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摘要:介紹了向家壩水利樞紐船舶交通管理系統(tǒng)的基站、攝像機(jī)、服務(wù)器、監(jiān)控站等主要設(shè)備設(shè)施的布設(shè)情況,介紹了PRIDeVTS1000子系統(tǒng)、視頻監(jiān)控子系統(tǒng)和甚高頻通訊子系的應(yīng)用效果、存在的問(wèn)題及已進(jìn)行的改進(jìn),分析雷達(dá)偶發(fā)無(wú)法校準(zhǔn)、無(wú)線網(wǎng)橋穩(wěn)定性差、攝像機(jī)布設(shè)數(shù)量不足的問(wèn)題并提出了優(yōu)化改進(jìn)建議。
關(guān)鍵詞:向家壩;船舶交通管理;VTS;應(yīng)用;優(yōu)化
向家壩水利樞紐位于云南省與四川省交界的金沙江下游河段,是一座以發(fā)電為主,兼顧防洪、通航和灌溉三大功能的綜合型水利工程,其中通航功能由配套建設(shè)的全平衡式垂直升船機(jī)承擔(dān)。樞紐所在金沙江河段為通航河段,通航里程上至新市鎮(zhèn),下至宜賓市,全長(zhǎng)105km,航道等級(jí)為V級(jí),其中從大壩上游界線標(biāo)至下游鐵路大橋共約6公里的河段為樞紐水上管理區(qū)。向家壩升船機(jī)按Ⅵ級(jí)航道設(shè)計(jì),代表船型為2×500t級(jí)一頂二駁船隊(duì),同時(shí)兼顧1000t級(jí)單船,樞紐建成后上下游的航道條件得到極大改善,升船機(jī)自2018年5月試通航以來(lái),過(guò)閘船舶數(shù)量呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。另一方面,樞紐河段內(nèi)港口、碼頭較多,船舶航行、停泊、作業(yè)頻繁,與升船機(jī)過(guò)閘船舶航路交叉,也加大了樞紐河段水上交通的復(fù)雜性。為更好地監(jiān)管和調(diào)度樞紐水上管理區(qū)內(nèi)的船舶,升船機(jī)配套建設(shè)了船舶交通管理(VesselTrafficService,簡(jiǎn)稱(chēng)VTS[1])系統(tǒng)。
1系統(tǒng)設(shè)備布設(shè)情況介紹
1.1系統(tǒng)設(shè)備總體布置
向家壩水利樞紐升船機(jī)配套VTS系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)向家壩VTS系統(tǒng))于2018年初完成建設(shè)并移交運(yùn)行管理單位,主要由PRIDeVTS1000子系統(tǒng)、視頻監(jiān)控(CCTV)子系統(tǒng)和甚高頻通訊(VHF)子系統(tǒng)三部分組成,其中PRIDeVTS1000子系統(tǒng)用于監(jiān)控船舶的雷達(dá)和AIS信號(hào),CCTV子系統(tǒng)主要用于對(duì)航道進(jìn)行圖像監(jiān)控,VHF子系統(tǒng)主要用于監(jiān)控人員與船舶之間進(jìn)行即時(shí)通訊。系統(tǒng)主要設(shè)施設(shè)備包括4個(gè)基站、7處高清攝像機(jī)、1個(gè)服務(wù)器站和2個(gè)監(jiān)控站,其中基站與高清攝像機(jī)分布置在樞紐上下游沿岸岸坡和碼頭等處,服務(wù)器站位于升船機(jī)機(jī)房大廳專(zhuān)設(shè)機(jī)房?jī)?nèi),而2個(gè)監(jiān)控站分別位于升船機(jī)調(diào)控室和樞紐聯(lián)合指揮中心。如圖1所示,服務(wù)器站作為整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理和通訊中心,主要通過(guò)光纖與各基站、攝像機(jī)和監(jiān)控站進(jìn)行連接。位于樞紐下游某碼頭的基站3與其它主要設(shè)備隔江布置難以敷設(shè)光纖,因而采用無(wú)線網(wǎng)橋進(jìn)行跨江信號(hào)傳輸。除此之外服務(wù)器站還與升船機(jī)調(diào)度系統(tǒng)有連接。
