船舶视频监控系统介绍
侯健博+周玉才
摘要：船舶视频监控系统对于船舶的防碰撞、防污染、防海盗以及管理监控等方面起到了非常重要的作用，对于运输危险品油轮的作用更为重要。本文在对现有船舶视频监控系统进行分析的基础上，对船舶视频监控系统在油轮上的应用提出了设想和建议。
关键词：油轮 视频监控 防碰撞 防污染 防海盗 管理监控
0 引言
视频监控系统对于船舶防碰撞[1]、防污染、防海盗以及管理监控等方面起到了非常重要的作用，如将船舶配备的卫星通信设备与视频监控系统连接，还能做到岸端实时监控船舶的状况，这对于海事管理信息化也有着重大意义[2]。国外NGSCO等航运巨头近年来已经开始应用Kongsberg marine等厂商的视频监控设备。中国海运、中国远洋集团作为国内两大航运巨头，近两年已在推广船舶视频监控系统的应用，作为安全管理方面的重点之一。
1 视频监控系统在油轮船舶的实施方案
船舶视频监控系统一般由8个摄像头采集视频数据，经由主机处理后共享于船舶局域网监控，并将数据刻录在硬盘中保存，也通过卫星传送实现对船只的远程监控和管理。
1.1系统摄像头的布置方案
下表为系统摄像头位置以及主要作用，其中需注意的是新造船舶可以将1号摄像头布置于船头以获得更好的效果，航行船舶改造则考虑到电缆布置的问题只能将1号摄像头置于罗经甲板。
表1 船舶视频监控系统摄像头的布置方案
摄像头 位置 作用
1号摄像头 罗经甲板 主要拍摄船舶正前方，包括船头及大部分主甲板
2号摄像头、
3号摄像头 驾驶室 分别位于驾驶室左右两翼，主要拍摄驾控台以及海图室
4号摄像头 C甲板 主要拍摄船尾
5号摄像头、
6号摄像头 驾驶甲板 分别位于驾驶甲板两翼，主要拍摄船左右两舷
7号摄像头 机舱室 主要拍摄船舶主机、辅机
8号摄像头 集控室 主要拍摄集控台
根据油轮船舶的特殊需求，甲板摄像头应为防爆型摄像头，符合国家标准GB3836.1-2010对于爆炸性气体环境用电气设备通用要求，以及国家标准GB3836.2-2010对于爆炸性气体环境用电气设备隔爆型要求。同时所用电缆应为阻燃型，满足国家标准GB50058爆炸和火灾危害环境店里装置设计规范要求。
1.2 系统主机性能介绍
系统主机主要进行数据处理，数据刻录以及连接船舶局域网的工作。主机需满足国家标准GB 20815-2006对于视频安防监控数字录像设备的要求，刻录机应满足国家标准GB50348-2004对于安全技术规范的要求，同时满足以下几点基本要求：
（1）较大的硬盘容量。一般推荐为4TB，按照正常视频格式推算的录制时间计算公式：D（录制天数）=硬盘容量/通道数量/每小时所有通道的数据大小/每天的录制时间=30 天；
（2）较强的数据压缩处理能力。支持PAL/NTSC 制式视频信号输入，采用H.264 视频压缩技术；
（3）多种录像的回放与预览功能。需支持快放、慢放、单帧等回放模式，按录像类型、按时间进行检索；
（4）对于外接设备较强的兼容性。因船舶设备需长时间开启，出现故障的可能性较普通设备高，所以主机应能支持U 盘、USB 硬盘、USB 刻录机、SATA 刻录机、SATA 硬盘备份。
1.3 系统总体设计方案
系统的总体设计方案如图1所示，根据需要可以添加或减少摄像头的数量以及LCD显示器的数量，以满足不同需求。
1.4 系统的远程实时监控和管理
目前，远洋船舶均配备了INM-F、FBB、OPENPORT、VSAT等卫星通讯设备，根据不同卫星通讯设备的性能及特点，综合考虑传输速度、传输质量、信号覆盖情况及费用等方面，可以制定出不同的远程视频监控方案。
目前，主流的视频监控的视频格式清晰度由低到高排列为Qcif（176×144）、CIF（352×288）、HALF D1（704×288）、D1（704×576），因考虑到卫星通讯系统的带宽以及费用问题，一般选择低清晰度的视频格式以保证视频的连贯性。下图为主流的卫星通讯设备在不同模式下的数据传输带宽汇总：
图2 主流设备的数据传输带宽汇总
需要特别说明的是，目前F33、F77仍然是按照流量收费，相对单位流量的费用最高，且带宽也无法满足视频传输的要求；FBB系列的设备大部分也为按流量收费的模式，且只有FBB-500以上的设备满足视频传输的带宽要求，所以目前已实现远程视频监控的船舶多为跟VSAT匹配，VSAT不但在带宽上从128Kbps到4Mbps可自行选择（512Kpbs以上满足视频传输的带宽要求），且目前多为数据流量包月的套餐，即可以实现实时监控又免去使用大量费用的顾虑。
