视频联动在港航船闸内的应用

　　【摘要】 本文简要介绍视频联动在港航船闸中的应用，其中船闸视频监视系统和计算机监控系统的设备进行联动操作，操作人员按照船闸操作工艺流程进行开关闸门或阀门时，船闸视频监视系统自动切换显示对应设备的监视摄像头，通过视频摄像头监视对应设备运行工况;同时船闸越线报警系统结合视频监测船舶运行位置状态，准确判别船舶是否越线，为船闸管理人员提供操作依据和前提条件。

　　关键词：视频联动;港航船闸;控制联动;越线报警

　　船闸工程项目由很多系统组成，主要包括有计算机监控系统、视频监视系统、越线报警系统、网络广播系统、供配电系统和船闸收费系统等。目前已建大部分系统都是分开独立管理，由于系统较多，分散会给运行管理带来不便、尤其对船闸安全运行带来极大不利，只有将各个子系统进行融合统一、联合工作才能提高工作效率、为船闸安全可靠运行提供了保障。

　　一、船闸视频与控制智能联动装置

　　随着监控技术的发展和船闸自身安全管理的需要，船闸每个闸首都安装了十几个乃至数十个监控摄像头，目前船闸通过多个宫格的方式将多个摄像头的画面显示在电脑或者大屏幕同一监视器上，供船闸运行调度人员监控船闸运行情况。然而，在船闸的实际运行过程中，船闸运行调度人员需要根据船闸运行的八个步骤，在某一时间段内重点关注部分宫格的视频画面，面对多角度多画面的监视器，工作人员很难在短时间内找到需要重点关注的画面且持续关注一段时间，频繁切换更是容易导致视觉疲劳。船闸集中控制模式下，操作人员既要按照船闸操作工艺流程开关闸门阀门，又要调用不同视频图像确认其操作安全性，两者之间频繁切换，十分繁琐，容易产生误操作，效率较低。目前大部分船闸使用的视频与控制联动系统采用的旧版方案，只能在现地机房现地进行查看，需要靠人工干预操作，且使用过程中存在卡顿现象，效果不好。

　　针对上述船闸在船舶过闸靠泊方面主要存在的问题，迫切需要通过船闸视频与控制联动改造工程来解决。船闸视频与控制智能联动装置集控，通过采集航道交通控制系统的运行控制指令自动调用运行区域的相关摄像机视频监控信号，可使在集控中心使运行人员迅速观察到运行设备及运行现场的视频，以最快的速度了解现场的运行情况，及时确保通航系统的设备安全可靠，船舶顺利过闸。为保证网络安全 性，将控制系统与视频系统在网络层面完全隔离，联动装置直接读取P L C的信号，不再与控制系统交换机连接。将视频系统与控制系统在网络上硬隔离。同时，为保证今后船闸控制系统/视频系统调整时，尽量减少视频与控制系统联动设备的调整工作量，要求联动装置配置文件，设置操作界面，直接设置I P等参数，操作更简单、易懂，维护更方便。

　　(一)智能联动装置

　　主要功能在船闸控制中心配置一套视频与控制智能联动装置，用于放闸运行人员对现场运行设备进行监控。通过将视频系统的数据和控制系统的数据进行实时联动，满足在船闸运行全过程中对不同的重点区域的重点查看的需要。其主要用来连接控制系统与视频系统，通过将控制系统中获取的关键运行数据，经过分析决策后提供给视频系统使用，从而使视频系统侧的软件发挥作用，起到了桥梁的作用。

　　1.计算机监控系统对被监视设备进行操作时，视频监视系统摄像机能自动转向并显示画面，并能对重要部位设置实时监视功能，以判断设备运转是否正常、了解现场动态。系统主要能实现两点功能。一是在船闸运行的特定步骤筛选重要视频画面并放大显示，二是在船闸运行到下一个步骤时，重点画面能够自动进行切换。

