淺談?shì)旊姾＠|安全運(yùn)行綜合監(jiān)控系統(tǒng)解決方案

淺談?shì)旊姾＠|安全運(yùn)行綜合監(jiān)控系統(tǒng)解決方案

摘要：本文闡述了采用輸電海纜安全運(yùn)行綜合監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)輸電海纜保護(hù)區(qū)內(nèi)

船舶動(dòng)態(tài)監(jiān)管的必要性、技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)、解決方案和實(shí)際應(yīng)用案例。

關(guān)鍵詞：雷達(dá)；AIS；GIS；電子海圖

輸電海纜的敷設(shè)多會(huì)穿越錨地、國(guó)際航道和漁業(yè)作業(yè)區(qū)，過(guò)往船舶的拋錨、

拖錨及漁業(yè)撒網(wǎng)等活動(dòng)是導(dǎo)致輸電海纜損壞的一項(xiàng)主要原因。而每根海纜損壞的

直接經(jīng)濟(jì)損失都高達(dá)幾千萬(wàn)人民幣，并且會(huì)嚴(yán)重影響到島嶼居民及工廠的用電需

求，由此帶來(lái)的間接經(jīng)濟(jì)損失更是不可估量。

本文分析了當(dāng)前船舶監(jiān)管中所廣泛采用的雷達(dá)監(jiān)控系統(tǒng)、AIS船舶自動(dòng)識(shí)別系

統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)，闡述了為維護(hù)輸電海纜的安全運(yùn)行，綜合利用雷達(dá)、AIS等多種監(jiān)控

技術(shù)手段并結(jié)合遠(yuǎn)程語(yǔ)音、海纜警示標(biāo)志、光電擾動(dòng)報(bào)警等技術(shù)實(shí)現(xiàn)輸電海纜保

護(hù)區(qū)內(nèi)船舶動(dòng)態(tài)監(jiān)管的必要性，介紹了輸電海纜安全運(yùn)行綜合監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)創(chuàng)

新點(diǎn)、解決方案及實(shí)際應(yīng)用案例。

1、幾種船舶動(dòng)態(tài)監(jiān)控手段及其特點(diǎn)

目前在涉水行業(yè)中為實(shí)現(xiàn)船舶動(dòng)態(tài)監(jiān)控常采用的兩個(gè)系統(tǒng)分別為：

雷達(dá)監(jiān)控系統(tǒng)：雷達(dá)監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)雷達(dá)掃描主動(dòng)對(duì)雷達(dá)所覆蓋區(qū)域的船舶位

置和航行狀況進(jìn)行偵測(cè)。它的優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)覆蓋水域船舶的主動(dòng)偵測(cè)，獲取船

舶的位置、航速和航向信息，且刷新速度快；缺點(diǎn)是無(wú)法獲取船舶的靜態(tài)信息，

如船名、呼號(hào)，且雷達(dá)信號(hào)存在盲區(qū)。

船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)：船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)是一種新型的集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、現(xiàn)代通訊

技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子信息顯示技術(shù)為一體的數(shù)字助航系統(tǒng)和設(shè)備。AIS系統(tǒng)

通過(guò)安裝在船上的AIS船臺(tái)發(fā)出船舶的當(dāng)前位置、航速、航向等動(dòng)態(tài)信息和船名、

呼號(hào)等靜態(tài)信息，由岸基AIS臺(tái)站接收船舶發(fā)出的AIS信息，以實(shí)現(xiàn)對(duì)AIS船舶的

跟蹤。它的優(yōu)點(diǎn)是全國(guó)沿海已經(jīng)全部覆蓋了AIS岸臺(tái)，AIS船舶發(fā)出的信息較全，

且不需人工標(biāo)示，覆蓋范圍廣。缺點(diǎn)是被動(dòng)接收信號(hào)，只有安裝AIS船臺(tái)的船舶

才能被監(jiān)控，且受通信網(wǎng)絡(luò)和是否開(kāi)機(jī)的影響。

2、技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

2.1、雷達(dá)目標(biāo)錄取跟蹤技術(shù)

雷達(dá)監(jiān)控系統(tǒng)是將雷達(dá)掃描出的模擬視頻信號(hào)輸出后進(jìn)行數(shù)字化，并對(duì)數(shù)字

化后的雷達(dá)視頻進(jìn)行點(diǎn)跡提取，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)船舶目標(biāo)的跟蹤。目標(biāo)跟蹤處理的兩個(gè)

基本問(wèn)題是：不同環(huán)境下的點(diǎn)跡與點(diǎn)跡相關(guān)、點(diǎn)跡與航跡相關(guān)，以及運(yùn)動(dòng)目標(biāo)航

跡的濾波與預(yù)測(cè)。

點(diǎn)跡與點(diǎn)跡相關(guān)是對(duì)于那些沒(méi)有與雜波點(diǎn)、可靠航跡關(guān)聯(lián)上的點(diǎn)跡，采用滑

