本發(fā)明涉及機(jī)器視覺(jué)技術(shù)、數(shù)字圖像處理技術(shù)，使用高清攝像頭對(duì)江面船舶進(jìn)行監(jiān)測(cè)，使得橋梁具備主動(dòng)防船撞的能力。

背景技術(shù)：

進(jìn)入21世紀(jì)以后，我國(guó)跨江跨海等大型復(fù)雜工程建設(shè)迎來(lái)了一個(gè)持續(xù)發(fā)展階段。同時(shí)，隨著航運(yùn)業(yè)蓬勃發(fā)展，航道通航密度逐年增大。因此，船舶與橋梁之間的矛盾日益突出，船撞風(fēng)險(xiǎn)越來(lái)越大，船撞造成的后果也更加嚴(yán)重。

橋梁應(yīng)對(duì)船撞的方法/措施以被動(dòng)防撞為主，即在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中合理地考慮橋梁抵抗船舶撞擊的能力或采取被動(dòng)防撞措施減低船撞對(duì)橋梁的直接作用。

目前，國(guó)內(nèi)外被動(dòng)防撞的方法主要有：

1.浮圍：通過(guò)在橋墩周圍安裝鋼格子浮圍，利用浮圍的變形吸收船的動(dòng)能，使最終傳到橋墩上的力被限制在允許的范圍內(nèi)。

2.纜索攔截：纜索的端部錨固于水底，纜索和錨之間有緩沖裝置，用來(lái)吸收船的動(dòng)能。

3.護(hù)樁：橋墩前船舶可能的碰撞位置設(shè)置防撞樁，以達(dá)到防護(hù)的目的。

4.人工島；在橋墩前用沙子、碎石或混凝土將橋墩周圍建立人工島，使船島上擱淺而停下，這種方法具有很好的防護(hù)效果，安全可靠。

5.樁群：在橋墩周邊設(shè)置多根鋼管樁，并通過(guò)多層水平系桿將各個(gè)鋼管樁相連，通過(guò)鋼管樁系統(tǒng)來(lái)抵抗船舶對(duì)橋梁的撞擊作用，避免橋墩系統(tǒng)受到損壞。

此類被動(dòng)防撞方式雖能減少船只撞擊對(duì)橋梁的損害，但本身占用航道。與被動(dòng)防撞相對(duì)應(yīng)，主動(dòng)防撞是指通過(guò)對(duì)船舶的航行管理和航行軌跡干預(yù)，避免船撞橋事故發(fā)生。目前的主動(dòng)防撞方式主要有：

1.設(shè)立航行標(biāo)志、信號(hào)標(biāo)志和專用標(biāo)志燈內(nèi)河助航標(biāo)志，確保船舶航行的安全。

2.在橋梁水域制定嚴(yán)格的航行線路，實(shí)行分道通航制。施工期橋梁水域在無(wú)法滿足雙向通航的時(shí)候采取單向通航。

3.要求船只安裝自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)。這種系統(tǒng)能夠讓船與船、船與岸之間實(shí)現(xiàn)彼此間的信息交流，在此之外，海事監(jiān)管部門(mén)還可以以此對(duì)行駛的船舶進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別、跟蹤和檢測(cè)，加強(qiáng)對(duì)船只的監(jiān)控和管理。

4.實(shí)行引航措施。在特殊的船舶如超大型船舶、危險(xiǎn)品船舶在通過(guò)施工橋梁水域的時(shí)候，要主動(dòng)引領(lǐng)其航行，必要時(shí)可限制其通航。

