CN107909601A - 一种适用于航标的船舶防撞预警视频检测系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于航标的船舶防撞预警视频检测系统及检测方法，检测系统包括远程主控单元、航标遥测遥控单元、通信单元、震动监测传感器、视频系统、水面船舶识别服务器和预警提示系统，震动监测传感器通过通信单元连接航标遥测遥控单元，预警提示系统连接航标遥测遥控单元，航标遥测遥控单元与远程主控单元进行信息交互，结合航道的实际船情、水情，设计了高效、准确的船舶防撞预警系统，利用基于高斯混合模型的运动物体识别技术，实现了船舶识别抓拍、速度分析、撞击预警等智能化监测功能，能够极大的提高航标日常监管、维护水平。

Description

一种适用于航标的船舶防撞预警视频检测系统及检测方法

技术领域

本发明涉及一种检测系统及检测方法，尤其涉及一种适用于航标的船舶防撞预警视频检测系统及检测方法。

背景技术

航标是重要的内河航道助航设施，维护航标的正常稳定使用时航道管理部门的重要工作，而撞击损坏是影响损坏航标的主要因素之一。目前在公路、海运、港口管理、桥梁保护等领域内已有较多的防撞预警及保护技术，但是针对内河航道助航设施的防撞保护措施还较少。本专利结合航道的实际船情、水情，设计了高效、准确的船舶防撞预警系统，利用基于高斯混合模型的运动物体识别技术，实现了船舶识别抓拍、速度分析、撞击预警等智能化监测功能，能够极大的提高航标日常监管、维护水平。

截止2016年底，江苏省内河航道设标里程逾5000多公里，各类航标1300多座，其中发光标超过1170座，每年航政管理部门均在航标的巡护、损管、监测中花费很多人力物力，以确保航标的正常率。而船舶碰撞航标一直以来是航标损坏的主要因素，因为缺乏取证手段，该行为也是航标监管的盲区。目前一般的做法是对航标标体进行加强加固以及在外围设档，通过物理防护的措施来防止航标损毁，尚无智能碰撞预警的研究案例。为了打造智慧航道，实现航标设施的智能防护，利用基于视频的船舶速度、轨迹估计技术，分析船舶流向。同时开发了航标环境下激光、雷达等传感设备，实现对迫近船舶的有效预警，完成对视频检测盲区的补充覆盖。还通过安装震动监测传感器等措施，准确记录可能发生的撞击。

航道内有被船舶撞击风险的航标主要为立于航道附近水体中的左右通航标、两侧通航标。需要针对不同类型的航标，建立对应的检测识别场景才能有效提高航标的防撞预警准确度。影响航标防撞预警的主要因素，除了航标附近的水文情况、船舶航行偏好、光照条件等外部因素，还需要依靠该段航道内常见船舶的外形大数据分析、不同天气环境下水体船体识别特征分析、船舶距离速度模式匹配等多种机器学习的依据。通过学习训练，可以有效提高不同航标附近的识别场景的精确程度，从而提升撞击预测的准确度。

传统的图像识别手段或算法对水面波动、大范围船舶航迹影响的识别效率不高，消耗大量计算资源的同时无法保证足够高的识别准确度。在传统的运动物体背景识别技术中，各像素都是特定光照特定表面的结果，考虑到采样噪声，大多采用单高斯建模；为了适应光照的变化，也会对每像素进行自适应单高斯建模。不过，在实际中，有些像素的表面和光照都会发生改变，根据淮河出海航道的实际情况，为了实现船舶的防撞预警，需要在传统的视频识别方式基础上进行全景化分析，并采用了经过改进的混合自适应高斯模型(GMM)，来实现航道中船舶的高效、快速识别。

发明内容

本发明为了解决现有技术中防撞预警方面存在的缺陷提出了一种适用于航标的船舶防撞预警视频检测系统，包括远程主控单元、航标遥测遥控单元、通信单元、震动监测传感器、视频系统、水面船舶识别服务器和预警提示系统，所述震动监测传感器通过所述通信单元连接所述航标遥测遥控单元，所述视频系统包括视频采集单元，所述视频系统通过通信单元连接所述航标遥测遥控单元，所述水面船舶识别服务器通过通信单元与所述航标遥测遥控单元进行信息交互，所述预警提示系统连接所述航标遥测遥控单元，所述航标遥测遥控单元与所述远程主控单元进行信息交互，所述震动监测传感器将接收到的信号通过所述通信单元传输至所述航标遥测遥控单元，所述视频系统将视频采集单元采集的视频信息通过所述通信单元传输至所述航标遥测遥控单元，所述航标遥测遥控单元型号为ARTU-K32，根据接收待的信号启动E5M-A预警提示系统，Quectel EC20远程主控单元对所述航标遥测遥控单元接收的视频信息进行分析，所述水面船舶识别服务器用于对船舶位置信息进行识别判断并将信息传输至所述航标遥测遥控单元，所述视频系统置于航标顶端，所述震动监测传感器采用YXS-8909震动监测传感器且置于所述航标底端。本发明中拍摄系统型号为dahua EDTC，图像采集单元型号为HFW2125M-I1。

