智慧航道之船舶流量检测系统

1、背景概述

在我国长三角地区和珠三角地区，河网密布，无结冰期，水流量充沛，内核航运发达。但船舶航运事故对航运安全的威胁也日趋严重，航运管理部门继续对河道上的航运情况进行实施的监控，以便于从宏观和微观上掌握特定水域内水上交通的实际状况、基本特征和一般规律，比如通过某段河道的船舶数量随时间的分部，船舶吨位等。

现有内河航道船运监测的方法主要有人工监测、视频监测、红外成像和雷达成像等。但当自然条件恶化（如大雾、暴风雨、黑夜等）、运营状态不利（如多艘船并行通过繁忙水域）时，上述方法的使用效果和准确性都会受到不同程度的影响。

依据国家促进内河航运与物联网发展两大战略举措，依托国家船联网应用示范工程成果，开展基于实现“航运管理精细化、行业服务全面化、出行体验人性化”为目标的航道管理服务工作。通过基于激光点云扫描技术、双目视频智能分析技术的船舶流量监测系统，实现某水域船舶交通流量的全天候统计、货物运输总量的有效统计，客观反映该水域的水上交通状况，为航道发展定位、基础设施建设以及航道管理策略制定等决策提供重要的依据。

2、系统介绍

船舶流量是单位时间内通过水域中某一地点的所有船舶的数量、航向、总吨位等统计数据的集合；是表征给定水域水上交通状况的基本量，是内河水运的重要信息，船舶流量观测也是各级港航管理部门的重点工作之一。同时也是航道发展定位、基础设施建设以及航道管理策略制定等决策的重要依据。

2.1运行系统

（1）系统由三大部分组成，**部分为前端采集设备、由摄像机、激光补光、视频AI处理数据采集分析器等；第二部分为传输网络光纤或无线网络，第三部分为系统分析软件及服务器设备

（2）数据处理。船舶流量数据分析是对根据实时获取的船舶数量，进行的船舶交通量的数据分析。主要包括交通量列表，流量趋势分析，流量汇总分析和手动勘误。

（3）功能实现：交通量列表。船舶交通量列表功能，用于展示实时的船舶交通量情况，显示每一条船的船舶交通量数据。交通量列表页面会自刷新，以更新实时的船舶交通量数据。

流量趋势分析。流量趋势分析是按时间段，统计分析流量的变化趋势。流量趋势分析可按天、周、月、年或者自定义时间段进行趋势分析。同时，还可对分析结果导出。

统计数据导出。对于流量趋势分析的结果数据，可以导出，以便于后期处理，以及用于其他业务处理（如统计数据上报等）。统计分析数据以Excel的格式导出，可用Office  Excel直接打开。

流量汇总分析。流量汇总分析是按时间段，按航道系统流量统计分类，统计流量的汇总情况。流量汇总分析可按天、周、月、年或者自定义时间段进行汇总分析。

2.2系统指标

本系统主要用于某段水域内船舶流量和吨位的监测、统计、记录和分析，为了解和掌握船舶交通量数据提供依据。技术指标包含船舶航行测量准确率、船舶数量测量准确率、船舶空重载测量准确率和实时船舶通过图像采集准确率。24小时自动化观测船舶流量，并能对过往船舶所载货物进行拍照，同事，还具备对超尺度船舶、超载船舶进行自动化监测的，通过对对航道船舶流量观测系统的应用，大大提高了船舶交通流量观测的精度，改变了原先人工观测的传统模式，大幅降低了成本，既现金高效又实用可靠。

3、总体建设方案3.1设计原则为了*大限度的避免重复投资和浪费，本设计将以形成资源共用、实用性强、操作简便、接口开放的原则设计。具体建设原则和策略如下：

Ø 技术先进、稳定可靠

系统可靠性是系统长期稳定运行的基石，只有可靠的系统，才能发挥有效的作用。本方案从系统设计理念到系统架构的设计，再到产品选型，均持续秉承系统可靠性原则，采用成熟的技术，具备较高的可靠性、较强的容错能力、良好的恢复能力及防雷抗强电干扰能力。

