智能光电技术在内河监管中的应用研究

龚永寿 李春旭 周昱城

摘 要：随着内河水运的发展，面临的监管需求越来越强烈。本文通过对目前内河水域监管现状的分析，指出当前面监管形势的严峻。在此基础上，對当前的人工智能技术与光电技术进行解读，并分析了两种技术联合为本行业所带来的优势。通过对内河区域船舶监管、落水人员监测、桥区偏航防撞等典型场景进行分析，说明了智能光电技术在内河监管系统应用的紧迫性。

关键词：智能技术;光电技术;区域船舶监管;落水人员监测;桥区偏航防撞

中图分类号：U61             文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2020）09-0046-02

随着水运交通的不断发展， 水运在综合运输体系中的地位和作用逐步增强，港口吞吐量持续增长[1]。在此背景下，安全监管问题也成了需要重点解决的问题。在国内水域发达的区域，例如长江全线年均开展救助行动百余起，广东省境内年均发生船桥碰撞几十起，涉及遇险人员、船舶、桥梁不计其数，带来的损失数以万计，引发业界广泛关注。在当前经济社会转型升级，高度重视水运安全，刻不容缓，同时对惠及民生的交通安全出行具有重要意义。

目前我国针对内河水域水上安全监管能力仍然非常薄弱，特别是对于部分桥区的安全投入缺口较大，部分地区对桥梁监管能力存在严重不足，加之从业人员安全意识淡薄，导致安全隐患频出。

本文分析了智能技术与光电技术结合带来的新趋势，并对内河监管典型场景的需求进行了分析，说明了智能技术与光电技术结合对内河监管领域带来的新影响，并对未来这种趋势进行了展望。

1人工智能与光电技术结合的未来可期

光电技术与人工智能技术的深度结合，主要解决视觉清晰、决策精准等问题，主要包括以下方面：

1.1  机器视觉与计算机视觉

机器视觉是应用价值最高的人工智能技术，它为机器赋予了双眼，使其能够辨识万物。机器视觉就是用机器代替人眼进行测量和判断，它综合了模拟电子、数字电子、计算机、人工智能、大数据、图像处理、传感器、光学成像等跨学科前沿技术。机器视觉具有准确性、客观性、稳定性等特点，在现代智能交通等领域有着广泛应用。计算机视觉就是利用计算机和其辅助设备模拟人的视觉功能识别、对目标进行跟踪并测量。

1.2  光电传感器

传感器是人工智能获取信息的重要设备，是人工智能技术的硬件基础。传感器技术是人工智能与万物互联的必备条件，它如同人类的五官，能够对外界信息进行采集与转换。光电传感器一般由光源、光学通路和光电器件组成，其功能就是将光信号转换为电信号。光电传感器信息转换准确，传输误差小，应用领域十分广泛。当前研究的热点是智能光电传感器，它集成了人工智能、信息处理等技术，成为人工智能的关键因素[2]。

1.3 交叉应用未来可期

人工智能领域与光电技术交叉渗透、融合发展是基本趋势。诸多人工智能需要解决的问题， 也正是光电技术的发展需要解决的问题。

科学家正在研究应用机器学习改善传统的光学和光电技术。通过将机器学习、神经网络引入视觉技术中形成人工智能视觉技术，显著提升数据处理量和速度。水运监管系统引入光电传感器及智能技术，精度比常规监管手段高出很多。我国科学家发明的基于激光成像技术和人工智能的监控系统，可在45公里远处实施目标识别[3]。

新一代智能光电传感器将具有分析、判断、自适应、自学习的功能。近年研发的基于双目视觉技术的3D 感测方案，具有低功耗、高灵敏度特点，在机器人和VR等领域广泛应用[4]。智能技术与光电技术的结合，能够为内河监管系统赋予新的活力，能够让水运监管系统慧眼如炬。

2  内河监管典型应用场景需求分析

2.1  区域船舶监管系统

（1）船舶识别。自动对摄像头监管区域内的船舶进行识别，能够全天候识别区域内的船舶数量，并对船舶目标进行实时画框跟踪，并在画面上展示每个目标的属性信息。

（2）船上人员识别。自动对船上人员进行识别，并对船上人员目标进行实时画框跟踪。

（3）船牌识别。通过可见光摄像头，能够采集船舶照片，实现对船牌的自动识别。

（4）船舶位置和速度检测。基于可见光目标或者红外目标在图像中的位置，实现船舶的定位、测向、测速，并能够在实时监控画面中予以呈现。

（5）实时报警。在禁航区或者桥区附近，设定电子围栏，根据船舶位置进行判定，一旦发现有违规行为，立刻进行报警并对其跟踪识别，同时实时展示报警信息并显示目标的抓拍图。

（6）录像快速回查。自定义在航船舶的事件录像，并能够回放船舶的录像，提高回查效率。监管系统在对违规船舶进行回查时无须逐帧回放，通过船舶静态信息就能快速找出违规船舶的录像证据。

2.2 落水人员监测系统

（1）落水人员识别。自动对视野范围内的落水人员进行识别，并统计落水人员数量。

（2）落水人员定位。基于可见光目标或者红外目标在图像中的位置，实现落水人员的定位，并能够在实时监控画面中进行呈现。

（3）落水人员报警。根据落水人员识别结果，发送报警信息，报警信息包括落水人员数量、位置，同时实时展示报警信息并对落水人员进行抓拍。

（4）录像快速回查。自定义落水时刻的事件录像，只回放人员落水时刻的录像，提高回查效率。搜救队伍在寻找事发时刻时无须逐帧回放，通过落水人员时刻就能快速找出事发时刻录像证据。

2.3 桥区偏航防撞系统

（1）船舶高度测量。自动对桥梁通航孔附近的船舶高度进行测量，并能够对船舶当前的净高与通航孔高度进行比较。

（2）船舶偏航预警。根据船舶航向及航速的识别结果，对下一时刻的船舶运动轨迹进行预测，如船舶有偏离通航孔所在航线的趋势，及时发布预警信息。

（3）录像快速回查。自定义碰撞时刻的事件录像，只回放碰撞时刻的录像，提高回查效率。监管部门在寻找事发时刻时无须逐帧回放，通过碰撞时刻就能快速找出碰撞时刻的证据。

通过以上对内河典型监管场景的需求分析，得知加强内河水域的监管迫在眉睫。为此，亟待将现有的智能光电技术引入到本领域中，实施对内河水域的全方位、高精度、智能化监管。

3 总结

光电技术在人工智能领域应用占据重要席位，两者相互促进、相互交融，不断推陈出新，迭代升级。随着光电技术与人工智能技术的深度融合，未来在内河监管场景中的应用将不断取得突破和进步，将更好地助力内河监管应用场景的智能化发展。

参考文献：

[1]张帆. 浅谈航运新形势下内河海事监管技术的发展[J]. 交通信息与安全， 2010， 028（006）：91-94.

[2]魏延斌. 智能传感器技术研究[J]. 交通科技与经济， 2006（6）：78-79.

[3]我国科学家推出基于激光成像技术和人工智能的监控摄像头[J]. 光行天下，2019-05-10.

[4]喻杨. 基于结构光和双目视觉的工件3D重建与测量[D].

基金项目：科技入滇专项“云南省重点通航水域立体监管关键技术研究与应用示范”，项目编号：2018IB021