CN103280059B - 一种用于海底电缆运行维护的智能监控系统 - Google Patents

Abstract

一种用于海底电缆运行维护的智能监控系统，涉及一种监控系统。目前，海底电缆防船舶锚损，受环境影响大，监控范围有限，常发生误报警现象。本发明包括：CCTV联动监控子系统、AIS监控子系统、雷达监测子系统、光电扰动报警子系统、海缆警示标记子系统、无线语音远程子系统、一体化综合监控平台，一体化综合监控平台根据监测数据综合处理得到船舶信息，及时发现逗留在海缆防锚损区的船舶或海缆锚损事故，监控人员通过无线语音远程子系统对船舶进行预警或现场指挥。本技术方案将独立的子系统集成在一起，提高报警准确性，搭建起一套完整的海缆运行立体式、全方位、全天候的监控联动一体化系统，实现对输电海缆全天候的有效管控目标。

Description

一种用于海底电缆运行维护的智能监控系统

技术领域

本发明涉及一种监控系统 。

背景技术

海底电缆防船舶锚损一直是一项难度极大的综合管控工作。传统的人工维护，不仅效率低维护费用高而且大都是事后处理，未能根本上解决海底电缆锚损问题。因此，出现了海缆视频监控、AIS海缆监控报警、雷达监控系统、光电复合电缆外部安全预警及定位等信息化监控系统。相比于传统监控手段，信息化监控手段提高了海缆锚损事故管理的效率，缩减了海缆运行维护的成本。因此，目前国内外海缆锚损管理多采用信息化监控系统。然而，随着海洋经济的发展及船舶数量的增加，现有的信息化海缆监控系统在应用过程中也逐渐暴露出了一些问题。其主要表现为：海缆视频监控无夜视、雾视和自动跟踪功能，报警功能受环境影响大，智能化程度低，夜间及恶劣环境下无法达到有效的视频监控报警效果；“AIS海缆监控报警系统”由于受船舶AIS设备的安装覆盖率和开启率等影响，一些船舶无法在海图上显现，AIS系统无法实现对这些船舶的监控和预警；“雷达监控系统”在其监控范围内的运动物体都会纳入分析范围，会将非船舶物体如浪花等识别为船舶信息，常发生误报警现象，且雷达监控受障碍物影响不能监控到障碍物背后的船舶情况，监控范围有限；“光电复合电缆外部安全预警及定位系统”同样受到光电复合海缆普及率和光缆对外来能量的判别能力的制约，预警功能不能得到充分发挥。这些因素一定程度上降低了海缆防锚损效果。因此，还需要对原有的海缆监控报警系统进一步改进，开发出一种用于海缆运行维护的综合智能监控系统。

发明内容

本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供一种用于海底电缆运行维护的智能监控系统，以降低锚损事故的目的。为此，本发明采取以下技术方案。

一种用于海底电缆运行维护的智能监控系统，其特征在于包括：

CCTV联动监控子系统，通过视频对船舶进行监控；

AIS监控子系统，通过接收船舶发射的信息进行监控；

雷达监测子系统，通过雷达对船舶进行监控；

光电扰动报警子系统，用于海缆监测，定位锚损海缆故障点；

海缆警示标记子系统，用于监视警示标记的运行情况；

无线语音远程子系统，用于远距离无线语音提醒以对事故预警及事故处理；

一体化综合监控平台，与CCTV联动监控子系统、AIS监控子系统、雷达监测子系统、光电扰动报警子系统、海缆警示标记子系统、无线语音远程子系统连接，根据CCTV联动监控子系统、AIS监控子系统、雷达监测子系统的监测数据综合处理得到船舶信息，及时发现逗留在海缆防锚损区的船舶或海缆锚损事故，监控人员通过无线语音远程子系统对船舶进行预警或现场指挥。本技术方案将六个独立的子系统集成在一起，通过各监控装置及其应用软件的互补、互联、互配、互动及系统的整合，既发挥出原子系统的特点和优势，又能通过各监控报警设备和系统间的数据计算、联动触发、相互鉴别、整体配合使系统各项报警的准确性大大提高，搭建起一套完整的海缆运行立体式、全方位、全天候的监控联动一体化智能系统，实现对输电海缆全天候的有效管控目标。其中远程语音子系统的引入缩短了事故处理所耗费的时间，并带来了可观的经济效益。

