领域，就是将船名、航速、航向等存在于数据库、GIS系统中的船舶动静态信息叠加在视频画面中，并与视频画面中的真实船舶图像目标实现一一对应。

视频大数据应用是实现AR分析展示的必备条件，视频大数据应用是未来技术发展的一个方向，而视频的结构化是视频大数据应用的基础。把视频结构化的功能直接集成在摄像机是未来的发展趋势。近年来，视频特征提取、视频结构化分析、视频索引、视频检索等技术已经取得了明显实用效果，本系统拟利用CCTV系统平台为基础，建设基于实时视频监控画面的AR分析展示系统，实现基于实时CCTV实时视频画面与雷达/AIS等数据的融合展示与联动跟踪应用。

3 内河航道电子卡口智能监管系统解决方案

内河航道电子卡口智能监管系统主要由前端卡口建设与应用平台建设两部分组成，前端卡口主要实现船舶实时数据的采集，应用平台主要实现数据收集和分析后的船舶信息展示和功能应用。典型案例如淮河盱眙水域船舶智能监管系统的建设应用。

3.1电子卡口远程非接触违章取证方案

违章取证功能是电子卡口系统的核心，系统提供动态监控列表功能，自动记录通过前端电子卡口的船舶信息，通过预设的违章取证规则，一旦发现船舶未开启AIS、超载超吃水监测、非法停靠、反航道航行、超速航行等违法行为，系统立即进行声光报警，并结合抓拍到船舶照片信息提示用户做出相应处理。通过违章取证功能，可以有效地实现对船舶安全航行的预警预控。具体流程如下：

3.1.1违章监测

船舶进入雷达辖区

通过雷达目标和AIS目标对比，检查目标是否开启;

注：此时尚未对目标进行抓拍，故无法获知未开启AIS目标的身份。

船舶进入电子卡口电子监管站水域

通过抓拍摄像机对船只进行抓拍，可看清船舶全貌及船名;

使用激光对船舶干舷进行测量。

电子卡口水域

监测船只是否进入警戒区、是否超速。

3.1.2违章信息提示

发生违章后，用户可第一时间得知;

获得通知后，用户可以迅速在电子海图上定位涉嫌违章的船只;

提供实时列表展现，以便用户获知;

辖区内船只监控列表;

未处理违章的船只列表，可获知触犯了哪些报警。

3.1.3人工核查

违章证据核对

通过船舶抓拍图片，用户可录入以下信息：

船舶标志标识是否清晰（船名灯箱不规范，船名标识不规范，船舶载重线、吃水线标识不规范，船舶信号灯不规范）;

是否按要求封舱。

根据抓拍图片和测量数据，核实以下信息：

干舷;

吃水。

处置决定

根据违章核对结果，制定处罚结论：

误报警：处置流程结束;

需现场执法：进行现场纠违，远程处置流程结束;

远程执法：保存证据，待后续处理。

3.1.4电子证据管理

可将核查结果转存为电子证据：

生成电子证据：核查结果确认后，即可保存成电子证据，保存在后台数据库中，以便随时查询调取。

导出电子证据：电子证据可导出为通用文件，便于转发、打印，可用于现场执法的依据。

3.2信息服务

系统会自动记录经过电子卡口采集点的船舶违章信息，并自动按时间生成动态监控列表。由指挥中心管理人员将有违章船舶信息人工审核后进行违章行为录入，开发信息服务接口向用户已有平台提供违章行为信息，并通过用户已有平台将违章情况推送给违章船舶和辖区执法人员。

4 系统应用实例

本系统已在盱眙县地方海事处等多个单位成功应用，并取得了显著成效。本系统减少了海巡艇盲目巡航的次数和巡航时间，通过远程识别船舶违章行为，实现了非接触性执法显性违法行为自动取证，为船舶事故调查和违章处理提供方便，大大提高了监管效率。本系统率先尝试在海事系统内开展对违章船舶的非接触式执法和远程预警预控管理，满足智慧海事建设需求。

参考文献：

[1]林长川.雷达与AIS目标位置信息融合方法的研究[J].中国航海，2002（1）

[2]何友.雷达数据处理及应用[M].北京：电子工业出版社，2006（2）

[3]吴建华. 现代导航信息系统[J].武汉：武汉理工大学出版社，2007

[4]北京视酷伟业科技有限公司 VTS/AIS与CCTV联动船舶自动跟踪系统

[5]杨光伟.水上交通智能管理系统在内河海事的应用[J].内河海事，2012