一、概述

二、Zigbee技术的规模应用

三、激光传感器的应用

四、视频图像的智能识别

五、结束语

一、概述

物联网技术的重要基础和核心是互联网，它通过各种有线和无线网络与互联网融合，将物体的信息实时、准确地传递出去。它具有网络化、智能化和感知控制物理实体的特点。因此，已被很好地应用于陆上交通的诸多领域。目前，陆上智能交通系统的应用主要在以下几个方面：交通信息服务系统、交通管理系统、公共交通系统、车辆控制系统、出租车安防、运载工具操作辅助系统、交通基础设施技术状况感知系统、货运管理系统、电子收费系统和紧急救援系统等。

本文将重点介绍物联网技术在水上交通领域——航政管理方面的应用。文章以“苏南运河无锡段感知航道信息化”项目为支撑，该项目由江苏省交通运输厅航道管理局、无锡航道处、思创数码科技股份有限公司共同合作，旨在对苏南运河无锡段，运用物联网技术对航道交通设施管理、船舶交通量观测统计、航道的船舶密度、水位等状况获取实时信息，形成了一个完整的“感知航道”信息化系统。

二、Zigbee技术的规模应用

ZigBee技术是一组基于IEEE 802．15．4无线标准研制开发的有关组网、安全和应用软件方面的通信技术，它具有短距离、复杂度低、功耗低、数据速率低、成本低的特点。以其经济、可靠、高效等优点在物联网技术中有着广泛的应用。

应用于苏南运河无锡段39.276公里的Zigbee无线传感系统，包括网络节点及后台管理系统，对苏南运河无锡段实现了无线传感网的全覆盖。系统中的无线传感器网络包括sink节点、中继节点、标志标牌状态感知节点、水位节点、可变情报板控制节点、移动监测节点等。

系统在苏南运河无锡段航道沿岸每隔约2公里左右，设立一个监控铁塔，并以此监控铁塔作为基干点，建立一个覆盖苏南运河无锡段的有线光纤基干网络。以每个基干点为中心，组成一个由Zigbee技术构成的自组织、低功耗的无线自组织网络。形成了覆盖整个运河航道临岸区域的无线传感网。所有部署在航道两岸的各种传感设备，将采集到的数据，通过无线传感网络以无线方式传输到最近的监控铁塔，经有线光纤基干网络传回指挥中心。实现了运河近域的无线传感网覆盖和传感器热插拔；实现了对航道两岸的标志标牌的倾倒、移动及被盗等情况的实时响应和视频现联动；实现了对航道水位的实时检测及回传。同时，航道的实时状况信息也通过无线传感网络，发布于可变情报板上。

三、激光传感器的应用

船舶交通量是指单位时间内通过水域所有船舶的数目、方向、船只类型、船速、总吨位和实载货量，是表征某水域水上交通状况最基本的量。它的大小直接反映了水域中船舶交通的规模和繁忙程度，并在一定程度上反映了该水域船舶交通的拥挤和危险程度。如何自动获取船舶交通量数据是水上交通的重点研究课题之一。

为了实现对船舶交通量的检测，须借助各种不同的信息采集设备和检测手段。目前，国内检测船舶交通量数据的获取主要有以下几种方式：雷达成像系统、视频监控系统、红外成像系统、AIS系统以及人工统计。上述检测手段虽然在一定程度上实现了对船舶交通量的监测功能，但无论是在准确性还是在精度方面，都存在着一定的不足之处。因此，一套自动、实时、全天候、精确地检测船舶交通量的监测系统，是目前整个内河航道系统的普遍需求。

激光传感器是利用激光对目标的距离进行准确测定的仪器。激光传感器在工作时向目标射出激光，由光电元件接收目标反射的激光束，计时器测定激光束从发射到接收的时间，计算出激光器到目标的距离，再通过坐标系转换等处理，实现对船舶数据的实时获取。

与传统的测量手段相比，激光传感器具有速度快、实时性强、成本低、获取数据精度高、可全天候工作等优点。激光传感器采集到的是深度图像，与传统的视觉图像相比，具有以下优势:

