北海航海保障中心天津航标处
摘要：在“交通强国”战略发展背景下，以智能港口、智能船舶、智能航道、智能监管等为代表的智能航运时代即将到来。本文通过对航标管理维护、海事监管的未来发展趋势分析，以智能视频监控、AIS、航标遥测遥控、雷达等数据融合为基础，研究航标智能监控系统建立的可行性和功能需求，从智能化运维和监管应用前景方面提出了针对性的建议，进一步提升航道水域的智能化管理水平。
关键词：航标；能视频监控；海事监管
一、引言
随着“京津冀协同发展”、“一带一路”、“交通强国”等国家重大战略加快实施，水上交通运输、海洋资源开发等水上活动发展迅速。航标作为水上交通运输的重要支撑保障系统，国家战略的叠加实施为航标部门主动作为提供了宽广舞台。受海洋环境条件限制，海上平台、岛礁等与航标均可作为海上数据采集搭载的基础，而航标分布广、设置点位重要的特点使其成为沿海通航水域最重要的数据监测前沿阵地，在导助航设施上充分利用云、AI等信息化技术，实现海上实时信息监测和环境分析评估，对实现现代化的综合航海保障体系具有重要意义。
二、通航水域监控现状
（一）港口监控
目前，一般港口都建有雷达、AIS、视频监控系统用于监控港口水域通航、生产及安全防控情况。由于一般港口面积通常可达几平方公里，对于港区较为集中的港口，面积更是多达几十平方公里，雷达和AIS可以覆盖到但不够直观，更直观的视频监控由于建设环境制约无法覆盖到离岸较远的水域。同时，港口地处沿海或沿江地区，受大风、潮湿、盐雾等气象条件影响，即便是在码头岸基安装的视频监控设备，摄像机抖动、粉尘附着、设备箱及光纤连接老化等问题也会造成视频监控设备损坏。此外，监控设备一般会由港口调度、生产安全、码头安防、海事、边防等部门分别建设。因此，如果港口监控设备的管理部门协同不力，数据共享及整合缺少统一联动，没有统一的维护管理部门，监控设备的功能也很难获得有效使用。
（二）航标监控
2019年12月，交通运输部海事局印发《海区航标维护管理规则》，规定航标巡检方式有航标巡视、航标巡检。目前天津航标处辖区各类导助航设施遥测遥控覆盖率达100%，遥测遥控监控已经成为航标巡视的重要方式，其在航标上的普遍应用使航标管理人员能够及时掌握航标运行实时信息，降低船舶及管理人员出海次数，节约维护成本。
利用遥测遥控系统监控航标的方式相比人员现场查看优势明显，但目前的遥测遥控巡检方式对现场查看的依赖性依然很高，主要体现在：一是遥测遥控系统存在误报警现象，主要体现在航标位置信息传输失败导致的偏移误报警，灯器运行电压、电流的瞬间异常导致能源供应报警。二是遥测遥控系统存在信息延迟情况，为使传输频率和灯器能源供应保持平衡，一般灯器信息反馈频率为1次/小时，但在部分传输信号较弱地区，信息反馈频率会增加到数小时至数天不等。遥测遥控系统运用的弊端导致在航标值班员收到航标异常信息后，需要现场确认后才能进一步采取出海恢复或者发布航海警告等措施，使得遥测遥控巡视航标在节约维护成本方面的优势大打折扣。
三、智能视频监控系统发展
智能视频监控系统（Intelligent video surveillance system）是采用图像处理、模式识别和计算机视觉技术，通过在监控系统中增加智能视频分析模块，借助计算机强大的数据处理能力过滤掉视频画面无用的或干扰信息、自动识别不同物体，分析抽取视频源中关键有用信息，快速准确的定位事故现场，判断监控画面中的异常情况，并以最快和最佳的方式发出警报或触发其它动作，从而有效进行事前预警，事中处理，事后及时取证的全自动、全天候、实时监控的智能系统。智能视频监控系统已在体育、安防、门禁等领域进行了广泛应用，可实现对人、物及运行轨迹的智能识别，并通过后台的分析评估对视频环境影响的做出智能化的判断和补偿。
