CN112309173B - 一种控制河段船舶通航智能指挥监管系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控制河段船舶通航智能指挥监管系统，该系统采用聚合化的监管模式转变当前控制河段竖井式单点监管模式，在各信号台通过部署雷达、AIS、VHF、CCTV等多种传感器设备，为信号台提供多元化数据采集方式，通过对多信源设备的数据采集与融合处理，形成实时准确的船舶航行动态数据资源，为指挥船舶通行提供数据支撑；通过构建数据互联通道，实现一数一源的中心化数据存储，以数据为媒介将各信号台有机互联，形成信号台无人化值守、指挥中心远程调度指挥的聚合化监管模式。

Description

一种控制河段船舶通航智能指挥监管系统

技术领域

本发明涉及内河航道船舶通行指挥、通行信号揭示及数字化航道领域，尤其涉及一种控制河段船舶通航智能指挥监管系统。

背景技术

控制河段是指具有弯曲、狭窄、滩险等特征，通视条件差，会船避让困难，一旦上下行船舶同时进槽会让，轻则出现紧迫局面影响船舶通行效率，重则引发船舶海损事故，导致控制河段断航，造成重大的经济损失，为确保控制河段航道的畅通安全，通行船舶必须接受信号台的调度指挥单向通过的控制河段。

随着长江干线数字航道兰家沱至鳊鱼溪段建设工程的建成投用，初步实现了控制河段通行信号指挥从传统被动指挥到实时监控指挥的转变，依托AIS实现监控船舶位置，避免船舶不报、谎报船位。但由于AIS信息受控制河段周边山体等客观因素和自身发送机制的影响，时常出现信号丢失、延时等情况，严重制约了通行指挥的实时性和准确性。

目前控制河段通航指挥与监管采用信号台竖井式单点监管模式，由各信号台对其管辖范围的通行船舶施行依据信号揭示，指挥船舶通过控制河段。随着航运经济的发展，控制河段的通航指挥与监管业务在变化适应性、监管成本、监管效率、预控性、协同性、数据联通共享及对外服务等方面提出了更高的要求，以往的控制河段监管模式的问题已经逐渐显露，出现监管能力弱化、效率降低、成本增加等现象。这种竖井式单点监管模式存在以下问题：

1)数据采集手段匮乏，监管存在盲区。近年来，控制河段的监管引入了AIS、信号揭示装置的信息化技术手段作为辅助技术支撑，在船舶数据采集方面仅使用Class B型AIS设备，但受自然条件限制及少数船舶不开启AIS等特殊情况，造成监管上存在盲区，影响信号台值班人员对辖区船舶动态的掌握与判断。

2)船舶识别跟踪能力不足。船舶识别跟踪是控制河段监管的重要环节，由于数据采集手段匮乏，导致在监管过程中实时获取船舶位置、航速、航向等船舶动态数据的能力不足。

3)信息无法有效共享，缺乏预控机制。控制河段监管使用的信息系统单独部署在信号台，各信号台均独立工作，缺乏信息共享方式，在业务上无法形成预控机制。

4)监管成本高，且工作负荷大。信号台开班期间因上下行船舶流量较大，信号台值班人员采用倒班制，对控制河段内的船舶进行指挥放行、信号揭示、船岸沟通、台账记录等工作，值班人员工作负荷较大，监管成本较高。

5)信号台偏远，值班人员老龄化。信号台普遍位于偏远地区，且值班人员老龄化，急需向信号台本地无人值守，中心远程调度指挥的模式转变。

发明内容

根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种控制河段船舶通航智能指挥监管系统，具体包括：

信号台监控前端，基于信号台前端架设的AIS和雷达设备实现对船舶身份识别和稳定跟踪，同时对船舶基础静态信息和航行动态信息进行采集、解析和融合处理，利用VHF和CCTV设备实现船岸高频语音交互及辖区可视化视频监控，最终获取船舶多信源数据，其中船舶多信源数据包括AIS动静态数据信息、雷达轨迹视频信息、VHF高频语音交互信息和CCTV视频监控信息；

指挥中心服务端，通过部署各类应用子系统和应用支撑平台，实现在电子海陆融合图上叠加展示船舶实时动态分布、综合显示船舶静态和动态信息、实时跟踪和计算上下水船舶到达关键位置以及通过控制河段所需时间、并结合通行信号揭示规则生成放行计划，最终远程调控信号旗的升降、在VHF频道对揭示信息进行语音广播、指挥上下水船舶通过控制河段；

