目前在國家沿海邊防監(jiān)測點中部署的傳感器缺乏有效組網(wǎng)，而單傳感器存在探測盲區(qū)，例如目前只有一定噸位以上的船舶才會要求安裝AIS，對一些小船及嫌疑船舶需要雷達進行監(jiān)控，而岸基雷達在對沿岸海面目標的探測存在著盲區(qū)，需要光電傳感器的可視化識別。其次，目前監(jiān)測點缺少集成多傳感器信息的可視化的船舶監(jiān)控態(tài)勢顯示平臺，無法對近岸海情進行集中管控、取證以及統(tǒng)計分析。
本文通過設(shè)計沿海可視化智能管控系統(tǒng)，對部署在邊防監(jiān)測點的光學(xué)紅外復(fù)合傳感器、雷達、AIS、GPS以及北斗等多傳感器進行有效地組網(wǎng)集成，建立可視化智能管控態(tài)勢顯示平臺，設(shè)定海上邏輯監(jiān)控卡口，實現(xiàn)對通過海上卡口的海面目標的實時視頻采集取證、流量統(tǒng)計分析以及海情記錄回放，從而有效阻止海上販毒、走私、偷渡等違法犯罪行為的發(fā)生，維護國家的安全與穩(wěn)定。
1.系統(tǒng)組成
沿海可視化智能管控系統(tǒng)由光電傳感子系統(tǒng)、多傳感器情報處理子系統(tǒng)和智能管控軟件子系統(tǒng)組成，系統(tǒng)組成如圖1所示。
光電傳感設(shè)備通過智能化紅外熱像儀、可見光攝像機對海域目標進行可視化監(jiān)視、跟蹤和識別，提供實時監(jiān)控圖像。尤其采用紅外熱像儀可以在黑暗和復(fù)雜天氣條件下，透過塵、霧和煙等障礙影響，對海岸邊境目標進行可視化監(jiān)視、跟蹤和識別，進一步提高發(fā)現(xiàn)概率和識別能力。
多傳感器處理設(shè)備通過接入監(jiān)測點的多傳感器（雷達、光電、AIS、GPS、北斗），全天候不間斷對所轄海域的目標進行監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)海面異常目標。
智能管控軟件實現(xiàn)多傳感器情報的匯集分發(fā)與融合，提供基于海圖態(tài)勢顯示的良好工作界面對情報進行顯示，完成對各類傳感器的指揮控制和協(xié)同探測，同時實現(xiàn)業(yè)務(wù)統(tǒng)計分析。
沿海可視化智能管控系統(tǒng)通過監(jiān)測點內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)及指揮專網(wǎng)，實現(xiàn)各個子系統(tǒng)之間以及子系統(tǒng)與外部系統(tǒng)之間的信息互聯(lián)互通，系統(tǒng)上報目標綜合信息到支隊與總隊指揮中心，具體應(yīng)用關(guān)系如圖2所示。
2.軟件總體設(shè)計
沿海可視化智能管控軟件實現(xiàn)多傳感器數(shù)據(jù)匯集分發(fā)與處理、綜合態(tài)勢顯示、協(xié)同探測、卡口智能監(jiān)控、數(shù)據(jù)記錄與回放以及數(shù)據(jù)管理功能。從系統(tǒng)性能效率（特別是大容量船舶目標的更新顯示效率）和系統(tǒng)可拓展性出發(fā)，軟件采用客戶端/服務(wù)器模式構(gòu)建。如圖3所示，軟件體系架構(gòu)分為三層：數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、應(yīng)用層。