　　2.视频监视系统具有与自动报警联动功能，能依据计算机监控系统中重要设备的事故故障信号等有关报警信息，自动推出事故区域关联摄像机的全屏报警画面。

　　(二)智能联动装置实现方式智能联动装置获取设备运行状态通过独立的装置处理器，能够通过网络modbus协议、opc协议等其他协议进行互相通信，共享船闸控制系统内监控系统内的操作数据，而不影响船闸的正常运行。通过分析总线数据包和预设的参数，处理器智能的识别当前操作进展的情况，并透过TCP/IP协议与监控终端通信，进行相应动作。视频与控制联动系统终端软件根据预先与船闸相关人员的沟通，确定船闸的监控重点和顺序。可以在收到联动设备发出的动作信号后，切换视频，控制监控区域放大显示等操作，避免了人工干预，提高监控效率。软件同时接收船闸上的多路监控视频流，压缩后以宫格的形式显示在界面右侧，操作人员同样可以方便的操作该软件，自主切换、放大任意一路监控视频，有效提高监控设备的使用效率。

　　(三)智能联动装置系统主要功能船只在进闸过程中需要关注的要点画面一般由2-3个视频画面组成，需要对闸门附近船闸运行状态进行监视，且每个画面均以文字形式告知管理人员注意的内容，并且提示下一步船闸动作，闸室外船只全部进入完毕后，即船只全部进闸后，操作人员进行通过视频监视确认无误后，远程操作闸门，使闸门开始关闭，此时重点画面立刻切换成了新的需要关注的区域图像。智能联动装置系统主要功能包括：

　　1.视频与控制智能联动软件是基于多任务、多平台、实时性好、开放性好的集成软件包。标准画面和用户组态画面均为汉化系统。

　　2.显示功能：可根据需要自定义视频监控画面，包括监控画面的大小，监控画面的对象，视频监控的画面分割等，如根据现场开关闸门的控制信号或事故故障信号自动切换至预先设定好的切换画面，画面既可以为全屏显示，也可以为四分屏、五分屏等任意分屏设置画面且软件正常运行过程中CPU占用率不超过50%。画面自动推送与切换过程中响应速度不超过1秒。

　　3.通讯功能：视频与控制智能联动软件内嵌了多家PLC产品的多种硬件驱动程序，可以与多家PLC产品进行通讯，读取PLC的相关信号。同时视频与控制智能联动软件也可与海康等品牌的摄像机进行通讯，调取现场的摄像机视频信号。

　　4.安全功能：通过用户认证系统，可防止外来的非法用户接入，对内网用户进行统一的用户账户管理、行为管理的等一系列安全措施，保障网络安全可靠的运行;系统分别设定操作员和系统管理员的权限。在运行环境下，可屏蔽操作系统中所有热键，从而锁定系统自由进出。系统受电后自动恢复运行状态。操作员级别的用户只能对系统进行监视，而系统管理员可退出系统并对软件内的相关参数进行重新设定。

　　5.自恢复功能：现场视频信号丢失再恢复后，监视画面上的视频信号可自动进行恢复，无需人为干预。

　　二、船闸越线报警系统

　　船闸作为重要的水运通航设施，保障其安全运行尤为重要。在闸室靠近闸门的位置附近应有一条安全警戒线。船只越过安全警戒线可能对船闸运行工况产生安全隐患，尤其离闸门越近、发生不安全事件可能性越大。在船闸实际运行过程中，存在以下3方面问题，即目前船闸安全警戒线大多仅仅依靠界限灯和标识线，船舶在运行中无法有效识别;船舶距离闸门过近，在水流波动较大时容易出现碰撞闸门的情况;船舶重载下行，在泄水时会出现搁浅闸台的情况。其中，为了避免泄水时因船舶在闸台违规停留导致船舶倾翻事故发生，需要在危险时间内对船舶的违规停留行为进行检测、防止船舶故意长时间停留。另一方面，由于船闸运行过程中，水位差变动大，且部分船舶外轮廓高度超限，极易造成船舶高度超限部位与船闸设施发生碰擦，既造成了船闸设施的损坏，也容易造成安全事故，因此项目同时考虑对船舶超高情况进行检测和报警、提前对船舶运行要求进行提醒。