5.提高船員素質(zhì)。對(duì)船舶上的工作人員進(jìn)行組織培訓(xùn)，增強(qiáng)船員的安全意識(shí)和航行技能。

6.固定時(shí)期對(duì)橋梁施工水域進(jìn)行維護(hù)，航道進(jìn)行疏浚，通航條件得到改善，船舶安全航行得以確保。

本發(fā)明基于機(jī)器視覺(jué)技術(shù)和數(shù)字圖像處理技術(shù)，利用距離、航速、航向、最近會(huì)遇點(diǎn)、達(dá)到最近會(huì)遇點(diǎn)時(shí)間等實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，主動(dòng)提醒船舶違規(guī)操作、實(shí)時(shí)評(píng)估船撞風(fēng)險(xiǎn)、主動(dòng)預(yù)警船撞危險(xiǎn)、自動(dòng)報(bào)警船撞事故。轉(zhuǎn)變橋梁“被動(dòng)抵抗”局面，實(shí)現(xiàn)“主動(dòng)防御”功能，最大程度地避免船撞事故發(fā)生或減小船撞事故的嚴(yán)重程度，避免或減小船撞事故對(duì)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)造成的直接或間接損失。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是基于機(jī)器視覺(jué)技術(shù)和數(shù)字圖像處理技術(shù)并利用虛擬儀器平臺(tái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)的橋梁防船撞智能視頻監(jiān)控方法。以視頻監(jiān)控技術(shù)搭建的硬件平臺(tái)主要包括多路遠(yuǎn)程監(jiān)控模擬相機(jī)、變焦鏡頭、多通道視頻編碼器和計(jì)算機(jī)平臺(tái)，以先進(jìn)的數(shù)字圖像處理技術(shù)為視頻信號(hào)分析理論核心，并以虛擬儀器軟件平臺(tái)開(kāi)發(fā)此系統(tǒng)軟件。此發(fā)明可實(shí)現(xiàn)多艘船舶靜動(dòng)態(tài)識(shí)別、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示、航跡描繪、數(shù)據(jù)庫(kù)保存和多級(jí)智能報(bào)警等功能，從而實(shí)現(xiàn)主動(dòng)防撞。

本發(fā)明要解決以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：

一是解決目前橋梁防撞領(lǐng)域缺乏主動(dòng)防撞手段的問(wèn)題，使得橋梁管理者可以通過(guò)計(jì)算機(jī)平臺(tái)實(shí)時(shí)得到橋梁附近水面船舶情況，主動(dòng)預(yù)警船撞危險(xiǎn)；

二是解決如何通過(guò)圖像處理識(shí)別船舶并跟蹤的問(wèn)題；

三是解決由于天氣原因帶來(lái)造成的測(cè)量失準(zhǔn)問(wèn)題，比如大霧、下雨或者其他光線變化會(huì)造成相機(jī)無(wú)法有效可靠地對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別；

四是解決我國(guó)大量船舶未安裝AIS導(dǎo)致的無(wú)法跟蹤監(jiān)測(cè)此類船舶的問(wèn)題；

五是解決劃分水面危險(xiǎn)等級(jí)的問(wèn)題。

本發(fā)明所述的一種橋梁主動(dòng)防船撞方法，具體實(shí)施步驟如下：

A.部署高清攝像頭、設(shè)置攝像頭參數(shù)并連接系統(tǒng)的各部分；

A1.選擇合適的布置位置可覆蓋整個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域；

A2.調(diào)整攝像頭的朝向以獲取最佳圖像；

A3.部署圖像傳輸裝置、視頻編碼器及供電電源，連接監(jiān)控電腦并在軟件平臺(tái)調(diào)試；

B.根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境實(shí)際情況(如江面背景顏色、能見(jiàn)度以及監(jiān)測(cè)距離遠(yuǎn)近等)進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)參；

B1.調(diào)整鏡頭的焦距和光圈以較好的視野監(jiān)測(cè)江面船舶；

B2.調(diào)節(jié)系統(tǒng)識(shí)別參數(shù)，包括靜態(tài)識(shí)別參數(shù)和動(dòng)態(tài)識(shí)別參數(shù)；

B3.設(shè)置限航區(qū)域并劃分警戒區(qū)域；

C.現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試試驗(yàn)；

C1.靜態(tài)多艘船舶識(shí)別，調(diào)試攝像機(jī)監(jiān)測(cè)江面上停泊的船只，使軟件系統(tǒng)能夠?qū)Χ嗨彝２创贿M(jìn)行識(shí)別；

C2.動(dòng)態(tài)多艘識(shí)別，調(diào)試攝像機(jī)監(jiān)測(cè)江面上航行的船只，使軟件系統(tǒng)能夠?qū)Χ嗨艺诤叫械拇斑M(jìn)行識(shí)別；