进一步的，震动检测传感器24小时工作，平时耗电量在毫瓦级；发生剐蹭或者碰撞后，震动检测传感器激活低功耗的嵌入式处理器分析，进而做出抓拍的判断、启动取证环节。

进一步的，视频系统将采集到的图像数据经过航标防撞预警系统处理，可以及时回传图像、视频、分析标记后的画面、统计报表、告警信息各种类型的数据。

进一步的，为了实现高精度的船舶撞击预警识别，视频系统安装于固定航标上，调整好角度后，视频采集单元固定不动。

本发明还提供了一种的适用于航标的船舶防撞预警视频检测方法，其特征在于：远程主控单元根据所述水面船舶识别服务器接收的信息并结合所述视频系统接收的水面船舶视频信息得出船舶的位置信息、径向速度和横向速度；根据船舶的位置，径向速度、横向速度，并对航标附近的环境建立对应模型，预警提示系统能够判断分析，提前发现有碰撞风险的船舶并向远程主控单元发出告警。

进一步的，利用基于背景的运动物体检测模式，对ROI区域建模，利用模型判断当前帧是ROI区域是否发生变化，若有变化，则开始进行边缘检测。

进一步的，利用背景模型对当前视频帧进行前景分割，然后对分割后的二值图进行连通域分析，得到连通域的像素数量，外接矩形。利用像素数，外接矩形的高宽比，外接矩形的实际尺寸，去除不符合要求的连通域，对剩下的连通域进行跟踪，参数估计，连续一段时间跟踪成功，则认为检测到船舶目标，检测到船舶后，估计船舶的参数，包括船舶距离、速度，如果距离小于阈值，或根据速度推算一定时间后船舶将撞击航标，则发出防撞预警，并对船舶进行抓拍。

本发明所产生的有益效果：结合航道的实际船情、水情，设计了高效、准确的船舶防撞预警系统，利用基于高斯混合模型的运动物体识别技术，实现了船舶识别抓拍、速度分析、撞击预警等智能化监测功能，能够极大的提高航标日常监管、维护水平。

附图说明

图1 本发明中检测系统信号走向结构示意图；

图2 本发明中检测系统安装结构示意图；

图3 本发明中检测方法流程图；

图中1，航标遥控遥测单元；2，通信单元；3，水面船舶识别服务器；4，视频系统；5，视频采集单元；6，预警提示系统；7，远程主控单元；8，震动监测传感器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的解释说明，但应该理解为本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

如图1所示的一种适用于航标的船舶防撞预警视频检测系统由本发明采用的技术方案为：一种适用于航标的船舶防撞预警视频检测方法由航标遥控遥测单元1；通信单元2；水面船舶识别服务器3；视频系统4；视频采集单元5；预警提示系统6；远程主控单元7；震动监测传感器8组成。

为了实现高精度的船舶撞击预警识别，视频系统4安装于固定航标上，调整好角度后，视频采集单元5固定不动。通过航标遥控遥测单元1、通信单元2、水面船舶识别服务器3完成数据的采集和上传，并利用水面船舶实时检测技术，能够获取船舶的位置，径向速度、横向速度；通过对航标附近的环境建立对应模型，预警提示系统6能够判断分析，提前发现有碰撞风险的船舶并向远程主控单元7发出告警，从而有效减少船舶碰撞的风险。为了更加灵敏准确的感受到船舶撞击航标导致的振动，所述震动监测传感器7置于所述航标底端。为了便于操作和安装，所述航标遥测遥控单元1置于所述航标底端。为了便于信号的传递，以适用水上特有的工作环境，所述通信单元2为无线通信。

除了视频监测及各类补光手段外，通过安装震动监测传感器8，对超过阀值的认为发生碰撞。此时，启动视频系统4，拍摄附近的船舶，作为碰撞后的执法依据。为了适应航标供电系统的实际情况，震动检测传感器24小时工作，平时耗电量在毫瓦级；发生剐蹭或者碰撞后，激活低功耗的嵌入式处理器分析，进而做出抓拍的判断、启动取证环节。

视频系统4及视频采集单元5，均通过通信单元2与航标遥控遥测单元1通信，将采集到的图像数据经过航标防撞预警系统7处理，可以及时回传图像、视频、分析标记后的画面、统计报表、告警信息等各种类型的数据。