数据中心汇总端，接收信号台监控前端传送的船舶多信源数据、同时汇总指挥中心服务端产生的船舶通行和指挥调度相关业务记录数据，构建数据存储中心，并基于全面的数据提供数据统计分析和全场景追溯回放；

指挥中心监管端，实时展示各个控制河段的船舶实时分布情况，结合CCTV远程监控和VHF远程喊话，实现信号台前端无人化管理，对多个控制河段的通行船舶进行远程智能化调度指挥。

所述信号台监控前端至少包括AIS基站、岸基固态雷达、CCTV云台摄像机和VHF收发信机；

所述AIS基站采用被动方式接收船舶AIS数据并获取船舶动静态数据；所述岸基固态雷达采用主动探测方式采集辖区通行船舶的动态数据，实时获取船舶的航向、航速及位置信息；所述CCTV云台摄像机获取船舶的监控图像并进行船舶中文名称识别；所述VHF收发信机建立船岸沟通手段、发送及接收高频语音信息。

进一步的，所述指挥中心服务端至少包括：数据融合处理单元、船舶自动识别单元、电子航道图解析单元、指挥调度决策单元、通行信号揭示单元、语音自动播报单元、视频监控及导引跟踪单元、监控预警单元和远程调度控制单元；

所述数据融合处理单元接收信号台监控前端传送的船舶多信源数据信息，采用雷达和AIS信息融合技术对同一船舶的两种信号进行信息融合，最终识别为同一船舶目标；

所述船舶自动识别单元接收信号台监控前端传送的AIS船舶动静态信息、自动关联匹配船舶基本档案资料、关联显示中文船名及船舶档案信息，同时基于图像识别技术对CCTV摄像头抓拍的船舶图像进行分析识别船舶的中文名称；

所述电子航道图解析单元采用江图和陆图融合技术在电子航道图上实时展现指挥辖区的船舶位置分布，并动态区分不同船舶的目标类型、从而描绘船舶的船型及大小、综合展示船舶的实时动静态信息；

所述指挥调度决策单元基于实时掌握辖区水域船舶的航向、航速及位置信息，动态计算船舶到达关键位置和通过控制河段的时间信息、采用平衡度和饱和度双控体系算法以及通行信号揭示管理规则、从而实时向值班人员反馈系统智能化的判定揭示建议、辅助值班人员指挥调度通行船舶；

通行信号揭示单元，接收所述指挥调度决策单元传送的智能化信号揭示建议、自动联动信号揭示装置从而控制信号旗升降；

语音自动播报单元，当信号揭示时，同步自动控制VHF进行频道广播，播报信号台当前揭示的通行信号信息和指挥的通行船舶信息；

视频监控及导引跟踪单元，实时监控辖区通航水域和船舶、基于雷达传送的船位信息采用视频图像识别技术控制摄像头自动联动导引跟踪通行船舶；

监控预警单元，实时监控辖区内的通行船舶的状态、对发生异常行为的船舶进行文字和声音多样化预警和违章提醒、辅助值班人员监管，

远程调度控制单元，构建远程调度指挥通道，实现信号台现场无人化值守、值班人员在指挥中心远程调度指挥船舶的通行。

进一步的，所述数据中心汇总端还包括全场景追溯回放单元和数据统计分析单元；

所述全场景追溯回放单元接收信号台监控前端传送的船舶轨迹数据、视频监控数据和语音交互数据、并对数据按时间片进行整理和划分、最终形成控制河段的全场景历史回放数据，对历史违章情况和事故事件进行追溯并提供有效证据的链条信息，其中全场景历史回放数据包括船舶航行轨迹历史回放信息、视频监控历史回放信息及VHF语音历史记录同步回放信息；所述数据统计分析单元接收指挥中心服务端传送的船舶通行记录信息、信号揭示记录信息、违章预警记录信息、操作日志信息和交接班日志信息，从而为管理层决策提供船舶交通流量统计分析、信号揭示记录统计分析、违章预警信息统计分析、值班人员的个人工作台账及汇总台账统计分析。