作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明还包括以下附加技术特征。

CCTV联动监控子系统包括CCTV视频监控模块、CCTV联动追踪模块、热成像报警分析模块，CCTV视频监控模块通过遥控摄像机及其辅助设备直接观测被监控水域的情况，同时通过CCTV联动追踪模块视频跟踪移动船舶，热成像报警分析模块根据视频画面分析，提取船舶轮廓位置，动态分析船舶在画面中的位置变化情况，并根据船舶的位置变化情况判断船舶是否处于航行状态，若在防锚损区发现船舶处于静止时则产生报警信号。引入热成像报警分析模块，减少环境影响（如恶劣天气、大雾、大雨时监测效果不佳），提高夜间监测效果。

设CCTV联动监控子系统的误报率为W_C，AIS监控子系统的误报率为W_A，雷达监控子系统的误报率W_L，对应漏报率分别为L_C、L_A、L_L，一体化综合监控平台根据外部环境调整CCTV联动监控子系统、AIS监控子系统、雷达监控子系统的误报率及漏报率计算报警准确率，报警准确率= ((1-W)×L)/((1-W)×L+W)，其中W为所有报警设备的误报率乘积，L为所有未报警设备的漏报率乘积，并将报警准确率与设定的阈值相比，当报警准确率高于设定阈值时，则显示报警信息。将三套子系统进行融合，并用于船舶监控，提高系统智能化程度，提高船只报警准确率，避免船只误报警和漏报警。

所述的一体化综合监控平台设有电子海图显示模块，电子海图显示模块将电子海图显示在显示器上，同时将：输电海缆和海缆预警、报警区域，无限远程语音设备的位置和状态，CCTV视频监控点在电子海图上的位置，雷达位置和雷达覆盖范围，光电扰动报警设备的位置及海缆警示标志的位置和状态，船舶物标及其航速、航向设射至电子海图上。监控直观。

所述的一体化综合监控平台设有用于报警或预计算、报警或预警提示、报警或预警处理的电子警察模块，电子警察报警模块对海缆预警报警区域的船舶进行动态位置的实时计算，识别海缆预警报警区域的低速船舶和停泊船舶，电子警察模块产生报警信息通过电子海图显示模块在电子海图上动态提示，同时辅以声音提示，报警信息包括报警位置、报警种类，报警处理包括报警确认、报警登记、警情处置。

所述的一体化综合监控平台包括用于事故调查、事故分析、通航情况分析的历史回放模块，历史回放模块能按时间段对船舶物标进行航迹回放、视屏跟踪回放，或对指定区域进行航迹回放和视频监控回放。

一体化综合监控平台设有数据存储模块及数据接收模块，一体化综合监控平台与AIS监控子系统、光电扰动报警系统、海缆警示标记子系统之间通过网络连接，数据接收模块接收的数据可分为四类，一是物标动态数据，包括AIS船舶动态，雷达船舶动态；二是专题数据，包括海缆警示标志设备的状态数据，无线远程语音设备的状态数据；三是视频数据，包括CCTV视频数据和雷达视频数据；四是报警数据，包括光电扰动报警数据，海缆警示标志报警数据，CCTV报警数据；数据接收模块接收到的数据统一进入数据总线，由数据总线负责数据的传输和数据变化通知，数据存储模块则通过数据总线获取数据并存储。

一体化综合监控平台设有便于要素空间信息设置的专题要素管理模块；专题要素包括点、线、面多种类型的要素，输电海缆属于线型要素，海缆预警报警区域属于面要素，雷达设备、CCTV监控点、光电扰动监测点、海缆警示标志属于点要素。