數(shù)據(jù)層接入各類傳感器數(shù)據(jù)，為系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資源支撐，數(shù)據(jù)層數(shù)據(jù)可分為三類。第一類為各類監(jiān)控數(shù)據(jù)（雷達數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)、AIS數(shù)據(jù)以及GPS/北斗數(shù)據(jù)），第二類為地理數(shù)據(jù)（海圖數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)以及部署信息等），第三類為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（傳感器信息、組織信息、人員信息、告警信息、網(wǎng)格信息等）。
• 服務(wù)層對應(yīng)用層提供運行支撐服務(wù)，由運行在后臺為應(yīng)用層提供業(yè)務(wù)支撐的軟件構(gòu)成，包括數(shù)據(jù)匯集與分發(fā)、多傳感器數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)庫、地理信息服務(wù)、文電服務(wù)等。
• 應(yīng)用層提供了系統(tǒng)運行的實體，主要包括綜合態(tài)勢顯示、協(xié)同探測、卡口智能監(jiān)控、網(wǎng)格化管理及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等。
系統(tǒng)軟件的工作流程如圖4所示。
系統(tǒng)軟件工作流主要包括多傳感器信息處理流程和智能管控流程。
2.1 多傳感器信息處理流程
光電傳感器上傳視頻信息，進行圖像識別與顯示。雷達、AIS、GPS/北斗等單傳感器的數(shù)據(jù)匯集到多傳感器數(shù)據(jù)軟件進行異類傳感器數(shù)據(jù)融合，形成綜合海情。綜合態(tài)勢處理軟件對單傳感器和綜合海情進行顯示。數(shù)據(jù)記錄與回放軟件對單傳感器和綜合海情進行記錄與回放，以便于事后的調(diào)閱分析和取證。
2.2 智能管控流程
• 卡口智能監(jiān)控向光電傳感器發(fā)送控制命令和取證命令，實現(xiàn)對光電傳感器的控制和目標跟蹤取證，同時實現(xiàn)對通過海上卡口的目標的流量統(tǒng)計分析。
• 協(xié)同探測以綜合海情為依托，實現(xiàn)異類傳感器的聯(lián)動跟蹤與自動接力探測。
• 網(wǎng)格化管理實現(xiàn)網(wǎng)格化海上邏輯管轄區(qū)，并結(jié)合綜合海情對網(wǎng)格轄區(qū)內(nèi)的船舶進行監(jiān)控管理。
3.系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)
沿海可視化智能管控系統(tǒng)主要包括如下關(guān)鍵技術(shù)。
3.1 多傳感器數(shù)據(jù)接入、處理與顯示
數(shù)據(jù)匯集分發(fā)軟件接收來自雷達、AIS、GPS以及北斗的目標信息，經(jīng)過格式轉(zhuǎn)換后發(fā)送給多傳感器數(shù)據(jù)處理軟件。多傳感器數(shù)據(jù)處理軟件進行數(shù)據(jù)預(yù)處理、系統(tǒng)誤差修正以及數(shù)據(jù)融合匹配，形成統(tǒng)一綜合海情，由綜合態(tài)勢處理軟件進行可視化處理，生成海面統(tǒng)一態(tài)勢圖。流程如圖5所示。
其中多傳感器數(shù)據(jù)處理旨在消除異類傳感器信息之間存在的冗余和矛盾，利用信息互補，提高系統(tǒng)可靠性和分辨力，擴展空間觀測范圍，增強數(shù)據(jù)的可信任度。
本系統(tǒng)的多傳感器數(shù)據(jù)處理主要采用“基準航跡關(guān)聯(lián)法”，即從某一目標的所有傳感器航跡中選擇一條作為基準航跡，以目標的第一條信息和航跡作為基準航跡，后續(xù)的信息中航跡與基準航跡進行關(guān)聯(lián)判斷。在跟蹤機動目標方面，對目標進行估計的同時，對濾波增益進行修正，剔除假航跡，將單傳感器航跡與系統(tǒng)航跡相關(guān)融合。