由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种控制河段船舶通航智能指挥监管系统，该系统采用聚合化的监管模式转变当前控制河段竖井式单点监管模式，在各信号台通过部署雷达、AIS、VHF、CCTV等多种传感器设备，为信号台提供多元化数据采集方式，通过对多信源设备的数据采集与融合处理，形成实时准确的船舶航行动态数据资源，为指挥船舶通行提供数据支撑；通过构建数据互联通道，实现一数一源的中心化数据存储，以数据为媒介将各信号台有机互联，形成信号台前端无人化值守、指挥中心远程调度指挥的聚合化监管模式。利用面向服务的思想构建高效的业务和数据服务，形成控制河段船舶通行安全监管全生命周期业务流程；通过构建具有预控、全区域覆盖、实时可视、多点联动、事件追溯等能力为一体的长江干线控制河段船舶通航控制系统，提高船舶通行效率，加强船舶通行安全，降低人员监管负荷，提升社会经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所述系统总体架构示意图

图2为本发明中指挥中心服务端指挥调度决策流程示意图

图3为本发明中指挥中心服务端揭示通行信号流程示意图

图4为本发明中指挥中心服务端进行视频联动跟踪船舶流程示意图

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：

如图1所示的一种控制河段船舶通航智能指挥监管系统，具体包括：信号台监控前端、指挥中心服务端、数据中心汇总端和指挥中心监管端。

所述信号台监控前端架设多信源设备，包括AIS基站、岸基固态雷达、CCTV云台摄像机和VHF收发信机。其中AIS基站设备采用被动式接收的方式接收船舶AIS数据、实时获取船舶动静态数据；岸基固态雷达采用主动式探测的方式采集辖区通行船舶数据，实时准确获取船舶的航向、航速及位置信息；CCTV云台摄像机实时监控控制河段辖区状况，主动式抓拍通行船舶图像，识别船舶中文名称；VHF收发信机发送及接收VHF高频语音、建立船岸沟通手段。

所述指挥中心服务端的主要职责是部署各类应用子系统和应用支撑平台，最终在电子海陆融合图上叠加展示指挥辖区船舶动态分布，综合显示各船舶静态和动态信息，并实时跟踪和计算上水和下水船舶到达关键位置以及通过控制河段所需时间，结合通行信号揭示指挥规则生成放行计划，向值班人员反馈系统智能化揭示建议，自动联动信号揭示装置控制信号旗升降，同时在VHF频道对信号揭示信息和通行船舶信息进行语音广播，指挥上下水船舶安全有序的通过控制河段。

所述数据中心汇总端接收信号台采集端传送的船舶多信源数据、同时汇总该系统的指挥中心服务端对通行船舶指挥的业务记录数据、形成通行船舶的各类汇总数据并构建数据存储中心；同时基于完善的数据提供数据统计分析和全场景追溯回放。

所述指挥中心监管端通过部署客户端软件，为值班人员全面展现控制河段的船舶分布情况，利用CCTV云台摄像机进行远程视频监控，通过VHF设备与船方进行远程交互喊话，实现信号台前端无人化值守，值班人员在指挥中心远程调度指挥多个控制河段通行船舶的聚合化监管模式。

进一步的，所述指挥中心服务端至少包括：数据融合处理单元、船舶自动识别单元、电子航道图解析单元、指挥调度决策单元、通行信号揭示单元、语音自动播报单元、视频监控及导引跟踪单元、监控预警单元和远程调度控制单元；

所述数据融合处理单元接收信号台监控前端传送的船舶多信源数据信息，包括AIS动静态数据信息、雷达轨迹信息和雷达视频图像信息，并采用雷达和AIS信息融合技术对同一船舶目标的两种信号进行信息融合，最终识别为同一船舶目标，在保证船舶静态信息获取的基础上，提高对船舶航速、航向、位置等动态信息的监测精度和更新频率。

所述船舶自动识别单元结合AIS船舶动静态信息、自动关联匹配船舶基本档案资料、关联显示中文船名及船舶档案信息，同时基于图像识别技术对CCTV摄像头抓拍的船舶图像进行分析识别船舶的中文名称。

所述电子航道图解析单元采用江图和陆图融合技术在电子航道图上实时展现指挥辖区的船舶位置分布、描绘船型及大小、动态区分不同船舶目标类型，综合展示船舶实时动静态信息。

指挥调度决策单元实时掌握辖区水域船舶航向、航速及位置信息，并动态计算船舶到达关键位置及通过控制河段的时间、采用平衡度和饱和度双控体系算法结合通行信号揭示管理规则，实时向值班人员反馈系统智能判定的信号揭示建议，从而辅助值班人员指挥调度通行船舶。