如图2所示，利用基于背景的运动物体检测模式，对ROI区域建模，利用模型判断当前帧是ROI区域是否发生变化，若有变化，则开始进行边缘检测。

利用背景模型对当前视频帧进行前景分割，然后对分割后的二值图进行连通域分析，得到连通域的像素数量，外接矩形。利用像素数，外接矩形的高宽比，外接矩形的实际尺寸(通过小孔成像原理转换得到)等，去除不符合要求的连通域。对剩下的连通域进行跟踪，参数估计。连续一段时间跟踪成功，则认为检测到船舶目标。

检测到船舶后，估计船舶的参数，包括船舶距离、速度。如果距离小于阈值，或根据速度推算一定时间后船舶将撞击航标，则发出防撞预警，并对船舶进行抓拍。

系统的特点是：

针提出了一种航标智能防撞预警的方法，并设计出对应的系统。该系统能够利用现代化航标已有的视频监控网络，航标使用遥控遥测终端等设施，获取航标使用的各种动态信息，实现航标防撞预警，辅助远程操作人员进行航标撞击的预警提示和记录。结合航道的实际船情、水情，设计了高效、准确的船舶防撞预警系统，利用基于高斯混合模型的运动物体识别技术，实现了船舶识别抓拍、速度分析、撞击预警等智能化监测功能，能够极大的提高航标日常监管、维护水平。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种适用于航标的船舶防撞预警视频检测系统，其特征在于：包括远程主控单元、航标遥测遥控单元、通信单元、震动监测传感器、视频系统、水面船舶识别服务器和预警提示系统，所述震动监测传感器通过所述通信单元连接所述航标遥测遥控单元，所述视频系统包括视频采集单元，所述视频系统通过通信单元连接所述航标遥测遥控单元，所述水面船舶识别服务器通过通信单元与所述航标遥测遥控单元进行信息交互，所述预警提示系统连接所述航标遥测遥控单元，所述航标遥测遥控单元与所述远程主控单元进行信息交互，所述震动监测传感器将接收到的信号通过所述通信单元传输至所述航标遥测遥控单元，所述视频系统将视频采集单元采集的视频信息通过所述通信单元传输至所述航标遥测遥控单元，所述航标遥测遥控单元根据接收待的信号启动所述预警提示系统，所述远程主控单元对所述航标遥测遥控单元接收的视频信息进行分析，所述水面船舶识别服务器用于对船舶位置信息进行识别判断并将信息传输至所述航标遥测遥控单元，所述视频系统置于航标顶端，所述震动监测传感器置于所述航标底端。

2.根据权利要求1所述的适用于航标的船舶防撞预警视频检测系统，其特征在于：震动检测传感器24小时工作，平时耗电量在毫瓦级；发生剐蹭或者碰撞后，震动检测传感器激活低功耗的嵌入式处理器分析，进而做出抓拍的判断、启动取证环节。

3.根据权利要求1所述的适用于航标的船舶防撞预警视频检测系统，其特征在于：视频系统将采集到的图像数据经过航标防撞预警系统处理，可以及时回传图像、视频、分析标记后的画面、统计报表、告警信息各种类型的数据。

4.一种基于权利要求1的适用于航标的船舶防撞预警视频检测方法，其特征在于：远程主控单元根据所述水面船舶识别服务器接收的信息并结合所述视频系统接收的水面船舶视频信息得出船舶的位置信息、径向速度和横向速度；根据船舶的位置，径向速度、横向速度，并对航标附近的环境建立对应模型，预警提示系统能够判断分析，提前发现有碰撞风险的船舶并向远程主控单元发出告警。

5.根据权利要求4所述的适用于航标的船舶防撞预警视频检测方法，其特征在于：利用基于背景的运动物体检测模式，对ROI区域建模，利用模型判断当前帧是ROI区域是否发生变化，若有变化，则开始进行边缘检测。

6.根据权利要求4所述的适用于航标的船舶防撞预警视频检测方法，其特征在于：利用背景模型对当前视频帧进行前景分割，然后对分割后的二值图进行连通域分析，得到连通域的像素数量，外接矩形。

7.利用像素数，外接矩形的高宽比，外接矩形的实际尺寸，去除不符合要求的连通域，对剩下的连通域进行跟踪，参数估计，连续一段时间跟踪成功，则认为检测到船舶目标，检测到船舶后，估计船舶的参数，包括船舶距离、速度，如果距离小于阈值，或根据速度推算一定时间后船舶将撞击航标，则发出防撞预警，并对船舶进行抓拍。