3.2 協(xié)同探測
沿海可視化智能管控系統(tǒng)集成的多種傳感器的應(yīng)用環(huán)境、作用距離、目標識別能力均不同，為實現(xiàn)系統(tǒng)對目標的遠程預(yù)警、中程跟蹤與近程分類與識別能力，需要多種傳感器對目標進行協(xié)同探測。
本系統(tǒng)的協(xié)同探測主要實現(xiàn)異類傳感器的自動接力探測。首先由雷達對遠距離目標進行搜索，一旦發(fā)現(xiàn)目標，把目標方位信息提供給光電傳感器，當目標進入光電傳感器探測區(qū)域后，由紅外熱像儀/可見光攝像頭對目標進行識別、跟蹤和告警。流程如圖6所示。
雷達對遠距離目標進行搜索，當監(jiān)控目標進入警戒區(qū)域時，綜合態(tài)勢處理軟件依據(jù)告警條件對目標進行實時告警，定位告警目標及目標方位，目標閃爍，同時顯示告警目標信息列表。通過自動或人工方式鎖定指定目標，系統(tǒng)自動提取該目標位置信息并觸發(fā)紅外熱像儀/可見光攝像頭的伺服云臺轉(zhuǎn)向，鎖定目標方位，獲取監(jiān)控目標的圖像并開窗顯示視頻，方便用戶進行進一步的細節(jié)分析、識別和判斷目標。接著光電傳感器進入隨動模式，紅外熱像儀/可見光攝像頭的伺服云臺隨著目標的移動進行實時轉(zhuǎn)向跟蹤。功能運行界面如圖7所示。
3.3 卡口智能監(jiān)控
對單位時間內(nèi)通過海上卡口或劃定特殊區(qū)域范圍的船舶數(shù)量進行統(tǒng)計，并按照不同屬性特征，如上行船舶、下行船舶、合作船舶、非合作船舶等屬性實施統(tǒng)計分析，篩選船舶異常行為信息。流量分析統(tǒng)計結(jié)果以報表、餅圖、柱狀圖等多種表現(xiàn)形式展現(xiàn)，輔助用戶決策。
卡口智能監(jiān)控同時可對光電傳感器進行遠程控制以及對重點監(jiān)控目標的實時取證，以便事后調(diào)閱及分析。功能運行界面如圖8所示。
3.4 網(wǎng)格化管理
系統(tǒng)以一定的單位面積為基本單位，將轄區(qū)劃分成若干個網(wǎng)格狀單元，由監(jiān)督員對所分管的網(wǎng)格責任區(qū)實施全時段監(jiān)控，明確各級地域責任人為所在轄區(qū)管理責任人，從而對管理空間實現(xiàn)分層、分級、全轄區(qū)管理，同時對網(wǎng)格交界和邊緣地段實現(xiàn)互相交托和簽收回執(zhí)功能，防止出現(xiàn)“真空地段”。
在對網(wǎng)格的監(jiān)控上可用不同顏色區(qū)分不同網(wǎng)格的監(jiān)控等級，如紅色代表網(wǎng)格內(nèi)發(fā)生告警事件，需要緊急處理，綠色代表網(wǎng)格內(nèi)無案件發(fā)生。
結(jié) 語
沿海可視化智能管控系統(tǒng)中采用的紅外探測、多傳感器數(shù)據(jù)融合和協(xié)同探測技術(shù)，使得系統(tǒng)從雷達發(fā)現(xiàn)重點嫌疑目標到態(tài)勢海圖定位，再到可見光紅外協(xié)同聯(lián)動跟蹤取證，操作簡單而響應(yīng)迅速，實戰(zhàn)性強，另外卡口流量監(jiān)控和網(wǎng)格化管理等功能也十分貼近部隊的管控應(yīng)用。
系統(tǒng)已在某邊防總隊、支隊和監(jiān)測點運行一年時間，服務(wù)于邊防部隊的海上緝毒緝私、賽事安保和日常執(zhí)法執(zhí)勤工作，有效減輕用警密度，降低巡邏強度，避免因觀測條件有限導(dǎo)致漏管失控，確保海域控制區(qū)全天候、全方位、全時段立體警戒管控，有力推動了執(zhí)勤警力內(nèi)涵式增長和行政費用實質(zhì)性降低。