无线语音远程子系统包括用于监视禁锚区的海缆视频监控装置、主控机、与主控机无线连接的无线遥控终端及与无线遥控终端相连的播放器；所述的主控机包括用于输入控制指令的输入装置、用于数据处理的主控处理器、与主控处理器相连的无线发送装置；无线遥控终端或主控处理器设有存储警告语音和海缆保护宣传语音的存储器；所述的主控处理器与输入装置、无线发送装置相连以将控制指令通过无线发送装置发送给无线遥控终端，所述的无线遥控终端及播放器设于海缆登陆点一侧。主控机可位于线路工区监控室内，值班人员通过海缆视频监控装置发现船只即将在禁锚区内违章锚泊，立即发送控制指令给无线遥控终端，播放器播放警告语音，在风力较小时可以播放海缆设施保护宣传语音；有效减少海缆禁锚区内船只锚泊次数，保障海缆安全运行。播放器位于海缆登陆点一侧，可采用防空警报播发设备，外加装两组高音量喇叭。本技术方案能及时阻止船只违章锚泊，减少因锚泊造成电缆的损害，且一次性投入费用低，易于实现，可以代替建造瞭望台和人工值守监视，减轻了运行部门的劳动强度，减少了运行维护的费用。

主控机还包括人机接口、与人机接口相连的语音电路，语音电路与主控处理器相连以将人工喊话的警告信息送至主控处理器，警告信息经主控处理器分析处理后通过无线发送装置送到无线遥控终端。

所述的无线遥控终端包括无线接收装置、麦克接口、语音电路、终端处理器、电声警报驱动装置；所述的无线接收装置、语音电路与终端处理器相连，麦克接口与播放器相连；无线遥控终端通过无线接收装置接收主控机发送的信息，经过终端处理器、语音电路、电声警报驱动装置控制播放器发出对应语音；无线遥控终端设两个电声警报驱动装置；终端处理器根据指令通过对应的电声警报驱动装置驱动相应的播放器播放警告或海缆保护宣传语音。

有益效果：本技术方案将六个独立的子系统集成在一起，通过各监控装置及其应用软件的互补、互联、互配、互动及系统的整合，既发挥出原子系统的特点和优势，又能通过各监控报警设备和系统间的数据计算、联动触发、相互鉴别、整体配合使系统各项报警的准确性大大提高，搭建起一套完整的海缆运行立体式、全方位、全天候的监控联动一体化智能系统，实现对输电海缆全天候的有效管控目标。中远程语音子系统的引入实现长距离的语音指挥、预警、警示，缩短了事故处理所耗费的时间，并带来了可观的经济效益。。

附图说明

图1是本发明技术方案示意图。

图2是本发明功能结构示意图。

图3是本发明一体化综合监控平台系统方案图。

图4是本发明无线语音远程子系统结构原理图。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

如图1所示，本发明包括：

CCTV联动监控子系统，通过视频对船舶进行监控；

AIS监控子系统，通过接收船舶发射的信息进行监控；

雷达监测子系统，通过雷达对船舶进行监控；

光电扰动报警子系统，用于海缆监测，定位锚损海缆故障点；

海缆警示标记子系统，用于监视警示标记的运行情况；

无线语音远程子系统，用于远距离无线语音提醒以对事故预警及事故处理；

一体化综合监控平台，与CCTV联动监控子系统、AIS监控子系统、雷达监测子系统、光电扰动报警子系统、海缆警示标记子系统、无线语音远程子系统连接，根据CCTV联动监控子系统、AIS监控子系统、雷达监测子系统的监测数据综合处理得到船舶信息，及时发现逗留在海缆防锚损区的船舶或海缆锚损事故，监控人员通过无线语音远程子系统对船舶进行预警或现场指挥。

其中，CCTV联动监控子系统包括CCTV视频监控模块、CCTV联动追踪模块、热成像报警分析模块，CCTV视频监控模块通过遥控摄像机及其辅助设备直接观测被监控水域的情况，同时通过CCTV联动追踪模块视频跟踪移动船舶，热成像报警分析模块根据视频画面分析，提取船舶轮廓位置，动态分析船舶在画面中的位置变化情况，并根据船舶的位置变化情况判断船舶是否处于航行状态，若在防锚损区发现船舶处于静止时则产生报警信号。