目前，各类港口监控系统存在的普遍问题主要是数据共享和融合度较低，以及监控响应和预警研判模式相对被动。尤其是后者，其实是智能监控系统中的一个普遍问题，通过监控人员对监控数据持续回放并进行不断“翻译”，不但增加了监控疲劳程度，也降低了用户体验满意度，制约了监控系统的扩展应用。因此，探索在统一稳定安全的媒介平台，整合各监控系统数据和功能，通过智能分析对海量信息进行处理，实现港口水域监控数据全面覆盖、精准定位、智能追踪，成了众多港口管理者的共同的心声。
四、航标智能视频监控系统设计思路和应用
（一）系统设计
1.搭载平台
由于港口点多、面大及特殊的水文气象环境，监控数据全覆盖需要稳定的搭载平台，除了雷达站、AIS基站、码头岸基、固定建构筑物等，开阔水域设置航标可作为监控系统传感器建设的重要基础。由于航标均设置在通航水域交通流密集区或重要交通风险位置，为交通流提供导助航安全信息，选取合适的固定标志和浮动标志建设视频监控终端可有效解决港口监控死角。
2.系统架构
目前，应用较广泛的智能视频监控系统要求监管人员对监控环境比较熟悉才能快速形成响应方案。航标智能视频监控系统要实现智能化巡航、追踪、研判，就需要有非常大的数据吞吐和消化能力，以达到智能化分析和评估大数据支持的要求。同时，在系统架构上要有足够的可扩展性，可融合雷达、AIS、航标遥测监控、北斗卫星等信息化数据，并留有一定的冗余机制，从功能上解决监管人员对全局安全态势不能直观简便的获取问题。
（二）功能设计
1.航标运行情况监控
与现有遥测遥控系统优势互补，使航标巡视和现场情况监督更为便捷可靠。系统通过对遥测遥控报警信息的搜集处理，定制报警航标附近视频监控终端的自动巡航计划，第一时间通过视频监控终端获取报警航标运行影响资料并留存。
2.通航环境情况监控
根据雷达和AIS系统提供的船舶及其他影响通航环境的目标监控数据，按照基于通航风险分析模块进行后台分析，定制对通航风险较高的通航环境因素附近视频监控终端的自动巡航计划，精准追踪相关通航预警信息，为港口调度、VTS服务提供安全预警研判依据。
3.水文环境监控
可整合气象、海洋、测量等涉海单位数据监控信息，共同开发拓展航标智能视频监控功能，一方面通过视频数据收集为海洋气象部门提供水文气象信息服务，另一方面根据海洋气象预警，自动定制视频终端的巡航计划，有针对性的监控水文气象实时变化情况，为海洋资源利用和生产提供多角度、多层次的助航服务。
4.港口应急指挥
通过应用基于电子海图的GIS界面，利用GIS作为统一平台，根据雷达、AIS、航标、水文气象信息智能化分析，将定制的视频监控目标投射到GIS上面，有效实现各监控手段之间的协同，使在视频监控中追踪的目标信息在电子海图上精准定位并标注出来，从而对运动或变化目标的发展趋势进行大数据分析及预判，提升港口应急指挥调度的响应能力。
五、结语
近年来以互联网+、大数据、云计算、5G、AI等为代表的新技术应用层出不穷，航海者对助航服务的及时性、全面性和准确性需求日益迫切，使航标成为海上各类信息接入端，并基于计算机信息技术、自动控制技术、大数据处理分析技术等，实现航标智能化运行，为水上交通提供智能化保障和服务，拓宽助航服务的领域和创新航标多元化服务模式，不断提升助航服务能力和水平，为实现现代化的综合航海保障体系奠定基础。