D.標(biāo)定試驗(yàn)；

D1.派遣標(biāo)定船只，大小約為3m×20m，航速約為2m/s且基本保持勻速；

D2.將實(shí)際大小3m×20m＝60m²輸入相應(yīng)的標(biāo)定控件中，然后根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)和實(shí)際值進(jìn)行比較；

D3.根據(jù)比較結(jié)果改進(jìn)參數(shù)；

E.將相機(jī)數(shù)據(jù)保存至SQL數(shù)據(jù)庫(kù)中；

F.預(yù)警信息及應(yīng)對(duì)；

F1.根據(jù)加權(quán)求和得出實(shí)時(shí)的預(yù)警分?jǐn)?shù)，然后根據(jù)預(yù)警分?jǐn)?shù)判別預(yù)警級(jí)別；

F2.根據(jù)預(yù)警級(jí)別采取相應(yīng)措施，包括亮不同顏色的報(bào)警燈和自動(dòng)拉響報(bào)警聲；通過(guò)人為地劃定出限制航行區(qū)域，當(dāng)有船舶駛?cè)胂拗茀^(qū)域時(shí)會(huì)直接觸發(fā)最高級(jí)別預(yù)警——亮紅燈和自動(dòng)拉響報(bào)警聲。

本發(fā)明除了可直接顯示監(jiān)測(cè)畫(huà)面外，還可以實(shí)時(shí)顯示船舶移動(dòng)過(guò)的路線軌跡，同時(shí)航跡圖的背景顏色也融合顯示了三個(gè)級(jí)別監(jiān)測(cè)區(qū)域，另外航跡圖有坐標(biāo)顯示，坐標(biāo)值范圍可以根據(jù)實(shí)際值進(jìn)行標(biāo)定輸入。本發(fā)明還可以顯示各艘船舶的大小、坐標(biāo)、速度、方向等數(shù)據(jù)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本技術(shù)有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

1、利用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)對(duì)江面船只進(jìn)行主動(dòng)式跟蹤，通過(guò)對(duì)船只的速度、航向、所在位置等信息進(jìn)行綜合分析，給出橋梁船撞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，并在災(zāi)害發(fā)生前及時(shí)預(yù)警；

2、解決了現(xiàn)在缺乏有效的主動(dòng)防撞技術(shù)的問(wèn)題，轉(zhuǎn)變橋梁“被動(dòng)抵抗”局面，實(shí)現(xiàn)“主動(dòng)防御”功能，最大程度地避免船撞事故發(fā)生或減小船撞事故的嚴(yán)重程度，避免或減小船撞事故對(duì)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)造成的直接或間接損失；

3、解決了利用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)對(duì)水面船舶識(shí)別的問(wèn)題；

4、監(jiān)測(cè)預(yù)警過(guò)程完全自動(dòng)化，解決了預(yù)警監(jiān)測(cè)使用人工效率低、工作量大的問(wèn)題；

5、對(duì)船只航行情況進(jìn)行數(shù)字化記錄，保證了結(jié)果的可分析性，并令事故后分析更加有據(jù)可依；

6、以圖像化的形式輸出結(jié)果和警報(bào)，便于橋梁管理人員學(xué)習(xí)使用，降低了培養(yǎng)人員的成本；

7、相對(duì)于其他方法，測(cè)量結(jié)果精度高、成本低、部署簡(jiǎn)單、魯棒性強(qiáng)，易于應(yīng)用與不同類型的橋梁。

附圖說(shuō)明

圖1本發(fā)明的裝置示意圖。

圖2本發(fā)明的實(shí)施流程圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合圖1中所示的案例、圖2中所示的實(shí)施流程圖進(jìn)一步闡述本發(fā)明。參見(jiàn)圖1和圖2，本發(fā)明中所舉案例為利用一種橋梁主動(dòng)防船撞方法，進(jìn)行橋梁監(jiān)測(cè)，具體的實(shí)施步驟如下：

A.部署高清攝像頭1、設(shè)置攝像頭參數(shù)并連接系統(tǒng)的各部分；

A1.選擇合適的橋墩(2到5)布置攝像頭1，使之可覆蓋整個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域；

A2.調(diào)整攝像頭的朝向以獲取最佳圖像；

A3.部署監(jiān)控電腦6于2-5之間的某一合適的橋墩上，并與攝像頭1連接，在電腦6的軟件平臺(tái)上對(duì)攝像頭1進(jìn)行調(diào)試；