1.2基站與攝像機(jī)
基站主要用于掃描和處理船舶雷達(dá)信號(hào),并接收船載AIS終端發(fā)射的信號(hào),同時(shí)作為VHF通訊信號(hào)的收發(fā)站點(diǎn),而高清攝像機(jī)主要用于在航道不同位置對(duì)船舶的實(shí)時(shí)圖像監(jiān)控。4個(gè)基站均配置有1套雷達(dá)設(shè)備及其工作站,雷達(dá)持續(xù)掃描探測(cè)江面船舶信號(hào),工作站則用于對(duì)雷達(dá)進(jìn)行校準(zhǔn)等操作,并對(duì)雷達(dá)掃描信號(hào)進(jìn)行初步處理,屏蔽掉岸坡反射信號(hào)等無(wú)關(guān)信號(hào)?;?和基站3各配備有2套AIS收發(fā)信機(jī)和4套VHF收發(fā)信機(jī),2套AIS收發(fā)信機(jī)可互為備用,4套VHF收發(fā)信機(jī)各負(fù)責(zé)1個(gè)頻道的通訊,分別為升船機(jī)調(diào)度專(zhuān)用頻道、海事通訊專(zhuān)用頻道、應(yīng)急救援頻道以及1個(gè)備用頻道。7個(gè)高清攝像機(jī)中有2個(gè)布置在基站3,另有2個(gè)分別各布置在基站1和基站4,余下3個(gè)攝像機(jī)單獨(dú)布置在樞紐下游大橋上、下游側(cè)和升船機(jī)下游引航道出口處的岸坡上?;九鋫涞母髦饕O(shè)備通過(guò)網(wǎng)線連接至基站交換機(jī),除基站3外的其余基站經(jīng)光纖收發(fā)器轉(zhuǎn)換為光纖與服務(wù)器站連接,3個(gè)獨(dú)立布置的攝像機(jī)通過(guò)光纖直接與服務(wù)器站連接。
1.3監(jiān)控站
位于升船機(jī)調(diào)控室的監(jiān)控站,主要用于升船機(jī)調(diào)控人員監(jiān)視船舶動(dòng)向、查看船舶到錨情況以便對(duì)船舶進(jìn)行過(guò)閘調(diào)度和計(jì)劃排檔;位于樞紐聯(lián)合指揮中心的監(jiān)控站,主要用于海事主管部門(mén)監(jiān)控船舶是否有違規(guī)行為,并向船舶發(fā)送安全航行相關(guān)信息。2個(gè)監(jiān)控站的主要設(shè)備基本相同,包括1個(gè)VTS工作站和1個(gè)VHF工作站,還配備有1套多臺(tái)顯示器拼接的圖像監(jiān)控大屏。VTS工作站安裝有PRIDeVTS1000子系統(tǒng)客戶(hù)端軟件和CCTV客戶(hù)端軟件,分別用于監(jiān)控船舶雷達(dá)、AIS信號(hào)和監(jiān)控航道實(shí)時(shí)視頻圖像;VHF工作站上安裝有VHF客戶(hù)端軟件,主要用于與船方進(jìn)行甚高頻即時(shí)通訊;監(jiān)控大屏由多塊顯示器拼接而成,用于顯示CCTV視頻監(jiān)控畫(huà)面。
1.4服務(wù)器站
服務(wù)器站位于升船機(jī)機(jī)房大廳內(nèi),包含核心服務(wù)器、電子海圖服務(wù)器、記錄服務(wù)器、多源信息服務(wù)器、視頻解碼服務(wù)器、硬盤(pán)錄像機(jī)、甚高頻服務(wù)器,磁盤(pán)陣列,等主要設(shè)備,同時(shí)配有核心交換機(jī)、光纖收發(fā)器等網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備。其中核心服務(wù)器、電子海圖服務(wù)器、記錄服務(wù)器、多源信息服務(wù)器主要用于處理、整合、記錄基站采集的雷達(dá)、AIS信號(hào),以便在VTS客戶(hù)端軟件上供監(jiān)控人員查看和操作;視頻解碼服務(wù)器用于在圖像監(jiān)控大屏上拼接攝像機(jī)視頻監(jiān)控畫(huà)面,硬盤(pán)錄像機(jī)用于存儲(chǔ)監(jiān)控視頻文件;甚高頻服務(wù)器用于整合各基站的各頻道,以便在甚高頻客戶(hù)端軟件上,磁盤(pán)陣列用于存儲(chǔ)錄音文件。
