高端客滚船视频监控系统设计

代左信,杨显义,田定军,刘存晖,杨宏伟,宋磊

(1.招商局金陵船舶(威海)有限公司,山东 威海 264200;2.山东交通学院 船舶与港口工程学院,山东 威海 264200)

高效、简便、经济的优势使得客滚船在最近几年迅速发展。因为“客”的存在,客滚船的安全运营尤为重要。其中的水渗漏、人为破坏是重要的潜在威胁之一。在经济运营上,为了节约人工成本,船舶运营中雇佣船员越来越少,这对船舶操作有了更高的要求。各类法规和船级社也已对该类型风险做了设计要求。提早预警,持续监控和扩展视野降低碰撞几率正是解决上述问题的重要手段之一。通过视频监控对船舶关键部位持续监控,和对操作视野的延伸满足客滚船的安全、经济运营。考虑以3 100 m车道、927客、73船员的高端客滚船为分析对象,阐述视频监控系统设计要点。

1 视频监控系统简介

视频监控系统主要由控制站、摄像机、监视器、控制键盘,以及传输电缆等组成,通过摄像、传输、显示和储存完成监控流程。作为前端的视频图像信号采集的摄像机可分为网络摄像机和模拟摄像机,因网络摄像机清晰度和传输线缆的原因,一般选用网络摄像机并采用PoE供电。通过摄像机的信号采集传输到控制站,由控制站将视频信号分配到监视或者储存设备。同时,操作人员可以通过控制站对云台摄像机进行上下左右操作和对镜头进行调焦变距操作。

该系统主要有数字化、网络化和系统集成化的工作特点,可以实现不同区域和多个系统的连接,打破界限,整合整个网络和设备,完成集监控、报警等多种功能。

2 规范对视频监控系统的要求

视频监控系统和其他系统一样,在设计时必须遵循相应的规范、规则以及相关的设备安装要求和推荐。高端客滚船的设计,主要参照ISPS、SOLAS法规要求以及参考DNVGL船级社规范[1-2]。

2.1 ISPS对限制区域和甲板的监控设计要求

ISPS即《国际船舶和港口设施保安规则》中A部分规定的强制性要求中对处于保安等级1时的监控防范措施为:监控限制区域,确保只有经过授权的人才能进入和监控甲板区域和船舶周围区域。

2.2 SOLAS法规对视频监控的设计要求

关于水渗透的设计要求,SOLAS规范中第17-1条客滚船船体和上层建筑的完整性、破损的预防和控制中第3节提出应设置电视监视和水渗漏探测系统,将可能通过内、外首门、尾门或任何其他舷门导致特种处所或滚装处所进水的任何渗漏情况提供给驾驶室及发动机控制站。同时要求将以上任何渗漏情况提供给驾驶室及发动机控制站。第23条对客滚船的特殊要求中要求采取电视监控之类的有效措施在航行途中不断地巡视或监控特种处所与滚装处所,以便探知在恶劣天气条件下任何车辆的移动和未经允许而进入这些处所的乘客。

2.3 DNVGL船级社NAUT-AW入级符号对视频监控设计的要求

当前高端客滚船的桥楼一般为封闭式设计。封闭式桥楼设计对船舶舷侧和尾部的视野范围不佳,为满足一人桥楼NAUT-AW入级符号的要求,驾驶室内用于导航和操纵的工作站应满足在相距不超过15 m的2点内取得水平视野不低于360°的要求。为此,舷侧和尾部的监控需要进行视野延伸。

3 目标船的视频监控系统设计

3.1 目标船的基本信息

目标船配置有艉门、艏门和引水员门。具有3层滚装货舱甲板和1层汽车甲板,一、三、五层甲板为封闭区域,五甲板尾部是露天区域,七甲板由汽车甲板和公共处所组成,公共处所含舷梯通道、海上疏散救生系统和登乘区。十甲板包括直升机停机区域的乘客和船员开敞甲板,每层货舱甲板有乘客电梯停靠。驾驶室为封闭式驾驶室,需要满足DNVGL船级社一人桥楼的设计要求。

3.2 目标船的监控和视野需求

根据上述ISPS对限制区域和甲板的设计要求,目标船的七甲板舷梯通道、登乘区和海上疏散救生区域定义为限制区域,航行时需要持续监控,提早预警,以防未授权人士进入该区域。考虑该区域范围大,视距长以及登乘时监控需要,七甲板每舷配置3个摄像机,共计6个,该摄像机为红外带加热、雨刷和自动冲洗功能的不锈钢室外摄像机。对于船舶周围同等视为限制区域,以防未授权人士或未知危险从周围海域或者空中抵达船舶,因此在十甲板首部区域左右舷位置和前后布置摄像机,用于监控左右舷和乘客公共区域,同时在十甲板首部、九甲板中心尾部、八甲板尾部左右舷和七甲板左右舷布置摄像机,根据区域大小和摄像机性能选择合适数量的摄像机。该摄像机应为室外云台红外摄像机,可通过控制器人工进行360°无死角跟踪监控。

目标船四甲板首部配置艏门一套,尾部配置艉门一套。船中位置左右舷各配置舷门一套。根据SOLAS法规对水渗透的视频监控的设计要求,对这些设备和位置应该进行持续监控。考虑到汽车滚装船货舱区载货的特殊性,该处所摄像机应选择无火花型,防护等级大于IP56,表面工作温度不超过55 ℃。因此,艏门和左右舷门各配置一个适用于该处所的固定式摄像机。目标船型宽约28 m,受制于产品的广域度和安装处所限制,可以考虑配置2个或以上的摄像机。目标船的一、三、五甲板有乘客可抵达的通道,在相应的出入口布置摄像机。