窗法構(gòu)成航跡自動(dòng)起始邏輯，通過(guò)門(mén)限檢測(cè)判斷是否建立暫時(shí)航跡；點(diǎn)跡與航跡

相關(guān)是把噪聲化觀測(cè)與航跡預(yù)測(cè)相結(jié)合，以產(chǎn)生經(jīng)過(guò)平滑和修正后的航跡估計(jì)值。

點(diǎn)跡與航跡的關(guān)聯(lián)通過(guò)跟蹤濾波器實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)船舶航行的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)采用常速度模型作為運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的數(shù)學(xué)模型，并采用

卡爾曼濾波器作為跟蹤濾波器，根據(jù)雷達(dá)測(cè)量值實(shí)時(shí)估計(jì)當(dāng)前的目標(biāo)位置、速度

等運(yùn)動(dòng)參數(shù)，并推算出下一次觀察時(shí)目標(biāo)位置的預(yù)測(cè)值以檢驗(yàn)下一次觀測(cè)值的合

理性。

在常速度模型里，目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的一維數(shù)學(xué)模型可描述為目標(biāo)以恒速運(yùn)動(dòng)，目標(biāo)

的狀態(tài)向量包含位置 和速度 兩個(gè)分量。在實(shí)際過(guò)程中，目標(biāo)的加速度 特征假設(shè)

為：具有零均值和事宜方差的高斯分布平穩(wěn)隨機(jī)變量，而某一時(shí)刻的加速度與其

他時(shí)刻的加速度無(wú)關(guān)。

2.2、目標(biāo)數(shù)據(jù)融合技術(shù)

目標(biāo)數(shù)據(jù)融合技術(shù)包括雷達(dá)目標(biāo)數(shù)據(jù)、視頻分析目標(biāo)數(shù)據(jù)與AIS目標(biāo)數(shù)據(jù)的

融合。同一個(gè)移動(dòng)目標(biāo)來(lái)自于雷達(dá)的跟蹤數(shù)據(jù)、視頻分析的跟蹤數(shù)據(jù)和AIS系統(tǒng)

的位置數(shù)據(jù)由于掃描時(shí)刻的不同會(huì)有所不同。

數(shù)據(jù)融合處理算法根據(jù)一組雷達(dá)目標(biāo)點(diǎn)跡的經(jīng)緯度選出其附近的所有AIS目

標(biāo)數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)逐一與這組雷達(dá)目標(biāo)進(jìn)行比對(duì)，比對(duì)的內(nèi)容包括航向、航速

和歷史航跡擬合，當(dāng)至少一次對(duì)比結(jié)果在運(yùn)動(dòng)模型上達(dá)到一組雷達(dá)目標(biāo)點(diǎn)跡與一

組AIS目標(biāo)點(diǎn)跡都相近時(shí)，則對(duì)雷達(dá)目標(biāo)和AIS目標(biāo)進(jìn)行融合。

3、輸電海纜安全運(yùn)行綜合監(jiān)控系統(tǒng)解決方案

系統(tǒng)采用先進(jìn)的插件式架構(gòu)，具有很強(qiáng)的定制開(kāi)發(fā)能力，每個(gè)功能都是由一

個(gè)功能插件來(lái)實(shí)現(xiàn)，便于修改和擴(kuò)展，這樣就可以通過(guò)定制開(kāi)發(fā)新的功能插件滿

足電力行業(yè)不斷發(fā)展變化的應(yīng)用需求。如下圖1所示：

系統(tǒng)主要分為六大功能模塊：雷達(dá)偵測(cè)、視頻分析、GIS、實(shí)時(shí)監(jiān)管、查詢統(tǒng)

計(jì)和數(shù)據(jù)接入整合。

雷達(dá)偵測(cè)功能模塊主要實(shí)現(xiàn)雷達(dá)目標(biāo)的錄取跟蹤、雷達(dá)目標(biāo)數(shù)據(jù)與AIS系統(tǒng)

數(shù)據(jù)及視頻分析目標(biāo)數(shù)據(jù)的融合、雷達(dá)原始視頻數(shù)據(jù)與電子海圖數(shù)據(jù)的疊加顯示。

該模塊可以接入標(biāo)準(zhǔn)雷達(dá)設(shè)備的模擬信號(hào)，經(jīng)數(shù)字化后通過(guò)數(shù)字圖像處理技術(shù)對(duì)

雷達(dá)視頻圖像中的移動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行錄取跟蹤，識(shí)別出有效的船舶目標(biāo)，并計(jì)算出船

舶目標(biāo)的經(jīng)緯度、航向和航速信息；通過(guò)與AIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)的融合技術(shù)引入船舶目

標(biāo)的船名、呼號(hào)等靜態(tài)信息，所有的船舶動(dòng)靜態(tài)信息疊加顯示在電子海圖之上，

即實(shí)現(xiàn)了對(duì)雷達(dá)覆蓋水域船舶的主動(dòng)偵測(cè)；同時(shí)通過(guò)雷達(dá)原始視頻數(shù)據(jù)與電子海

