摘要：如何对航道实时监控与管理，提高航行安全，提高航道通行速度及预防航道沿线自然灾害等一直是航道管理的难点和重点，基于此需求设计了基于分布式智能视频监控系统的内河航道数字监控管理系统，详细讨论了在野外航道环境下系统的实现方法。

关键词：RFID 航道监控 数字监控 太阳能 风能

中图分类号：X924.3文献标识码：A文章编号：

Abstract: how to channel real-time monitoring and management, improve the navigation safety, improve waterway traffic speed and prevention channel along natural disasters has been difficult and important channel management, based on this demand design based on distributed intelligent video the monitoring and control system of inland channel digital monitor management system, this paper discusses in detail the field under the environment of the realization of the channel system method.

Keywords: RFID channel monitoring digital monitor solar wind power

引言

随着航运交通的发展，内河航道的管理成为我国内陆河道管理最为重要的内容，根据《浙江省航道管理条例》内容，对航道实时监控与管理，提高航行安全，提高航道通行速度，保护水域环境及预防航道沿线自然灾害等一直是航道管理的难点和重点，航道数字监控管理系统的建设在一定程度上给航道管理带来了便利与效率，建立及时有效的应急响应机制，实现了沿线监控管理，特别是重点区域的实时管理与保护。

一、总体介绍

某航道起于杭申线航道，止于长山河口，全长41.598km，采用四级航道标准建设，为了更好的保持航道有序、通畅，建立及时有效的应急响应机制，特在整个重要航道点安装视频监控系统，覆盖整个航道全程线路。

本系统设计航道数字监控管理系统，内容包括：网络监控系统、电源供给系统、防雷接地系统、艇载视频监控系统、RFID读卡器系统、沿航道线路及管道建设等。

二、系统架构

本系统采用数字网络模式和传统模拟视频传输相结合的方式，充分吸收数字与模拟的优点，由前端摄像机进行视频采集，采用视频光端机与光纤点对点相结合方式将图像传送至电信IDC机房内网络硬盘录像机进行图像存储，并接入港航局VPN网络（舰载监控系统通过VPDN接入市港航局内部网络），由综合监控平台软件进行统一管理，实现港航局（省局、市局、县处）水上交通指挥中心对航道视频监控图像进行监控、转发、市局指挥中心备份存储、历史记录查询等功能，其他授权用户根据不同的级别权限实现不同訪问功能。

航道数字监控管理系统共安装20个视频监控点位及1套艇载视频监控系统。并能与省港航管理局、市港航管理局设备相兼容，传输视频影像能够被省港航管理局、市港航管理局解码显示，可通过港航局内部网络系统进行24小时实时监视航道情况。

航道数字监控管理系统结构图1

三、系统前端设计

航道改造工程航道监控管理系统工程需覆盖航道全程，共安装20个视频监控点及1套艇载视频监控系统。

 监控点位

根据各系统现场实际情况，考虑系统的设备安装，通过对现场勘察及实体拍照，对现场进行合理的设备安装，对信号通信、设备防雷接地及电源取电点进行合理的规划。

某大桥系统设备安装示意图2

前端监控点设备包括CCD透雾摄像机、日夜型长焦距变焦镜头、重型变速云台、室外一体化双视窗防护罩、防雷和电源供电系统。远端指挥监控中心，通过控制键盘对云台左右、上下旋转及镜头变倍、聚焦控制，可远距离大范围监控，也可通过调节集中进行近距离目标精细监控。

航道流量特别大的河域或河道岔口，前端摄像机搭配远红外热成像夜视仪，可实现黑暗无光、雨雾天气红外成像，任何视野内的目标都能清晰反应在视频画面上，且与CCD摄像系统实现白天夜间自动信号切换，白天后台监控显示CCD成像画面，夜间自动切换成红外热成像画面，并且CCD成像作为辅助视频叠加至红外执成像视频上以画中画显示。