2系統(tǒng)應(yīng)用情況介紹
2.1PRIDeVTS1000子系統(tǒng)應(yīng)用情況
PRIDeVTS1000子系統(tǒng)通過(guò)各基站采集船舶的雷達(dá)和AIS信號(hào),由相關(guān)服務(wù)器整合、處理,最終在VTS工作站的客戶(hù)端軟件上實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶雷達(dá)、AIS信號(hào)的監(jiān)控[2]。如圖2所示,PRIDeVTS1000客戶(hù)端軟件界面為樞紐水上管理區(qū)的電子江圖,船舶的雷達(dá)掃描圖像、AIS信號(hào)位置直觀地顯示其方位,并可查看船舶的航行軌跡,通過(guò)AIS信號(hào)可查看船名拼音、船舶尺寸、航速、航向等信息,對(duì)于同時(shí)識(shí)別了AIS和雷達(dá)信號(hào)的船舶,系統(tǒng)會(huì)將目標(biāo)進(jìn)行融合,以更準(zhǔn)確監(jiān)控船舶的方位和航行信息[3]。另外,系統(tǒng)配備有船舶AIS數(shù)據(jù)庫(kù),對(duì)于被系統(tǒng)識(shí)別的船舶,可顯示中文名稱(chēng)等更豐富的信息。通過(guò)PRIDeVTS1000客戶(hù)端軟件,升船機(jī)調(diào)控人員可方便地查看船舶方位等信息,并可判斷船舶是否已按調(diào)度指令航行和???,為下一步的船舶調(diào)度和設(shè)備操作提供依據(jù)。該子系統(tǒng)與CCTV監(jiān)控系統(tǒng)相互配合,可全面的對(duì)船舶進(jìn)行監(jiān)控,在夜間視頻監(jiān)控畫(huà)面無(wú)法看清時(shí),該子系統(tǒng)的顯得格外重要,聯(lián)合指揮中心可監(jiān)督船舶是否存在違規(guī)夜航。PRIDeVTS1000客戶(hù)端軟件具備“多功能區(qū)”功能,該功能在向家壩水利樞紐有兩項(xiàng)應(yīng)用。一是設(shè)置船舶自動(dòng)到錨區(qū),向家壩升船機(jī)在上游庫(kù)區(qū)設(shè)置有錨地,在電子江圖對(duì)應(yīng)區(qū)域上設(shè)置一到到錨區(qū)域,當(dāng)系統(tǒng)識(shí)到某船舶別進(jìn)入到錨區(qū)后,將發(fā)送到錨信號(hào)到升船機(jī)通航調(diào)度系統(tǒng),使得該船舶的狀態(tài)自動(dòng)變?yōu)橐训藉^,從而便于根據(jù)船舶的到錨順序進(jìn)行過(guò)閘排檔。二是對(duì)浮標(biāo)位置進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),樞紐水上管理區(qū)內(nèi)航道上的專(zhuān)設(shè)船型浮標(biāo)上裝設(shè)具有AIS定位功能的網(wǎng)位移,這樣便可在電子江圖上顯示浮標(biāo)的實(shí)時(shí)位置,利用多功能區(qū)功能在電子江圖上劃定浮標(biāo)的允許范圍,并設(shè)置離開(kāi)告警,當(dāng)因水位變化導(dǎo)致浮標(biāo)位置偏移過(guò)大而離開(kāi)該區(qū)域后,將觸發(fā)報(bào)警提醒調(diào)控人員及時(shí)對(duì)浮標(biāo)進(jìn)行檢查調(diào)整。
2.2圖像監(jiān)控子系統(tǒng)應(yīng)用情況