1. 不受光照射条件影响，对光线没有要求。

2. 受场景中介质的种类、纹理影响小。对于介质灰度较统一、纹理基本一致的环境仍有很好的采集效果。

3. 直接反馈目标的三维空间信息，便于建立位置对应关系。

全天候的激光传感船舶交通量观测系统由数据采集子系统、数据处理子系统和辅助子系统三个部分组成。

1. 数据采集子系统

数据采集子系统中的激光传感器的工作原理不同于传统的点测激光传感器，它通过自身激光头的旋转，对物体进行短时间的线扫描，从而实现对被测物截面的二维扫描。

2. 数据处理子系统

系统中激光传感器和计算机之间数据的传递是双向的，计算机接收激光传感器的测量数据，激光传感器接收计算机设置好的传感器的配置数据，二者的数据均通过串口进行传送。

激光传感器回传的测量数据，在服务器端经过三维空间数据还原、数据融合、数字成像、多元回归模型和多簇群图形分析等模块的处理后得出船舶的交通量数据。

3. 辅助子系统

1）电源：传感器的工作电压为24V，稳压电源可为系统提供稳定、持续的电源。

2）设备安装支架：将激光传感器设备固定在桥梁一侧的固定支架悬挂系统，激光传感器被安放在固定支架上。

3）信号传输线路：用于激光传感器和计算机之间的信号传输。

在二维激光传感器获取船舶外型空间数据的基础上，通过多元传感的数据融合、数字成像、多元回归及多簇群图形分析等，在应用图形学、应用数学的原理上，建立一个具有实用价值的船舶交通量智能分析和推演模型，从而实现对交通量的检测。

全天候激光传感船舶交通量观测系统的应用，改变了目前以人工抽样为主的交通量推算方式，对多点全天候的船舶交通量进行自动统计。为内河航道交通提供了准确的船舶交通量数据，在系统分析计算模块的支持下，实现对内河航道船舶流量的有效监控和计量。借助该系统所采集的全天候交通流量数据，为内河航道的整体分析和规划提供科学依据。

四、视频图像的智能识别

在物联网的世界里，所有感知设备相连，形成了一个多触角的感知网。感知设备不但需要能感觉，更进一步的是要能辨别和智能分析，把物联网从普通的传感和传输上升到智能化的层面，并将智能分析后得到的信息传输给后端的指挥调度中心以供决策。

苏南运河无锡段通过设置视频监控点，不仅对整个航道实现了全覆盖的视频监控，更重要的是，通过对获得的视频图像采用了智能识别和分析技术，实现了对航道在航船舶的密度、船舶违章停靠、航道沿岸的非法建设和在建设施等方面的实时监管。

1. 感知航道船舶密度

系统通过对视频图像的智能识别，经过计算机的统计和推演，获得船舶密度的渐近演变， 可自动分析每一航段的船舶动态密度。在船舶密度增大到一定量的时候，启动应急预警管理系统，发出航道拥堵预警信号并及时采取防止航道堵塞的干预监管措施。在航道发生突发事故时，通过船舶交通导流告示板及时提醒和告知船主。

2. 非法建设的监管

对于航政管理部门来说，临跨过河建筑物的监管是一项极其重要的工作。及时发现非法建设行为，可以制止违章建设对航道的稳定及通航条件造成的不利影响。

利用图像对比技术对航道设施进行监控与预警，采用新旧图像对比法，对违法行为进行识别与预警。系统通过对警戒区域内基准图像的设定，用采集的图像与基准图像进行对比。如果采集的图像与基准图像不一致，则系统判定为警情。

3. 在建设施的监管

对经航政部门审批同意的临跨过河设施的建设，系统将定期存档监管视频。在设施建设开工之前，系统启动定期监管程序，选择距离建设设施最近的监控视频近焦拍摄，根据预约设定，定期对设施的建设情况进行拍摄并自动存档。

4. 船舶违章停靠的监管

采用非法建设监管方式类似的方法，通过静态图像对比技术可实现对违章停靠、违章实施装卸作业的船只进行监管，避免非法装卸对驳岸的侵占，影响航道通行安全。此监控与非法建设监控的差别在于监控频率的不同。对于非法建设，每隔半天或每天自动识别一次。而对于非法装卸的监控，则至少需要每小时自动识别一次。

在禁止抛锚区域，对违章停靠船舶的监管是利用运动目标识别技术进行自动识别和报警。采取的方式是：划定警戒区域。在警戒区域中，任何船舶的行进速度趋向静止，则系统认为是船舶违章停靠。

运动目标识别技术也被用于对损毁驳岸违章停靠船舶的监管。违章停靠船舶对驳岸损毁的识别，是沿航道设定警戒线，当船舶靠近警戒线达到一定距离时，系统认为船舶可能会对驳岸造成损毁。

当系统发现有上述情况发生时，会自动调用最近的监控摄像头进行特写拍摄，供管理人员进行确认和远程拍摄取证。

五、结束语

物联网技术虽然已经在国内交通领域实现了诸多的应用，但依然是一个新生事物，必须结合行业的特点开发出不同的应用或服务产品。由于物联网本身的技术特性，决定了它可以很好地融入智能交通领域。随着物联网技术的深入发展和水上智能交通的建设投入，物联网在水上交通领域必将会呈现出种类繁多的行业应用，水上交通智能化的程度也将会迎来一个质的飞跃。