监控系统正常工作状态在白天可对半径2-3公里范围、夜间1公里范围内的目标做24小时不间断实时监控及录像存储。

 艇载视频监控系统

本次艇载视频监控系统主要由取证主机、目标摄像机、液晶屏幕、手控器等组成。由取证主机发射的3G无线信号通过VPDN接入市港航局内部网络，由综合监控平台软件对视频图像进行管理，本系统高度集成了视频监控系统、成像记录系统和高精度云台控制系统，实现现场指挥系统和远程调度系统等功能。

四、信号传输系统

信号传输系统是航道数字监控管理系统的重要组成部分，室外及远郊的信号传输一直是监控系统中一个比较难处理的环节，考虑多种传输方式，结合本项目的现场环境特点，本次信号传输部分主要由四个部分组成：电路租用传输系统、有线线缆传输系统、无线3G传输系统及综合监管RFID射频识别系统。

4.1电路租用传输系统

光纤通信部分采用租用电信营运商光纤方式，租用期限为三年。通过市港航管理局已租用的20条中国电信VPN网络，实现省港航局、市港航局、处、站等多级网络互联，并纳入省交通厅内部网络规划。

4.2有线线缆传输系统

摄像机与光端机视频图像传输采用SYV75-5（128编）视频线；摄像机供电采用RVV2*1.0 电源线；球机控制信号采用RVSP2*1.0屏蔽线。通过光纤传输至控制中心。

4.3无线3G传输系统

基于3G网络传输、GPS卫星定位而设计的单卡4路无线视频服务器，采用先进的优化H.264视频压缩算法、超低码流视频处理技术，同时把4路摄像头采集到的视频图像，经视频压缩编码，通过3G无线网络，把实时动态图像传输到远程客户端。通过计算机、PDA和监控中心监控实时图像，并可随意切换任一画面或多画面显示。通过全球卫星定位系统（GPS）实现位置查询、实时监控、轨迹回放等功能，实现了视频数据的编解码、加解密、交互、发送/接收和实时位置跟踪、远程控制等功能。实现省港航局、市港航局、处、站等多级网络互联，并纳入省交通厅内部网络规划。

南郊河口无线3G传输系统建设示意图3

4.4综合监管RFID射频识别系统

航道综合监管RFID射频识别系统严格按照《杭嘉湖船舶综合监管射频识别系统》的设计要求进行施工。系统采用航道一体化射频读卡器，配置一套RFID的智能视频监控系统软件，采集过往船舶的ID信息，并通过有线或无线数据通信方式上传数据至服务器，完成数据采集全过程。系统由服务器、航道RFID读卡器（太阳能板、蓄电池、CDMA模块）、光端机和智能视频监控系统软件二大部分组成。

总体框架如图4

航道综合监管RFID射频识别系统由以下几个部分组成：

（1）航道RFID读卡器

航道读卡器作为船载电子标签的数据采集设备，采集过往船舶的ID信息，并通过有线或无线数据通信方式上传数据至上层数据采集服务器。

（2）数据采集服务器软件模块

航道读卡器通过VPN/VPDN接入数据采集服务器，数据采集服务器子系统接收多个接入航道读卡器的数据，并可下发指令实现两者间双向通信。数据采集服务器子系统负责对接收數据的预处理、数据库存储和数据发布。

（3）航道读卡器管理模块

航道读卡器管理子系统负责航道读卡器基本信息和部署信息的手工录入、查询；航道读卡器在线/离线状态显示；航道读卡器设备故障诊断。

（4）数据库

包括：船舶动态数据库、航道读卡器数据库和船载电子标签数据库。

系统组成图5

（5）实时通航数据采集、传输功能

船舶通航数据的采集，基于RFID技术，通过航道读卡器和船载电子标签共同实现。RFID船载电子标签拥有唯一的ID号。在电子标签发放时，该ID通过RFID船载电子标签管理子系统与船舶名信息绑定。用户使用时，船载电子标签安装于船舶内，其ID号作为船舶身份证用于识别该船舶。航道读卡器通过对电子标签定时发送的ID信息进行识别，实时采集船舶数据。