CCTV子系統(tǒng)設(shè)置在樞紐水上管理區(qū)各處的共7個(gè)高清攝像機(jī)可實(shí)時(shí)采集航道圖像監(jiān)控畫(huà)面,調(diào)空人員在VTS工作站可在查看各攝像機(jī)的監(jiān)控畫(huà)面,通過(guò)云臺(tái)操作界面可對(duì)攝像機(jī)的方位、焦距等進(jìn)行調(diào)整,圖像監(jiān)控大屏上可實(shí)現(xiàn)多監(jiān)控畫(huà)面同時(shí)顯示或單一畫(huà)面放大顯示。CCTV子系統(tǒng)所使用的攝像機(jī)為星光級(jí)高清球機(jī),監(jiān)控畫(huà)面清晰度高且能自動(dòng)對(duì)焦,在氣象條件滿(mǎn)足的情況下能看清監(jiān)控區(qū)域內(nèi)船舶的船名、號(hào)燈號(hào)型以及甲板人員動(dòng)態(tài)等。7個(gè)攝像機(jī)的布設(shè)位置較為合理,通過(guò)云臺(tái)調(diào)整攝像機(jī)方向能監(jiān)控到水上管理區(qū)各個(gè)角落。系統(tǒng)移交之初CCTV子系統(tǒng)未配備儲(chǔ)存設(shè)備,監(jiān)控視頻無(wú)法錄像保存,后在服務(wù)器站增加了一套容量為4×4TB的硬盤(pán)錄像機(jī),可支持7個(gè)攝像頭同時(shí)錄像數(shù)據(jù)保存30天以上,為船舶事故畫(huà)面回放等需求提供了支持。
2.3甚高頻通訊子系統(tǒng)應(yīng)用情況
樞紐水上管理區(qū)范圍較大,在基站1和基站3的分別布設(shè)的4個(gè)頻道的共8臺(tái)VHF收發(fā)信機(jī)已確保甚高頻通訊信號(hào)對(duì)管理區(qū)的全覆蓋。在VHF工作站上可對(duì)各收發(fā)信機(jī)進(jìn)行綜合管理,包括通過(guò)特定的收發(fā)信機(jī)進(jìn)行通訊、對(duì)部分或全部收發(fā)信機(jī)進(jìn)行監(jiān)聽(tīng)錄音、回放錄音文件等,其中錄音回放功能對(duì)事故取證等有重要作用。實(shí)際使用中,若同時(shí)通過(guò)兩個(gè)基站同一個(gè)頻道的收發(fā)信機(jī)進(jìn)行通訊,會(huì)出現(xiàn)信號(hào)重疊導(dǎo)致通訊雙發(fā)均無(wú)法聽(tīng)清對(duì)方通話內(nèi)容的情況,因此一般選擇距通訊船舶較近的收發(fā)信機(jī)進(jìn)行通訊,而將另一個(gè)基站的對(duì)應(yīng)頻道靜音。
3遺留問(wèn)題及優(yōu)化建議
3.1雷達(dá)無(wú)法校準(zhǔn)問(wèn)題
PRIDeVTS1000客戶(hù)端軟件偶有出現(xiàn)個(gè)別雷達(dá)無(wú)法連接的情況,檢查雷達(dá)天線轉(zhuǎn)動(dòng)正常,但基站工作站上雷達(dá)控制程序顯示雷達(dá)一直處于“校準(zhǔn)中”狀態(tài),重啟雷達(dá)也無(wú)法解決。持續(xù)觀察發(fā)現(xiàn)該故障多出現(xiàn)在濕度較大的陰雨天氣,連續(xù)數(shù)日的晴朗天氣后故障能自動(dòng)消除,經(jīng)排查發(fā)現(xiàn)該問(wèn)題是由位于室外小型電控箱內(nèi)的雷達(dá)信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊受潮濕所致。該模塊用于將雷達(dá)同軸電纜信號(hào)線轉(zhuǎn)換為網(wǎng)線信號(hào)再與工作站連接,室外電控箱雖能擋雨但有透氣孔,因此箱內(nèi)濕度受環(huán)境影響較大,而信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊的電路板也未進(jìn)行防水防潮處理。建議對(duì)信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行防水防潮處理,并改用密封效果好的電控箱,或?qū)⒃撃K移至基站室內(nèi)。