B.根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境實(shí)際情況(如江面背景顏色、能見(jiàn)度以及監(jiān)測(cè)距離遠(yuǎn)近等)進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)參；

B1.調(diào)整鏡頭的焦距和光圈以較好的視野監(jiān)測(cè)江面船舶；

B2.調(diào)節(jié)系統(tǒng)識(shí)別參數(shù)，包括靜態(tài)識(shí)別參數(shù)和動(dòng)態(tài)識(shí)別參數(shù)；

B3.設(shè)置限航區(qū)域并劃分警戒區(qū)域；

C.現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試試驗(yàn)；

C1.靜態(tài)多艘船舶識(shí)別，調(diào)試攝像機(jī)監(jiān)測(cè)江面上停泊的船只7，使軟件系統(tǒng)能夠?qū)Χ嗨彝２创贿M(jìn)行識(shí)別；

C2.動(dòng)態(tài)多艘識(shí)別，調(diào)試攝像機(jī)監(jiān)測(cè)江面上航行的船只8，使軟件系統(tǒng)能夠?qū)Χ嗨艺诤叫械拇斑M(jìn)行識(shí)別；

D.標(biāo)定試驗(yàn)；

D1.派遣標(biāo)定船只9，大小約為3m×20m，航速約為2m/s且基本保持勻速；

D2.將實(shí)際大小3m×20m＝60m²輸入相應(yīng)的標(biāo)定控件中，然后根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)和實(shí)際值進(jìn)行比較；

D3.根據(jù)比較結(jié)果改進(jìn)參數(shù)；

E.將相機(jī)數(shù)據(jù)保存至電腦6中的SQL數(shù)據(jù)庫(kù)中；

F.預(yù)警信息及應(yīng)對(duì)；

F1.根據(jù)加權(quán)求和得出實(shí)時(shí)的預(yù)警分?jǐn)?shù)，然后根據(jù)預(yù)警分?jǐn)?shù)判別預(yù)警級(jí)別；

F2.根據(jù)預(yù)警級(jí)別采取相應(yīng)措施，包括亮不同顏色的報(bào)警燈和自動(dòng)拉響報(bào)警聲；通過(guò)人為地劃定出限制航行區(qū)域，當(dāng)有船舶駛?cè)胂拗茀^(qū)域時(shí)會(huì)直接觸發(fā)最高級(jí)別預(yù)警——亮紅燈和自動(dòng)拉響報(bào)警聲。

本發(fā)明使用多個(gè)攝像頭對(duì)橋梁附近航道進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)，由于單個(gè)攝像頭監(jiān)控范圍有限，對(duì)于大型橋梁來(lái)說(shuō)，當(dāng)個(gè)攝像頭不足以覆蓋整個(gè)航道區(qū)域，所以在實(shí)際工作中，要根據(jù)實(shí)際情況決定使用的攝像頭數(shù)量。安裝攝像頭時(shí)要調(diào)整鏡頭的焦距和光圈，以較好的視野監(jiān)測(cè)江面船舶。由于每個(gè)橋梁的光照、能見(jiàn)度等外界因素不同，因此需要根據(jù)環(huán)境具體情況進(jìn)行調(diào)參。在進(jìn)行正式的防撞預(yù)警之前需要對(duì)攝像頭進(jìn)行標(biāo)定。本發(fā)明中通過(guò)派遣標(biāo)定船只，以建立像素與實(shí)際距離尺寸的關(guān)系。

為了便于數(shù)據(jù)的二次處理和記錄，本發(fā)明使用SQL數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存。對(duì)于監(jiān)控進(jìn)行視頻智能保存，當(dāng)識(shí)別到船舶時(shí)才自動(dòng)保存，這樣可以減少保存內(nèi)存容量。

本說(shuō)明書(shū)實(shí)施案例所述的內(nèi)容僅僅是對(duì)發(fā)明構(gòu)思的實(shí)現(xiàn)形式的列舉，本發(fā)明的保護(hù)范圍不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實(shí)施案例所陳述的具體形式，本發(fā)明的保護(hù)范圍也及于本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。