通行信号揭示单元，接收所述指挥调度决策单元传送的揭示信号建议、自动联动信号揭示装置从而控制信号旗升降。

语音自动播报单元，当信号揭示时，同步自动控制VHF进行频道广播，播报信号台当前揭示的通行信号信息和指挥的通行船舶信息。

视频监控及导引跟踪单元，实时监控辖区通航环境、根据雷达传送的船位信息、并且采用视频图像分析技术从而控制摄像头自动联动导引跟踪通行船舶，从而实现自动控制对焦和缩放级别、监控船舶持续画面居中、监控过程稳定平滑。

监控预警单元，实时监控控制河段指挥辖区通行船舶的状态、判定船舶是否开启AIS、是否按照信号揭示指令通行、是否在控制河段滞留等异常情况，并对发生异常行为的船舶进行文字和声音多样化预警及违章提醒，辅助值班人员监管。

远程调度控制单元，构建远程调度指挥通道，打破壁垒，形成“信号台-指挥中心”二级工作体，实现信号台现场无人化值守、从而值班人员在指挥中心远程调度指挥控制河段船舶的通行。

进一步的，所述数据中心汇总端包括全场景追溯回放单元和数据统计分析单元；所述全场景追溯回放单元接收信号台监控前端传送的船舶轨迹数据、视频监控数据和语音交互数据，并对数据按时间片进行整理和划分、从而获得控制河段的全场景历史回放数据，提供包括船舶航行轨迹历史回放、视频监控历史回放及VHF语音历史记录同步回放，有效追溯历史违章、事故事件，提供有效证据数据链条。

所述数据统计分析单元接收指挥中心服务端传送的船舶通行记录信息、信号揭示记录信息、违章预警记录信息、操作日志信息及交接班日志信息等数据，从而为管理层决策提供船舶交通流量统计分析、信号揭示记录统计分析、违章预警信息统计分析、值班人员的个人工作台账及汇总台账等数据统计分析功能。

本申请公开的一种控制河段船舶通航智能指挥监管系统，如图2所示指挥中心服务端在指挥调度决策方法包括如下步骤：

1)前端设备采集的多信源数据经融合处理和船舶目标识别后，实时的展示在指挥中心监管端的电子航道图上；

2)进而实时监控辖区通行船舶，判断通行船舶的上下行方向、航速、航向及位置信息，计算船舶到达关键位置及通过控制河段的时间，参考该船舶历史通航记录，结合通行信号揭示管理规则，生成当次船舶放行计划；

3)根据放行计划生成信息判定该计划船舶是否到达揭示位置，是则系统反馈信号揭示建议，否则继续持续监控。

进一步的，图3为本发明中指挥中心服务端揭示通行信号方法包括如下步骤：

1)指挥中心监管端实时展示系统反馈信号揭示建议，并判定当前指挥模式；

2)若为自动智能指挥模式，10秒后自动执行揭示命令；若为手动人工指挥模式，由值班人员确认是否执行当前揭示建议；

3)当执行揭示命令后，指挥中心监管端远程联动控制信号旗升降，同步进行VHF语音广播当前揭示信息，并生成信号揭示记录信息。

进一步的，图4为本发明中指挥中心服务端采用视频联动跟踪船舶方法包括如下步骤：

1)指挥中心监管端自动监控船舶进入控制河段，判定船舶的揭示状态；

2)若已揭示则继续进行监控，若未揭示则记录船舶违章，并在指挥中心监管端以文字和声音的方式进行违章预警提醒；

3)进而判定摄像头跟踪状态，若已跟踪其他船舶则提醒切换跟踪目标，若未跟踪船舶则导引摄像头联动跟踪违章船舶；

4)指挥中心监管端实时显示摄像头联动跟踪的船舶画面，同时支持手动选择船舶进行联动跟踪。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种控制河段船舶通航智能指挥监管系统，其特征在于包括：

信号台监控前端，基于信号台前端架设的AIS和雷达设备实现对船舶身份识别和稳定跟踪，同时对船舶基础静态信息和航行动态信息进行采集、解析和融合处理，利用VHF和CCTV设备实现船岸高频语音交互及辖区可视化视频监控，最终获取船舶多信源数据，其中船舶多信源数据包括AIS动静态数据信息、雷达轨迹视频信息、VHF高频语音交互信息和CCTV视频监控信息；