通过信息网络技术将用于船舶检测的三套子系统进行融合，并用于船舶监控，该技术可提高系统智能化程度，提高船只报警准确率，避免船只误报警和漏报警，图1中三套系统可通过其自身的监控信息和影响因子搭建数学模型，其中影响因子可理解为系统监控的准确率，该影响因子系数还受环境条件限制，如白天CCTV联动监控子系统监控准确率高则影响因子系数大，晚上准确率低则系数小。以建立数学概率模型为例，假设CCTV联动监控子系统的误报率为W_C、AIS监控子系统的误报率为W_A、雷达监控子系统的误报率W_L，其对应漏报率为L_C、L_A、L_L，则整个船舶监测系统的报警准确率C = ((1-W)×L)/((1-W)×L+W)，其中W为所有报警设备的误报率乘积，L为所有未报警设备的漏报率乘积。假设某一时间点分析场景，CCTV子系统报警，其它两个子系统无报警，则W=W_C、L=L_A×L_L。并将报警准确率与设定的阈值相比，当报警准确率高于设定阈值时，则显示报警信息。

如图2所示，1)所述的一体化综合监控平台设有电子海图显示模块，电子海图模块负责电子海图、陆图的调图、拼接、显示，支持鼠标拖动漫游、拉框放大、鼠标滚轮推拉放大缩小、海图旋转操作。电子海图显示模块将电子海图显示在显示器上，同时将：输电海缆和海缆预警、报警区域，无限远程语音设备的位置和状态，CCTV视频监控点在电子海图上的位置，雷达位置和雷达覆盖范围，光电扰动报警设备的位置及海缆警示标志的位置和状态，船舶物标及其航速、航向设射至海图上。2)所述的一体化综合监控平台设有用于报警或预计算、报警或预警提示、报警或预警处理的电子警察模块，电子警察报警模块对海缆预警报警区域的船舶进行动态位置的实时计算，识别海缆预警报警区域的低速船舶和停泊船舶，电子警察模块产生报警信息通过电子海图显示模块在电子海图上动态提示，同时辅以声音提示，报警信息包括报警位置、报警种类，报警处理包括报警确认、报警登记、警情处置。3)所述的一体化综合监控平台包括用于事故调查、事故分析、通航情况分析的历史回放模块，历史回放模块能按时间段对船舶物标进行航迹回放、视屏跟踪回放，或对指定区域进行航迹回放和视频监控回放。4)一体化综合监控平台设有数据存储模块及数据接收模块，一体化综合监控平台与AIS监控子系统、光电扰动报警系统、海缆警示标记子系统之间通过网络连接，数据接收模块接收的数据可分为四类，一是物标动态数据，包括AIS船舶动态，雷达船舶动态；二是专题数据，包括海缆警示标志设备的状态数据，无线远程语音设备的状态数据；三是视频数据，包括CCTV视频数据和雷达视频数据；四是报警数据，包括光电扰动报警数据，海缆警示标志报警数据，CCTV报警数据；数据接收模块接收到的数据统一进入数据总线，由数据总线负责数据的传输和数据变化通知，数据存储模块则通过数据总线获取数据并存储。5)一体化综合监控平台设有便于要素空间信息设置的专题要素管理模块；专题要素包括点、线、面多种类型的要素，输电海缆属于线型要素，海缆预警报警区域属于面要素，雷达设备、CCTV监控点、光电扰动监测点、海缆警示标志属于点要素。

如图3所示，一体化综合监控平台需要具有强大的兼容性和可扩展性，所以采用插件式框架平台进行开发。插件式框架平台将整个应用平台系统划分为宿主程序和插件对象两部分，宿主程序能够调用插件对象，插件对象能够在宿主程序上实现自己的逻辑，而两者的交互基于一种公共的通信契约。一体化综合平台采用多层架构设计，通过统一的开发模式和基础功能，在系统管理，插件管理，UI控制，权限控制，网络异步通信，为多数据库访问及多人协作开发等方面提供了基础支撑。

