船舶视频全景孪生建设方案

　　一、项目背景

　　港作拖轮作为港口配套设施的一部分，即为港口基础设施的组成部分，是与码头主体工程同步配套建设，以满足码头建成投入运行需要。

　　同时船舶进出港口或移泊大都用拖轮协助，有的港口因航道狭窄，船舶不能动车，全部需要靠拖轮。

　　拖轮的尺寸小，但功率大、强度高、稳性好、操作灵活，多用于协助他船进行港内操纵。大功率拖轮还可以用于海上拖带。

　　有的港作拖轮兼有消防设施，主要用于扑救港内船舶火灾。船上设有消防炮，用于喷射泡沫或高压水柱，并设有液压升降台，用于扑救高处火灾。

　　港作拖轮作业类型有：助泊作业、拖带作业、抢险救助作业、消防监护作业等。

　　⒈助泊作业

　　指拖轮协助大轮进行离、靠码头、系解浮筒的一种专业性工作。

　　⒉拖带作业

　　指由拖轮拖运非自航船(物)或协助机动船靠离、掉头、护航、抢救等的一种专业性工作。拖带作业有以下几种方法：

　　⑴拖头

　　指用拖缆将被拖船的船首与拖船连结在一起的拖带方法。

　　⑵拖腰

　　指用拖缆将被拖船的船中附近的部位与拖轮连结在一起的拖带方法。

　　⑶拖尾

　　指用拖缆将被拖船尾部与拖轮连结在一起的拖带方法。

　　⑷顶尾拖头

　　指先用拖轮船首顶推被拖船的船尾至适当角度后再拖头的一种拖带方法。

　　⑸顶推

　　指拖轮用船首顶推被拖船的拖带方法。

　　⑹傍拖

　　指拖轮用首缆、肩缆、尾缆、横缆和被拖船连成一体的拖带方法。

　　⑺吊拖

　　指被拖船通过拖缆套挂在拖轮钩上或直接连接在拖轮绞缆机上的一种拖带方法。

　　⒊抢险救助作业

　　指对港内因失控、搁浅、操纵能力受限而丧失自航能力的船舶实施救助及拖带的作业。

　　⒋消防监护作业

　　指对港内发生火灾及运输危险品的船舶实施消防和监护的作业。

　　因此，我们看到其实拖船在应用途径上十分广泛，而且港口情况由于受到水流潮汐、风力风向等等因素的影响，使得海上作业难度非常大，同时拖船是需要主动用船体靠近被拖大船的，所以对船体和大船之间的距离控制要求十分高，在过去都是船长根据所处海域气象、海况、水深及周围船舶通航密度情况指挥作业，这种方式对于指挥人员的经验、专注度、精力甚至身体条件要求都十分高，所以需要采用借用先进的技术手段对现场的作业环境进行全面监测，辅助作业指挥人员完成作业操作。

　　二、船体视频监控需求分析

　　我们从拖船的作业类型和作业要求来看，拖船船体的各个方位都有可能去主动靠近大船船体，同时靠近船体的距离会逐渐缩小，这样在视频监控上就会存在如下需求：

　　1、距离上是一个由远而近的过程，那么在视觉感观上就是正面船体局部会逐步放大，甚至充满整个人眼的视角，导致单纯采用人眼无法有效判断真实距离，这就需要能有周围环境的物体在视线中进行参考;

　　2、由于作业类型的不同，会有不同作业操作，拖船会采用不同的船体部分去靠近大船，因此在进行视频监控辅助作业时应充分考虑到船体的各个部分，并充分了解作业类型对于作业安全距离的定义;

　　3、由于拖船与大船之间的距离是逐步靠近的，相互之间的安全距离会越来越小，这样就对于视频监控成像延时会有一定要求，避免视频监控成像和实际情况时间误差过大导致延误操作时机;

　　4、由于摄像机的物理因素给图像带来很多畸变，而往往一些畸变会导致人的视觉出现重大误判，所以在摄像机选择上要选择视觉畸变校正效果优良，摄像机成像画面无变形，减少摄像机成像物理畸变的误差。

　　5、由于拖船日常还承担了日常消防监护作业工作，那么对于港口内船舶的情况要能尽量做到一图呈现，可以帮助监控人员快速发现港口内的险情。

　　三、全景视频监控解决方案

　　摄像机拖船布置俯视图

　　为提升拖船的日常工作效率和作业安全性，我们建议在拖船的四周安装六台180°全景摄像机，对着六个不同的方位进行日常监控，同时在拖船正中间竖立监控杆安装一台360°全景摄像机，对拖船四周情况进行全景360°实时监控。