对于封闭式驾驶室的视野处理,采用布置摄像机来完成视野的延伸。目标船带有DNVGL船级社的NAUT-AW一人桥楼船级符号,需要考虑满足一人操船的实际需求,因此操作员对视野的需求非常高且能根据需求调整视野画面。而封闭式桥楼的特点就是环境封闭,视野受限,尤其是两翼和船舶尾部视野影响较大。为解决这一问题,结合目标船的设计特点,在驾驶室两翼各配置云台摄像机1台用于扩展船舶两翼的视野。在九甲板尾部中间配置云台摄像机1台,用于尾部视野的传递。驾驶室前部布置云台摄像机1台,用于扩展首部视野。另外,船舶操控除了正常的推进和倒车外,还有侧移需求,因此对于一人操作来讲,操纵模式不同,其工作位是不同的。这就需要提供多个视频监视器,便于工作。目标船在驾驶室正前方和左右翼操作台处各配置监视器1台,船舶前后和左右的视野均可以同时以九宫格形式显示在监视器上,以供操作参考。为了取得最佳的监控效果,对满足不同规范要求的摄像机布置位置往往会出现一个位置2个摄像机的情况,从规范设计和经济的角度来讲,是没有必要的。因此,用于ISPS的摄像机可以兼做一人桥楼的视野扩展。

用于商业运营的船舶,监控设计除了满足基本的法规要求外,还需要考虑日常运营的视频监控,需要考虑不同的工作处所有不同的监控需求。结合目标船的网络摄像机的规范布置要求、船舶特点和网络设计要求,集控室和驾驶室配置1套用于全船监控的工作站,能够通过操作手柄或者键盘控制云台摄像机。在货控室和接待站各配置1套工作站,分别用于查看货舱情况和上建公共区如免税店、走廊等[3-4]。

3.3 目标船的监控系统设计

为满足规范要求和使用需求,目标船分别在驾驶室、集控室、货控室、接待站和免税店安装1组工作站。主要配置有驾驶室工作站,由1台电脑、3台19 in显示器和1个键盘组成。其中1台显示器安装于驾驶室前端中间顶部天花板上,另外2台显示器安装在两翼台的顶部天花板上。电脑配置1个VGA接口,加装显卡1套,扩充1个VGA接口和1个DP转VGA接口,3个接口分别连接1台显示器。键盘可以通过网页的方式切换到任意一台显示器并可以操控该显示器画面。该工作站可以查看全船的摄像机画面。集控室工作站由1台电脑,3台19 in显示器和1个键盘组成。电脑配置1个VGA接口,加装1套显卡,扩充1个VGA接口和1个DP转VGA接口,3个接口分别连接1台显示器。键盘可以通过网页的方式切换到任意1台显示器并可以操控该显示器画面。该工作站可以查看全船的摄像机画面。货控室、接待站和免税店只需要视频监控和查看功能,因此按照需求配置工作站,该工作站由1台电脑、1台19 in监视器和1个键盘组成,通过客户端方式监控和操控摄像机,分别用于货舱区监控画面、旅客区画面和免税店画面的监控和切换。

工作站和各个摄像机经过网络电缆连接网络交换机进行信息采集和信号传输,各个网络交换机通过两组网络线缆连接,设计上实现冗余。同时网络交换机的布置需要考虑TIA标准,使网络电缆长度避免产生大量的数据交换器的使用。目标船含十层甲板,层高30余m,船长200多m,横纵跨度大。因此分别在九甲板、八甲板前、中、后3个主竖区各配置网络交换机1台,在七甲板前后主竖区配置网络交换机各1台,四甲板和二甲板配置交换机1台。总体布置见图1,长方框表示网络交换机。

图1 网络交换机分布示意

完成目标船工作站配置和安装位置及功能设定、网络交换机布局和摄像机布置设计之后进行图纸布置和绘制网络连接图,摄像机与交换机的连接采用就近原则,减少网络线缆的长度保证视频信号传输的连续和稳定。目标船的视频监控系统网络连接见图2。

图2 监控系统网络连接示意

综合上述设计,视频监控系统在高端客滚船上的应用主要体现在持续监控,提供预警并满足客户实际需求。设计首先需要符合和满足船舶法规的基本要求;其次,根据不同船舶型号的个性化需求,设计满足客户需要的商业监控设计需要和功能扩展;再者,还应充分考虑设备的安装环境,选择合适产品。在满足控制、监控和设备选型之后,系统设计才能满足相关要求。

目标船通过实船检验,艏门、尾门和舷门、限制区域、一人桥楼视野扩展完全符合规范要求。对商业监控方面的设计也满足客户需求。

4 结论

目标船利用摄像机采集画面信息、交换机进行数据交换和工作站终端显示完成了全船重要区域监控,其视频监控系统的设计形式已经在高端客滚船上被广泛采用。目标船入级DNVGL船级社并带有NAUT-AW船级符号,摄像机的布置不仅考虑监控浸水情况、防海盗监视还考虑了视野延伸,布置位置上可以与ISPS摄像机共用以节约成本。视频监控系统极大地减少了船员巡逻次数、劳动强度和问题发现不及时的隐患。

随着监控技术的发展和船舶系统的多功能化和可扩展性,船用视频监控系统还可以进行系统拓展,为未来智能化船舶提供技术支持,如视频网路系统安全区域监控警戒、人脸识别、导视等。利用网络和5G技术,视频信号可以通过VSAT等网络系统传输到各大港口和船公司用于岸基监控,提高船舶运行的安全性以及远程可视化操船。