Ø 兼容度高、扩展性强

充分考虑扩展性，采用标准化设计思维，严格遵循相关技术的国际、国内和行业标准，确保系统之间的透明性和互通互联，并充分考虑与其它系统的兼容性，在设计和设备选型时，科学预测未来扩容需求，进行余量设计。采用模块化结构，便于系统扩容、升级。系统在做底层区域的扩增时，只需配置前端系统设备、建立和监控中心的连接，在管理平台做相应配置即可，软硬件无须做大的改动。

Ø 管理方便、维护简单

系统采用全中文、图形化软件实现整个监控系统管理与维护，人机对话界面清晰、简洁、友好，操控简便、灵活，便于监控和配置；采用稳定易用的硬件和软件，完全不需借助任何专用维护工具，既降低了对管理人员进行专业知识的培训费用，又节省了日常频繁地维护费用。

Ø 顶层设计、分步实施

全面、系统地规划设计总体框架，做好监控平台的顶层设计，提出总体思路和建设要求，明确技术路线，分步骤有序进行实施。

Ø 综合分析、安全至上

综合考虑设备安全、网络安全和数据安全。在前端采用完善的安全措施以保障前端设备的物理安全和应用安全，在前端与监控中心之间必须保障通信安全，采取可靠手段杜**前端设备的非法访问、入侵或攻击行为。对数据的访问采用严格的用户权限控制，并做好异常快速应急响应和日志记

3.2系统架构图

图：系统架构

3.3方案设计

建设覆盖全省的船舶流量监测网络，考虑到数据质量、工程造价等多方面因素，拟区分监测需求、采用多种类监测终端的建设方式，设计方案如下：

（1）AIS方式进行广域覆盖

通过共享交通运输部南海航海保障中心的海事AIS数据，并在海事AIS盲区适当补充AIS岸基设备，建设覆盖省航道全域的船舶流量监测网络，对于船舶总数量不完整（据实地勘测，省内的内河船舶AIS开启率典型值为40%~60%）和船舶信息不全（一般缺少空重载、船舶吃水深度和出水高度数据）的情况，采用激光和视频两种方式进行数据补充。

（2）视频智能分析方式进行加密监测

视频智能分析在光照较好的场景下数据质量较高，虽不能直接测量船舶尺度、但可通过船名船号自动识别和双目视频分析等方法进行间接测量，满足船舶流量监测的大部分需求，作为AIS和激光之间的一种补充手段，提高船舶流量直接观测点位的密度。

3.3方案设计

建设覆盖全省的船舶流量监测网络，考虑到数据质量、工程造价等多方面因素，拟区分监测需求、采用多种类监测终端的建设方式，设计方案如下：

（1）AIS方式进行广域覆盖

通过共享交通运输部南海航海保障中心的海事AIS数据，并在海事AIS盲区适当补充AIS岸基设备，建设覆盖省航道全域的船舶流量监测网络，对于船舶总数量不完整（据实地勘测，省内的内河船舶AIS开启率典型值为40%~60%）和船舶信息不全（一般缺少空重载、船舶吃水深度和出水高度数据）的情况，采用激光和视频两种方式进行数据补充。

（2）视频智能分析方式进行加密监测

视频智能分析在光照较好的场景下数据质量较高，虽不能直接测量船舶尺度、但可通过船名船号自动识别和双目视频分析等方法进行间接测量，满足船舶流量监测的大部分需求，作为AIS和激光之间的一种补充手段，提高船舶流量直接观测点位的密度。

3.4前端监测终端

3.4.1视频智能分析监测终端

系统采用深度学习技术对船舶进行跟踪与进行船名的识别，采用双球机技术，通过全景球机能自动识别与跟踪进入监控区域内船舶，分析船牌位置后通过局部球机进行船名的识别。系统采用黑光球机，可实现夜间船舶的识别，同时系统自带夜间激光补光灯，可自动对准船牌进行夜间船名识别，同时结合AIS，获取船舶AIS信息。

终端构成：视频智能分析监测终端系统是一套以高清视频监控和图像分析算法为核心的成套设备，采用双黑光球机、AIS信号接收等传感手段，实现对船舶流量的自动监测。

视频智能分析监测终端由双黑光球机、激光补光灯、视频AI处理服务器、AIS接收机等部件组成。

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