3.2無(wú)線網(wǎng)橋穩(wěn)定性差問(wèn)題
向家壩VTS系統(tǒng)移交之初,除前述基站3通過(guò)無(wú)線網(wǎng)橋與基站2連接外,基站4同樣通過(guò)無(wú)線網(wǎng)橋與江對(duì)岸的基站1連接。實(shí)際使用中,跨江連接的無(wú)線網(wǎng)橋在雨天和江面水霧較大的情況下穩(wěn)定性不高,常出現(xiàn)雷達(dá)無(wú)法連接、監(jiān)控畫(huà)面卡頓、VHF無(wú)法通訊等問(wèn)題?;?目前已通過(guò)單獨(dú)敷設(shè)光纖與服務(wù)器站連接解決了該問(wèn)題,但基站3因位置偏遠(yuǎn),敷設(shè)光纖施工存在一定難度,因此暫維持原狀。建議將無(wú)線設(shè)備換型或通過(guò)其它技術(shù)手段增強(qiáng)跨江連接的無(wú)線網(wǎng)橋信號(hào)的穩(wěn)定性,或設(shè)法敷設(shè)光纖將基站3直接與服務(wù)器站連接[4]。
3.3攝像機(jī)布設(shè)數(shù)量不足問(wèn)題
CCTV子系統(tǒng)的7個(gè)攝像機(jī)雖然布設(shè)位置較為合理,但布設(shè)數(shù)量略顯不足,來(lái)帶了兩個(gè)方面的問(wèn)題。一是同一監(jiān)控點(diǎn)的監(jiān)控方向容易出現(xiàn)顧此失彼的情況,例如大壩左岸近岸區(qū)域僅在岸坡較高位置的基站1布設(shè)了1臺(tái)攝像機(jī),如果將攝像機(jī)監(jiān)控方向?qū)?zhǔn)近壩上游側(cè),則不能同時(shí)監(jiān)控近壩下游側(cè);二是雖然使用的星光級(jí)球機(jī)清晰度夠高,但因攝像機(jī)布設(shè)較為稀疏,難免出現(xiàn)某些監(jiān)控區(qū)域距所有攝像機(jī)均較遠(yuǎn)的情況,在能見(jiàn)度不高的天氣下,難以對(duì)這些區(qū)域的船舶進(jìn)行清晰地監(jiān)控。建議增加基站1等關(guān)鍵位置的攝像機(jī)數(shù)量,實(shí)現(xiàn)多方位同時(shí)監(jiān)控,同時(shí)增加攝像機(jī)的沿樞紐河段的布設(shè)密度,以增強(qiáng)低能見(jiàn)度天氣下的監(jiān)控效果。
4結(jié)論
向家壩VTS系統(tǒng)利用在樞紐河段岸坡、碼頭布置的基站和高清攝像機(jī),對(duì)船舶的AIS信號(hào)、雷達(dá)信號(hào)、圖像信息進(jìn)行綜合實(shí)時(shí)監(jiān)控,使升船機(jī)調(diào)控人員與海事主管部門(mén)能夠及時(shí)掌握船舶方位、航向、航速等信息,并通過(guò)甚高頻通訊系統(tǒng)向船舶下達(dá)調(diào)度指令和提供安全航行所需信息,對(duì)保障船舶在樞紐水上管理區(qū)內(nèi)的航行安全起到了重要作用。該系統(tǒng)投運(yùn)以來(lái)設(shè)備運(yùn)行基本穩(wěn)定,建議后續(xù)采取技術(shù)手段解決雷達(dá)無(wú)法自動(dòng)校準(zhǔn)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性不高等問(wèn)題,同時(shí)增加攝像機(jī)布設(shè)數(shù)量以提高對(duì)航道的圖像監(jiān)控效果。
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作者:劉佳洋 黃仁輝 馬麟 單位:中國(guó)長(zhǎng)江電力股份有限公司向家壩水力發(fā)電廠