　　(一)越线检测难点

　　1.当前主要越线检测还是人工巡视。人工巡视存在易疲劳，物理标识不易看清，精确度不高，效率低等缺点。2.而采用电气控制手段自动检测难点主要有：复杂天气影响：闸室环境是室外露天的非标准工况，受四季天气情况影响，如雨、雾、雪等因素干扰检测仪表仪器;随机干扰源多：如飞鸟、水面漂浮物、波浪等反射，其中飞鸟、漂浮物等具有随机、不重复的特点;水位实时变化：在调度过程中，船舶高度会随着水位变化而变化，检测部位要随水位变动而变动。

　　(二)船闸越线

　　报警系统原理为克服检测难点，设计采用激光和视频结合的检测手段检测船舶越线。激光检测通过二维激光扫描、接收，依据空间距离，对闸台上违停的船舶进行检测报警。视频检测通过视频分析技术，对划定区域内的船舶进行智能识别，并实时报警。两种检测方式特点为：激光检测精度高，抗干扰能力强，能应对各种复杂天气;视频检测正常情况下精度高，但易受天气影响。二者 结合，可增加系统可靠性，准确判别船舶是否越线，为船闸管理人员提供操作依据和前提条件。将闸室区域分为正常区域、安全警戒线、缓冲区域与危险区域。其中，安全警戒线为缓冲区域前方设定的警戒线，利用激光扫描仪，实时检测船舶越线行为，为防撞系统提供智能预警功能;缓冲区域为危险区域前方设定的虚拟区域，为违规闯入船舶的管理提供缓冲时间;危险区域为闸门附近设定的虚拟区域，如闸台位置、闸门位置，在危险时间窗口内，该区域禁止船舶进入。采用“激光越线检测+视频辅助验证分析”的复合检测方式，完成对潜在船舶危险行为的智能预警。

　　首先，通过激光扫描仪，对越过安全警戒线的船舶进行检测，为闸室防撞系统提供智能预警，充分保障闸室安全稳定运行。其次，将控制系统与防撞报警装置进行联动，对目标船舶进行重点监控。当激光扫描仪检测到有船舶越过警戒线，监控中心与闸室警戒灯将自动报警，并通过广播、显示屏信息发布等方式，提醒该船只立刻停船。同时，监控中心会向闸口值班员发出警戒信息，值班员利用缓冲区域提供的时间现场指挥该船只停船，并自动调用监控摄像机进行拍摄取证。基于红外功能的视频辅助分析与联动确认，利用基于卷积神经网络算法，对视频监控抓拍的船舶图片进行特征智能识别，为船闸防撞提供辅助预警功能。当闸室出现警情时，防撞预警系统与视频监控系统实施联动，监控中心能够自动将警情区域的监控画面切换至大屏主画面，以便进行最后的警情确认。对于异常状况，视频可以自动保存、自动播放。

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　　三、总结

　　视频联动在港航船闸得到试点创新应用，船闸视频监视系统和计算机监控系统两个系统之间通过数据指令的交互，实现了闸门运行监视和闸门视频同时在大屏上监视、方便了操作人员监视、提高了系统运行安全性、可靠性。船闸越线报警系统将闸室区域分为正常区域、安全警戒线、缓冲区域与危险区域，闸室防撞系统提供智能预警，充分保障闸室安全稳定运行。将控制系统与防撞报警装置进行联动，对目标船舶进行重点监控。船闸越线报警系统为船闸管理人员提供操作依据和前提条件。

　　参考文献：

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　　[3]温晓慧.SCA DA视频联动在轨交车站电力监控系统中的应用[J].电工技术，2015.

　　作者：王建锋 中通服咨询设计研究院有限公司 江苏南京 210019

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