考虑船舶密度带来的信号碰撞因素（假设10艘船舶同时航行，最大读取时间间隔为发射频率4倍，实验测试数据），则可以将电子标签在读卡器范围内的发射频率设为2-3秒之间。

航道读卡器通过VPN/VPDN网络接入数据采集服务器，数据采集软件的数据接收组件完成多个接入航道读卡器的并发和双向通信。

航道读卡器基本信息管理，主要包括完成航道读卡器基本信息（例如：部署位置经度，纬度，类型，分配IP，所属航道，所在辖区等）的手工录入、修改、删除操作。

航道读卡器实时状态监管，通过航道读卡器心跳信息，实时监测航道读卡器的工作状态，并实时显示其在线/离线状态。

五、电源供给系统

现场监控管理系统设备前端设备电源供给在确保电压稳定的基础上，采用就近接入原则，建设单独的配电管理机柜，做好防水、防雷及防盗措施。

当周边无建筑及供电线路时，河岸监控点选择风能、太阳能供电系统。根据航道沿线的地理特点，系统共设置6套太阳能电池板，2套风力发电系统，4套蓄电池系统。根据电源的储能效果，每个太阳能电池板及风力发电设备配置一套蓄电池系统，用于储存电能，供设备24小时用电。

六、防雷接地系统

航道沿岸多为郊外，很多区域周边建筑物较少，由微电子器件构成的视频监控系统有可能遭到雷电的损坏，因此，必须采取适当的防雷技术措施,以减少和避免航道视频监控设备遭受雷电的危害。

雷电对视频监控系统的危害形式有直击雷、雷电电磁脉冲侵入、雷电侵入波、雷电感应、雷电反击、球形雷等多种形式。

防雷接地系统严格按照防雷规范设计要求，满足雷电防护分类、分区、分级的要求。立杆顶端架设避雷针，接地系统电阻应小于4欧，垂直接地体采用电铸铜专用接地棒，与设备连接采用BVR6线缆。在现场摄像机及监控总箱内分别安装浪涌保护器及信号保护器。

七、电信IDC机房

电信IDC机房主要用于网络硬盘录像机进行托管及网络硬盘录像机与市航港局VPN网络进行互联，现实数据交换和图像上传，传输方式采用光纤传输方式和3G无线网络传输方式。另外，每台网络硬盘录像机配4块2T容量的存储专用硬盘对前端摄像机采集的图像进行保存，保存时间为30天左右。后期航道监控线路的扩充，可采用大容量的磁盘阵列进行存储。

八、水上交通指挥中心

以市局水上交通指挥中心为核心，在航道沿线等地设水上交通指挥分控中心，市局水上交通指挥中心主要配备数据服务器、应用服务器、一级流媒体转发服务器、图片存储（对前端视频录像进行备份）和综合监控平台软件，管理中心对整个航道进行监控管理。在水上交通指挥各分中心配备应用服务器和综合监控平台软件，对各区域进行控制管理，软件管理通过权限设定管理级别。

指挥中心通过解码器将图像还原后显示于监视器，对航道所有前端动态情况进行实时监控，分中心对管辖范围内监控点进行监控。

融合RFID识别数据的大规模视频服务器平台软件图7

结束语

目前航道数字监控管理系统已经成功在航线运行，在此基础上，“港航地理信息系统”、“航道360度全景摄像系统”等数十项自主研发和合作开发的软硬件信息成果应用于港航管理，实现全智能化“数字航道”，航道8小时以上堵塞时间由以前的每年约1000小时下降到目前已无8小时以上的堵航。

并以此系统为建设基础，可扩展建设航标动态、水位变化、水质情况、污染控制、应急救助等系统。

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余宁浙

出生年：1979年

籍贯：浙江慈溪

在公司职位：电气经理

专业系统：电气

浙江泛海建设投资有限公司

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。