如图4所示，无线语音远程子系统包括用于监视禁锚区的海缆视频监控装置、主控机、与主控机无线连接的无线遥控终端及与无线遥控终端相连的播放器；主控机位于线路工区监控室内，值班人员通过海缆视频监控系统发现船只即将在禁锚区内违章锚泊，立即发送控制指令给无线遥控终端，控制指令传输通道为450MHz频道。无线遥控终端、播放器位于海缆登陆点一侧，无线遥控终端根据接收到的控制指令控制播放器发出警告声，提醒船只不要在禁锚区内违章锚泊。播放器采用防空警报播发设备，外加装两组高音量喇叭，同时预先录制两种警告语音以设定的频率播发，也可以根据接收到的指令播发警报或现场喊话。主控机包括用于输入控制指令的输入装置、用于数据处理的主控处理器、与主控处理器相连的无线发送装置、人机接口、与人机接口相连的语音电路、用于存储警告语音和海缆保护宣传语音的存储器，其中输入装置、无线发送装置、人机接口、语音电路、存储器与主控处理器相连。值班人员在工区监控室查看海缆视频监控设备的实时监控状况，当遇到大风天气有船只在禁锚区内违章锚泊时，通过人机接口、语音电路把人工喊话的警告信息发给主控处理器，主控处理器分析处理后通过通讯发送装置把人工喊话的警告信息通过450MHz频率以无线的形式发送给无线遥控终端；若天气良好时，可以通过调用预先录制好的海缆保护宣传语音发送给无线遥控终端。无线遥控终端包括无线接收装置、麦克接口、语音电路、终端处理器、电声警报驱动装置；无线接收装置、语音电路与终端处理器相连，麦克接口与播放器相连；无线遥控终端通过无线接收装置接收主控机发送的信息，经过终端处理器、语音电路、电声警报驱动装置控制播放器发出对应语音。播放器包括两组喇叭。无线遥控终端设两个电声警报驱动装置；终端处理器根据指令通过对应的电声警报驱动装置驱动相应的播放器播放警告或海缆保护宣传语音。麦克接口与高音量喇叭相连，可以充分保障警告语音能覆盖海缆保护区域。若天气良好时，无线遥控终端通过通讯收发模板接收启动预先录制好的海缆保护宣传语音的指令，经过终端控制器分析处理，通过另一个电声警报驱动装置驱动播放器播放海缆保护宣传语音。

以上图1-4所示的一种用于海底电缆运行维护的智能监控系统是本发明的具体实施例，已经体现出本发明突出的实质性特点和显著进步，可根据实际的使用需要，在本发明的启示下，对其进行形状、结构等方面的等同修改，均在本方案的保护范围之列。

Claims (9)

1.一种用于海底电缆运行维护的智能监控系统，其特征在于包括：

CCTV联动监控子系统，通过视频对船舶进行监控；

AIS监控子系统，通过接收船舶发射的信息进行监控；

雷达监测子系统，通过雷达对船舶进行监控；

光电扰动报警子系统，用于海缆监测，定位锚损海缆故障点；

海缆警示标记子系统，用于监视警示标记的运行情况；

无线语音远程子系统，用于远距离无线语音提醒以对事故预警及事故处理；

一体化综合监控平台，与CCTV联动监控子系统、AIS监控子系统、雷达监测子系统、光电扰动报警子系统、海缆警示标记子系统、无线语音远程子系统连接，根据CCTV联动监控子系统、AIS监控子系统、雷达监测子系统的监测数据综合处理得到船舶信息，及时发现逗留在海缆防锚损区的船舶或海缆锚损事故，监控人员通过无线语音远程子系统对船舶进行预警或现场指挥；CCTV联动监控子系统包括CCTV视频监控模块、CCTV联动追踪模块、热成像报警分析模块，CCTV视频监控模块通过遥控摄像机及其辅助设备直接观测被监控水域的情况，同时通过CCTV联动追踪模块视频跟踪移动船舶，热成像报警分析模块根据视频画面分析，提取船舶轮廓位置，动态分析船舶在画面中的位置变化情况，并根据船舶的位置变化情况判断船舶是否处于航行状态，若在防锚损区发现船舶处于静止时则产生报警信号。

2.根据权利要求1所述的一种用于海底电缆运行维护的智能监控系统，其特征在于：设CCTV联动监控子系统的误报率为W_C，AIS监控子系统的误报率为W_A，雷达监控子系统的误报率W_L，对应漏报率分别为L_C、L_A、L_L，一体化综合监控平台根据外部环境调整CCTV联动监控子系统、AIS监控子系统、雷达监控子系统的误报率及漏报率计算报警准确率，报警准确率= ((1-W)×L)/((1-W)×L+W)，其中W为所有报警设备的误报率乘积，L为所有未报警设备的漏报率乘积，并将报警准确率与设定的阈值相比，当报警准确率高于设定阈值时，则显示报警信息。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于海底电缆运行维护的智能监控系统，其特征在于：所述的一体化综合监控平台设有电子海图显示模块，电子海图显示模块将电子海图显示在显示器上，同时将：输电海缆和海缆预警、报警区域，无限远程语音设备的位置和状态，CCTV视频监控点在电子海图上的位置，雷达位置和雷达覆盖范围，光电扰动报警设备的位置及海缆警示标志的位置和状态，船舶物标及其航速、航向设射至海图上。