指挥中心服务端，通过部署各类应用子系统和应用支撑平台，实现在电子海陆融合图上叠加展示船舶实时动态分布、综合显示船舶静态和动态信息、实时跟踪和计算上下水船舶到达关键位置以及通过控制河段所需时间、并结合通行信号揭示规则生成放行计划，最终远程调控信号旗的升降、在VHF频道对揭示信息进行语音广播、指挥上下水船舶通过控制河段；

数据中心汇总端，接收信号台监控前端传送的船舶多信源数据、同时汇总指挥中心服务端产生的船舶通行和指挥调度相关业务记录数据，构建数据存储中心，并基于全面的数据提供数据统计分析和全场景追溯回放；

指挥中心监管端，实时展示各个控制河段的船舶实时分布情况，结合CCTV远程监控和VHF远程喊话，实现信号台前端无人化管理，对多个控制河段的通行船舶进行远程智能化调度指挥；

所述指挥中心服务端至少包括：数据融合处理单元、船舶自动识别单元、电子航道图解析单元、指挥调度决策单元、通行信号揭示单元、语音自动播报单元、视频监控及导引跟踪单元、监控预警单元和远程调度控制单元；

所述数据融合处理单元接收信号台监控前端传送的船舶多信源数据信息，采用雷达和AIS信息融合技术对同一船舶的两种信号进行信息融合，最终识别为同一船舶目标；

所述船舶自动识别单元接收信号台监控前端传送的AIS船舶动静态信息、自动关联匹配船舶基本档案资料、关联显示中文船名及船舶档案信息，同时基于图像识别技术对CCTV摄像头抓拍的船舶图像进行分析识别船舶的中文名称；

所述电子航道图解析单元采用江图和陆图融合技术在电子航道图上实时展现指挥辖区的船舶位置分布，并动态区分不同船舶的目标类型、从而描绘船舶的船型及大小、综合展示船舶的实时动静态信息；

所述指挥调度决策单元基于实时掌握辖区水域船舶的航向、航速及位置信息，动态计算船舶到达关键位置和通过控制河段的时间信息、采用平衡度和饱和度双控体系算法以及通行信号揭示管理规则、从而实时向值班人员反馈系统智能化的判定揭示建议、辅助值班人员指挥调度通行船舶；

通行信号揭示单元，接收所述指挥调度决策单元传送的智能化信号揭示建议、自动联动信号揭示装置从而控制信号旗升降；

语音自动播报单元，当信号揭示时，同步自动控制VHF进行频道广播，播报信号台当前揭示的通行信号信息和指挥的通行船舶信息；

视频监控及导引跟踪单元，实时监控辖区通航水域和船舶、基于雷达传送的船位信息采用视频图像识别技术控制摄像头自动联动导引跟踪通行船舶；

监控预警单元，实时监控辖区内的通行船舶的状态、对发生异常行为的船舶进行文字和声音多样化预警和违章提醒、辅助值班人员监管，

远程调度控制单元，构建远程调度指挥通道，实现信号台现场无人化值守、值班人员在指挥中心远程调度指挥船舶的通行。

2.根据权利要求1所述的一种控制河段船舶通航智能指挥监管系统，其特征还在于：所述信号台监控前端至少包括AIS基站、岸基固态雷达、CCTV云台摄像机和VHF收发信机；

所述AIS基站采用被动方式接收船舶AIS数据并获取船舶动静态数据；所述岸基固态雷达采用主动探测方式采集辖区通行船舶的动态数据，实时获取船舶的航向、航速及位置信息；所述CCTV云台摄像机获取船舶的监控图像并进行船舶中文名称识别；所述VHF收发信机建立船岸沟通手段、发送及接收高频语音信息。

3.根据权利要求1所述的一种控制河段船舶通航智能指挥监管系统，其特征还在于：所述数据中心汇总端还包括全场景追溯回放单元和数据统计分析单元；

所述全场景追溯回放单元接收信号台监控前端传送的船舶轨迹数据、视频监控数据和语音交互数据、并对数据按时间片进行整理和划分、最终形成控制河段的全场景历史回放数据，对历史违章情况和事故事件进行追溯并提供有效证据的链条信息，其中全场景历史回放数据包括船舶航行轨迹历史回放信息、视频监控历史回放信息及VHF语音历史记录同步回放信息；所述数据统计分析单元接收指挥中心服务端传送的船舶通行记录信息、信号揭示记录信息、违章预警记录信息、操作日志信息和交接班日志信息，从而为管理层决策提供船舶交通流量统计分析、信号揭示记录统计分析、违章预警信息统计分析、值班人员的个人工作台账及汇总台账统计分析。

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