虛擬電子圍欄在危貨港口安防中的應(yīng)用

■ 趙芷嫣 孫維維

（1.交通運(yùn)輸部水運(yùn)科學(xué)研究院，北京 100088；2.水科遠(yuǎn)大（北京）交通設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100088）

隨著我國危險(xiǎn)貨物吞吐量的逐年增加，為保證危貨港口安全，需要對危貨港口及重點(diǎn)區(qū)域的周界進(jìn)行有效警戒防御。目前，此類防御主要依靠物理隔離、人力巡邏以及視頻監(jiān)控等簡單技術(shù)手段，難以滿足現(xiàn)階段危貨港口安防要求。本文基于虛擬電子圍欄技術(shù)，依托現(xiàn)有視頻監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，運(yùn)用圖像視覺算法，構(gòu)建智能化危貨港口入侵報(bào)警安防系統(tǒng)。

虛擬電子圍欄；危險(xiǎn)貨物；港口；智能安防

0 引言

自2001年美國“9·11”恐怖事件后，由美國積極推動和倡導(dǎo)，要求航運(yùn)界采取措施防范海上恐怖主義，使得各個(gè)國家對于“國家安全”“港口安防”“監(jiān)控”等問題更加重視，也使得智能安防系統(tǒng)的需求日益增長。

伴隨中國石化產(chǎn)業(yè)和液體化工產(chǎn)業(yè)對危險(xiǎn)貨物進(jìn)出口需求的發(fā)展，港口的危險(xiǎn)貨物吞吐量不斷增長。據(jù)海關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年中國?；返扔卸居泻ξ镔|(zhì)的進(jìn)出口種類近3 000種，金額在400億美元以上。危險(xiǎn)貨物港口安防工作要求也逐漸提高，在智能化、信息化時(shí)代下，技防代替人防成為了必然趨勢。

2020年3月，國家發(fā)改委、工信部印發(fā)了《關(guān)于組織實(shí)施2020年新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程（寬帶網(wǎng)絡(luò)和5G領(lǐng)域）的通知》，《通知》宣布：隨著5G技術(shù)的應(yīng)用，在危險(xiǎn)貨物港口安防系統(tǒng)信息化、智能化建設(shè)上，要制定全新的改造方案。

虛擬電子圍欄是由一道以軟件虛擬方式生成的無形的柵欄，輔之以相應(yīng)的定位硬件組成，它的邊界可以是人為定義的，自技術(shù)發(fā)明以來得到了廣泛關(guān)注與研究。與物理圍欄相比，虛擬電子圍欄具有識別率高、智能化程度高、可靠性強(qiáng)、成本低等突出優(yōu)勢。通過虛擬電子圍欄的應(yīng)用，可以搭建出一套適用于危險(xiǎn)貨物港口的入侵報(bào)警系統(tǒng)，與傳統(tǒng)物理圍欄相輔相成，共同提高危險(xiǎn)貨物港口的安防保障水平。

1 危貨港口安防基本現(xiàn)狀

近年來，危險(xiǎn)貨物港口的安防系統(tǒng)建設(shè)除了常規(guī)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)和防盜報(bào)警系統(tǒng)之外，因業(yè)務(wù)的需求，還提出了以下功能要求：對進(jìn)出港口的人員、車輛實(shí)現(xiàn)智能抓拍和識別，禁區(qū)有無非法入侵，船舶是否非法駛?cè)爰捌淙肭謭?bào)警。青島港自2017年以來進(jìn)行港口安防智能化改造，運(yùn)用視頻分析技術(shù)設(shè)定算法，判斷航船、特殊物品碼頭、停泊船只的狀態(tài)是否安全，如移動偵測、非法行駛、人臉識別、物體識別、煙霧監(jiān)測、火焰監(jiān)測等，對于提升管理水平、預(yù)防走私偷渡等犯罪、實(shí)現(xiàn)“智慧”港口安防具有重要意義。阿布扎比某大型危險(xiǎn)貨物集裝箱港區(qū)利用實(shí)時(shí)IP網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)對獲取的實(shí)時(shí)視頻進(jìn)行監(jiān)控、管理和記錄，并且還可與相關(guān)系統(tǒng)，如防入侵報(bào)警系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)等進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)互動。安哥拉國家安全局港口安防建設(shè)項(xiàng)目采用安防集成平臺，打造了從空中到水下全方位立體防護(hù)體系。