4.根据权利要求3所述的一种用于海底电缆运行维护的智能监控系统，其特征在于：所述的一体化综合监控平台设有用于报警或预警计算、报警或预警提示、报警或预警处理的电子警察模块，电子警察报警模块对海缆预警报警区域的船舶进行动态位置的实时计算，识别海缆预警报警区域的低速船舶和停泊船舶，电子警察模块产生报警信息通过电子海图显示模块在电子海图上动态提示，同时辅以声音提示，报警信息包括报警位置、报警种类，报警处理包括报警确认、报警登记、警情处置。

5.根据权利要求4所述的一种用于海底电缆运行维护的智能监控系统，其特征在于：所述的一体化综合监控平台包括用于事故调查、事故分析、通航情况分析的历史回放模块，历史回放模块能按时间段对船舶物标进行航迹回放、视屏跟踪回放，或对指定区域进行航迹回放和视频监控回放。

6.根据权利要求5所述的一种用于海底电缆运行维护的智能监控系统，其特征在于：一体化综合监控平台设有数据存储模块及数据接收模块，一体化综合监控平台与AIS监控子系统、光电扰动报警系统、海缆警示标记子系统之间通过网络连接，数据接收模块接收的数据可分为四类，一是物标动态数据，包括AIS船舶动态，雷达船舶动态；二是专题数据，包括海缆警示标志设备的状态数据，无线远程语音设备的状态数据；三是视频数据，包括CCTV视频数据和雷达视频数据；四是报警数据，包括光电扰动报警数据，海缆警示标志报警数据，CCTV报警数据；数据接收模块接收到的数据统一进入数据总线，由数据总线负责数据的传输和数据变化通知，数据存储模块则通过数据总线获取数据并存储。

7.根据权利要求3所述的一种用于海底电缆运行维护的智能监控系统，其特征在于：一体化综合监控平台设有便于要素空间信息设置的专题要素管理模块；专题要素包括点、线、面多种类型的要素，输电海缆属于线型要素，海缆预警报警区域属于面要素，雷达设备、CCTV监控点、光电扰动监测点、海缆警示标志属于点要素。

8.根据权利要求1所述的一种用于海底电缆运行维护的智能监控系统，其特征在于：无线语音远程子系统包括用于监视禁锚区的海缆视频监控装置、主控机、与主控机无线连接的无线遥控终端及与无线遥控终端相连的播放器；所述的主控机包括用于输入控制指令的输入装置、用于数据处理的主控处理器、与主控处理器相连的无线发送装置；无线遥控终端或主控处理器设有存储警告语音和海缆保护宣传语音的存储器；所述的主控处理器与输入装置、无线发送装置相连以将控制指令通过无线发送装置发送给无线遥控终端，所述的无线遥控终端及播放器设于海缆登陆点一侧。

9.根据权利要求8所述的一种用于海底电缆运行维护的智能监控系统，其特征在于：主控机还包括人机接口、与人机接口相连的语音电路，语音电路与主控处理器相连以将人工喊话的警告信息送至主控处理器，警告信息经主控处理器分析处理后通过无线发送装置送到无线遥控终端；所述的无线遥控终端包括无线接收装置、麦克接口、语音电路、终端处理器、电声警报驱动装置；所述的无线接收装置、语音电路与终端处理器相连，麦克接口与播放器相连；无线遥控终端通过无线接收装置接收主控机发送的信息，经过终端处理器、语音电路、电声警报驱动装置控制播放器发出对应语音；无线遥控终端设两个电声警报驱动装置；终端处理器根据指令通过对应的电声警报驱动装置驱动相应的播放器播放警告或海缆保护宣传语音。