圖數(shù)據(jù)的疊加顯示技術(shù)還可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)未被系統(tǒng)識(shí)別出的移動(dòng)目標(biāo)，及時(shí)做出人

干預(yù)處理。

圖1：系統(tǒng)架構(gòu)圖

視頻分析功能模塊通過(guò)對(duì)連續(xù)幀的視頻畫(huà)面進(jìn)行智能分析，提取船舶輪廓信

息，并根據(jù)所提取船舶在視頻畫(huà)面上的像素變化解算出船舶的航跡位置，最后根

據(jù)船舶的位置變化情況計(jì)算出船舶的航行速度，由此判斷船舶是否有停泊的傾向。

GIS功能模塊即為系統(tǒng)的基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)平臺(tái)，采用了高速動(dòng)態(tài)目標(biāo)繪制技

術(shù)和專業(yè)的電子海圖/地圖渲染技術(shù)，專門(mén)為電子海圖應(yīng)用和移動(dòng)目標(biāo)監(jiān)控而設(shè)計(jì)，

可以在同時(shí)監(jiān)管10000個(gè)移動(dòng)目標(biāo)的情況下無(wú)任何閃爍和延遲。該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了電

子海圖和電子地圖的混合顯示和無(wú)縫拼接，支持S-57數(shù)據(jù)格式、S-52顯示標(biāo)準(zhǔn)的

電子海圖數(shù)據(jù)和shp、tab等公開(kāi)格式的電子地圖數(shù)據(jù)；該平臺(tái)在實(shí)現(xiàn)了電子海圖

/地圖可視化顯示及縮放、查詢等操作功能的同時(shí)，還支持強(qiáng)大的地理信息要素標(biāo)

繪功能，包括了點(diǎn)、線、面的要素標(biāo)繪，標(biāo)繪的顯示樣式可以采用與S-52顯示標(biāo)

準(zhǔn)完全相同的符號(hào)以保持顯示效果的一致性，也可采用用戶自定義的符號(hào)以突出

顯示。

實(shí)時(shí)監(jiān)管功能模塊主要實(shí)現(xiàn)船舶威脅的實(shí)時(shí)判斷、處理、報(bào)警及CCTV電視

監(jiān)控系統(tǒng)的功能。除了支持常規(guī)的電視監(jiān)控系統(tǒng)功能即人工控制攝像機(jī)指向重點(diǎn)

區(qū)域之外，該模塊還可以接入雷達(dá)偵測(cè)模塊、視頻分析模塊或數(shù)據(jù)接入整合模塊

提供的船舶位置信息和航速航向信息，通過(guò)相關(guān)的智能控制單元和聯(lián)動(dòng)追蹤算法，

準(zhǔn)確控制云臺(tái)鏡頭的運(yùn)動(dòng)，使云臺(tái)、攝像機(jī)、鏡頭能根據(jù)船舶的經(jīng)緯度信息、航

速和航向始終準(zhǔn)確的對(duì)準(zhǔn)行進(jìn)中的船舶，實(shí)現(xiàn)船舶的自動(dòng)跟蹤。通過(guò)CCTV聯(lián)動(dòng)

追動(dòng)功能可以實(shí)現(xiàn)對(duì)重點(diǎn)船舶的全程監(jiān)控，為海纜安全管理提供了一種非常實(shí)用

且有效的監(jiān)管手段。

查詢統(tǒng)計(jì)功能模塊實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自身的數(shù)據(jù)或接入的外部業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的查詢和

統(tǒng)計(jì)，查詢統(tǒng)計(jì)結(jié)果既可在電子海圖上以專題地圖的形式展示，也可以傳統(tǒng)的表

格、直方圖或餅狀圖方式展示。

數(shù)據(jù)接入整合功能模塊是系統(tǒng)的通信后臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)雷達(dá)、AIS、CCTV、海纜警

示標(biāo)志、光電擾動(dòng)報(bào)警等數(shù)據(jù)的接入、分類、記錄和轉(zhuǎn)發(fā)及其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的

接入和整合。

4、輸電海纜安全運(yùn)行綜合監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例

該解決方案已于2012年8月應(yīng)用于江門(mén)電力局輸電海纜運(yùn)行的安全監(jiān)控工作

中，該系統(tǒng)全方位探測(cè)海纜保護(hù)區(qū)周?chē)奈ｋU(xiǎn)源，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)、AIS、CCTV、光電感

應(yīng)等技術(shù)在海纜監(jiān)控領(lǐng)域的大融合，開(kāi)創(chuàng)了電力行業(yè)應(yīng)用先河。同時(shí)，通過(guò)一套

平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)島嶼地區(qū)所有海底電纜的監(jiān)控，降低了海纜監(jiān)管、保護(hù)工作的勞

動(dòng)強(qiáng)度，提高了管理的工作效率。

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