雖然以上幾個(gè)國內(nèi)外的港口已經(jīng)應(yīng)用多種類型的智能安防集成系統(tǒng)平臺，但危貨港口智能安防系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用還有很多需要解決的實(shí)際問題。

1.1 視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)處理量大、效率低

當(dāng)前的視頻監(jiān)控系統(tǒng)大多是對視頻監(jiān)控的全部區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測，不能夠?qū)崿F(xiàn)重點(diǎn)區(qū)域的重點(diǎn)監(jiān)控，數(shù)據(jù)處理量大、效率低，因此，智能安防系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)可畫設(shè)重點(diǎn)限制區(qū)域，對限制區(qū)域處人員、車輛、船舶等目標(biāo)進(jìn)行入侵檢測以及行進(jìn)軌跡管控。在事故發(fā)生時(shí)，可使得管理人員掌握限制區(qū)域情況，并針對性地采取應(yīng)急處置，有效提升事故應(yīng)急救援能力。

1.2 老舊碼頭設(shè)備智能化程度參差不齊，改造成本高

物聯(lián)網(wǎng)、智能識別、智能定位、人工智能等技術(shù)的成熟和碼頭作業(yè)流程的程序化，推動自動化碼頭迅速發(fā)展，極大地提高了碼頭的作業(yè)效率和監(jiān)管力度，減少了人工成本，但老舊碼頭受技術(shù)和自然條件限制，重新購置安防集成產(chǎn)品會花費(fèi)大量資金，同時(shí)造成現(xiàn)有監(jiān)控設(shè)備資源的浪費(fèi)，因此，智能安防系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)可基于現(xiàn)有監(jiān)控圖像進(jìn)行改造，作為大部分未使用智能安防系統(tǒng)港口的智能化過渡選擇，同時(shí)有效提高港口安防效果。

1.3 智能系統(tǒng)專業(yè)化程度高，保安人員操作困難

一套完整的智能安防集成平臺產(chǎn)品專業(yè)化程度高，操作起來較為復(fù)雜，但港口設(shè)施安防主要由保安人員負(fù)責(zé)，因此，智能安防系統(tǒng)操作應(yīng)便捷化、簡單化，便于保安人員操作使用。

2 虛擬電子圍欄安防系統(tǒng)的構(gòu)成

2.1 虛擬電子圍欄技術(shù)方案

虛擬電子圍欄的使用可以結(jié)合視頻圖像、GPS定位、無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和圖像視覺算法實(shí)現(xiàn)，形成一道重點(diǎn)區(qū)域“防護(hù)墻”，能實(shí)時(shí)、形象、真實(shí)地反映被監(jiān)控區(qū)域的情況。當(dāng)有目標(biāo)入侵或欲入侵時(shí)，即會發(fā)出聲光警示進(jìn)行驅(qū)趕或震懾，同時(shí)將報(bào)警信號發(fā)送至監(jiān)控終端，顯示報(bào)警位置，還可聯(lián)動手持終端設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場巡查，便于保安人員啟動應(yīng)急預(yù)案。

由圖1所示，對監(jiān)控視頻區(qū)域圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，先繪制出限制區(qū)域多邊形作為警戒范圍；然后運(yùn)用圖像視覺分析算法進(jìn)行目標(biāo)檢測、目標(biāo)追蹤以及行為分析，以判斷限制區(qū)域是否有目標(biāo)入侵；當(dāng)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)入侵時(shí)，將會輸出報(bào)警信息，讓保安人員及時(shí)處理特殊情況。

圖1 虛擬電子圍欄入侵報(bào)警工作流程

2.2 虛擬電子圍欄數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

虛擬電子圍欄數(shù)據(jù)庫可以分為兩大類：第一類是與空間位置有關(guān)的數(shù)據(jù)，其主要用于描述與港口安防有關(guān)的地理位置和幾何形狀；第二類是與空間位置無關(guān)的數(shù)據(jù)（見表1）。