　　其中拖船的船形：长 25米~35米

　　宽  8米~12米

　　对于进行四周全景监控的360°全景摄像机来说要能保证四周环境一图呈现，避免摄像机监控画面分散，导致监控人员在多个画面中匹配场景环境，可以快速发现环境的变化和定位问题。

　　而拖船船体和大船进行作业时，有时会直接船体接触，所以拖船船体四周安装的摄像机尽量选择合适焦距的镜头，同时由于靠近大船后视角可能会出现大船局部占满的情况，所以选择视角到180°的全景摄像机，以满足船体靠近时能观察到一些细微的变化，方便控制拖船航行速度。

　　1、全景监控摄像机选择：

　　在全景监控摄像机上，我们建议选择采用专业拼接算法芯片的全景摄像机，这种全景摄像机的成像延时短、拼接接缝完美融合、拼接成像无变形，呈现图像完美适合人眼视觉感官，同时物体移动时，不会出现各个拼接镜头之间画面出现不连续和目标跳动的情况，避免出现关键观察目标在画面中突然异动的情况。

　　摄像机镜头选择：

　　(1)360°全景摄像机的功能是总观全面场景，所以在镜头选择上我们建议选择垂直视场角大的镜头进行全景拼接显示，同时还需要兼顾到可视距离和拼接成像有效距离，在镜头选择上我们采用5个3.6mm 1/2.7”的镜头拼接成360°全景视频图像呈现给监控人员;

　　(2)安装在船体四周的全景摄像机，用于观察船体靠近的情况，对水平视角我们采用镜头拼接到180°，垂直视角尽量采用成像角度大的镜头，同时还要能近距离观察到细微的变化所以要采用拼接成像有效距离近，同时最佳观察距离在10米范围，所以我们还是采用3个3.6mm 1/27”的镜头

　　(3)镜头参数说明：

　　(4)3.6mm单镜头拍摄大致范围的尺寸如下表：

　　全景摄像机产品说明

　　1、独有芯片内拼技术

　　此次方案中我们采用的是多路视觉芯片内拼摄像机，此摄像机采用了国内独家多路视觉专用拼接SOC芯片，集多通道ISP、多镜头拼接、融合和深度检测、流编码功能于一身的ASIC芯片技术。

　　多传感器同步并行输入模块、多通道ISP模块、多图像畸变校正与投影变换模块、运动矢量计算模块、全景拼接模块、多形态图像融合模块、多图组合模块，以及其他辅助模块，如OSD、VO和I/F模块等，保障多路视觉信号快速拼接成像输出，拼接成像效率高、图像输出延时低，确保视觉感观和人眼感观延时达毫秒级;

　　多图像算法：多通道同步采集、多路ISP、映射变换、拼接、融合、深度检测、麦克风阵列等算法，多种算法同步处理，确保成像效果卓越，图像拼缝不失真、图像无明显畸变，确保图像数据高效利用率;

　　多镜头多传感器模组PCB、多镜头多传感器多麦克风模组PCB，同时采用多镜头光学标定工具进行镜头标定，可以在同一模组下实现多种不同规格镜头拼接，最大程度保证成品标准化效率;

　　芯片内拼技术实现了多路视觉传感器采集图像一次拼接成像并合并成一路视频传输，极大的减少传输带宽和存储容量，在目前大数据云存储的市场趋势下减少运维成本的优势明显;

　　由于芯片集成了多通道ISP模块，所以在电路集成上更加简单，也减少了CPU、GPU这些芯片的使用，在功耗上十分低，可以低至5V电压启动运行。

　　2、产品参数介绍

　　适用于道路、仓库、地下停车场、酒吧、园区等所需视角较大或无死角监控，要求高清画质的场所。

　　全彩级高灵敏度传感器，超大光圈镜头，提供更清晰的视频流输入 。

　　分辨率可达1080p@30fps在该分辨率下可输出180°以上超宽水平视场角或360°全景实时视频图像，最多支持五路图像传感器并行输出，并且支持无损拼接/融合。

　　支持Micro SD/Micro SDHC/Micro SDXC卡(最大256 GB)断网本地存储及断网续传，SD卡状态检测，TF卡格式：exFAT。

　　支持背光补偿，强光抑制，数字降噪，适应不同监控环境。

　　支持红补光.

　　规格参数

　　成像效果展示

180°成像效果

360°成像效果