2.3 虛擬電子圍欄安防系統(tǒng)架構(gòu)

根據(jù)危貨港口安防的實(shí)際需求和系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)，虛擬電子圍欄安防系統(tǒng)的整體系統(tǒng)構(gòu)架設(shè)計(jì)如下：

1）基礎(chǔ)感知層。此部分是為應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)行提供軟、硬件支撐以及前端信息資源接入，包括港區(qū)監(jiān)控?cái)z像頭、GPS/北斗、主機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和與存儲系統(tǒng)配套的操作系統(tǒng)等支撐軟件，以及網(wǎng)絡(luò)防火墻、安全認(rèn)證等安全設(shè)備。

2）數(shù)據(jù)處理層。此部分確保信息資源的采集、處理、傳輸、分析的順利進(jìn)行，以實(shí)現(xiàn)決策支持的目標(biāo)。

3）信息發(fā)布層。此部分利用可視設(shè)備進(jìn)行展示、發(fā)布，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并自動報(bào)警，包括本地聲光報(bào)警器、監(jiān)控終端大屏幕、計(jì)算機(jī)、移動端。

圖2 系統(tǒng)構(gòu)架

3 虛擬電子圍欄在危貨港口安防中的應(yīng)用及優(yōu)勢

危貨港口虛擬電子圍欄安防系統(tǒng)構(gòu)筑了多區(qū)域、立體化、數(shù)字化的智能安防體系，針對人員、車輛、船舶等多類目標(biāo)進(jìn)行探測防御，可以實(shí)現(xiàn)對危險(xiǎn)貨物港口重點(diǎn)限制區(qū)域的有效監(jiān)管。虛擬電子圍欄技術(shù)在危貨港口安防方面的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

3.1 報(bào)警事件響應(yīng)的快速性

一旦系統(tǒng)識別到可疑的入侵行為，在安全威脅發(fā)生之前就能夠快速響應(yīng)，及時(shí)提醒保安人員關(guān)注監(jiān)控畫面，全天候不間斷工作，能有效防止由于人為因素而造成的缺失或延誤。

3.2 監(jiān)控視頻的有效性

改變以往保安人員對所有監(jiān)控視頻進(jìn)行監(jiān)視和分析的模式，通過圖像視覺分析算法對各個(gè)限制區(qū)域的監(jiān)控畫面進(jìn)行不間斷分析，保安人員只需要關(guān)注相關(guān)的提示信息即可，減少無用數(shù)據(jù)量，高效可靠。

3.3 系統(tǒng)參數(shù)的動態(tài)可配置性

根據(jù)危險(xiǎn)貨物港口內(nèi)實(shí)際情況的變化，設(shè)置單個(gè)或多個(gè)任意多邊形限制區(qū)域，動態(tài)地進(jìn)行港口的安全監(jiān)管。

3.4 老舊碼頭改造的便捷性

虛擬電子圍欄安防系統(tǒng)使用現(xiàn)有的前端監(jiān)控視頻畫面，將軟件安裝至計(jì)算機(jī)，只需在重點(diǎn)限制區(qū)域處增設(shè)聲光報(bào)警器，即可實(shí)現(xiàn)入侵報(bào)警功能，對于老舊的危險(xiǎn)貨物港口改造十分便捷。

4 結(jié)語

隨著5G時(shí)代的到來以及智能科技的快速發(fā)展，危險(xiǎn)貨物港口的安防管理需要逐步提升現(xiàn)代安防技術(shù)的應(yīng)用水平。通過應(yīng)用虛擬電子圍欄安防系統(tǒng)，港口企業(yè)可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)以及管理部門和專家的指導(dǎo)畫設(shè)限制區(qū)域，一旦有目標(biāo)入侵這些區(qū)域，系統(tǒng)會進(jìn)行聲光報(bào)警并向保安人員和負(fù)責(zé)人發(fā)送警報(bào)信息，有效地進(jìn)行重點(diǎn)限制區(qū)域的周界控制，推進(jìn)港口安防系統(tǒng)從“人防”向“技防”的轉(zhuǎn)變，提升危險(xiǎn)貨物港口的安防水平。