通过上述卫星通讯设备与视频监控设备的有机结合，即可实现在岸端实时对船舶情况进行监控。目前，海康威视在监控设备的市场占有率最大，并且他们已经推出电脑和移动终端的客户端软件，也就是说带有3G功能的智能手机安装此客户端软件后，即可在任意地点对船舶的情况进行监控和管理。图3为使用手机通过3G网络实时观看船舶视频监控系统图像的视频截图。
2 对于船舶视频监控系统在提高船舶安全中作用的分析
在目前整个航运业相对比较萧条的情况下，仅仅靠压低运价是无法赢得大客户青睐的。此时，货船的安全管理情况就可以作为营销中的品牌特色，因大多数货主所托运的货物价值都非常高，货物的安全在现阶段所受到的重视远大于运价等因素。而船舶视频监控系统正是近年来才开始实施的与安全相关的项目，这个项目的实施对于船舶在防碰撞、防污染、防海盗以及管理监控方面有着重大的意义。
2.1 船舶视频监控系统对于防碰撞的意义
随着我国乃至世界航运业的迅速发展，船舶数量以及航线的密集度大幅度增长，同时也带来了水上交通事故数量的增加，不但对船舶生命力（船舶及船员）造成了巨大的伤害，有些甚至发生人亡、船沉的惨剧。拒统计，在全世界发生的海难事故中，碰撞事故占比超过40%，每年高达1 000余次[3]，这使得防碰撞成为了船舶管理中的重中之重。
2.1.1 船舶视频监控系统在船舶靠离码头时的作用
船舶在靠离码头时，若船长或驾驶员不能对船舶周围情况进行全面的了解则非常容易引起事故[4]。例如，2012年01月28日，某轮由莱州至渤中28-1终端装油， 拖轮送终端人员和引航员从该轮左弦下风处上船，由于拖轮送完终端人员后没有及时离开该轮，该船长和引航员也疏于对拖轮的瞭望，拖轮在离开该轮的操作过程中右舷三层甲板拐角撞击该轮，造成其左舷深燃油舱局部破损，部分燃油从破损处泄漏入海。造成此次碰撞事故的原因除了拖轮与货轮间沟通不畅外，最主要的因素就是船长和引航员疏于瞭望，没有对货轮与拖轮间的情况足够了解即开始靠泊作业，造成事故。
如果安装了船舶视频监控系统，则可以实现对船头、船尾、左右两舷水域的实时监控，在靠离泊位时，船长以及相关人员能够从系统提供的显示器上实时了解船舶与泊位、船舶与拖轮之间的情况，由多角度对船舶周围情况进行分析，大大降低了造成此类碰撞事故的概率。
2.1.2 船舶视频监控系统在航行中的作用
碰撞事故多发的区域多为三种：1.在远离海岸的洋面上，船只稀少，船舶都以高速航行，驾驶人员思想容易麻痹大意，如果对碰撞危险估计不足，容易造成紧迫危险，发生碰撞；2.沿海及近岸航行，尤其是在渔区，江河出海口或港口附近交通密度高的区域，会遇的船舶类型多，大小不一，易于发生碰撞；3.在狭水道中航行时，由于船速的差异，在追越过程中，长时间的并行，如操纵不当会引发船吸现象、碰撞事故[5]。
通过对船舶碰撞原因的分析可以发现，在航行中发生碰撞事故的首要原因是驾驶员疏于瞭望，或者是船舶本身构造引起的雷达或瞭望盲区而引发的[6]。船舶视频监控系统可以使驾驶员对船舶实现全方位的瞭望，从根本上消除了由于雷达或瞭望盲区可能导致的安全隐患。
目前，IMO（国际海事组织）对于货船雷达盲区的要求为不大于船舶自身长度的2倍，或者小于500米，两者中需满足距离更小的要求。根据相关研究文献，多数船舶即使满足IMO对货船雷达盲区的要求，航行时仍然受到雷达盲区的影响。船舶在狭水道航行时，或者航行到航线转向点时，由于雷达盲区的存在，即使使用带有ARPA功能的雷达来观测目标，回波测绘仍需约2分钟。如目标船舶体积较小造成的回波较弱也会引起雷达丢失目标。同样，如果错误选择外部环境干涉选项，同样会引起丢失目标或假回波反射。这些现象都将对船舶安全操作带来巨大隐患。而位于罗经甲板（或船艏）和船尾的两个摄像头则能提供对盲区有效的、实时的观测，对于驾驶员采取正确的措施意义重大。
2.2船舶视频监控系统在防污染中的作用
油污染为近年来国际海事部门的重点关注项目，发生油污染事故将会引起严重后果，船公司不但要承担巨额的货物赔偿和船只损失费用，还要为海洋生态的恢复付出高昂的代价。例如1999年，在法国海域发生的“爱丽卡”溢油事故，据估计，损失大约为1.68亿英镑。1995年在广州港发生的“檀家”号溢油事故给国家利益造成巨额损失，不仅在国内引起了震动，香港和国际海事组织都表示了关注。油污染事故的发生除了给船公司造成巨大的经济损失外，还会对公司及国家的形象产生巨大影响。
如装有船舶视频监控系统，一旦发生溢油状况，除在甲板工作的人员通过视觉观察外，船舶相关人员能及时通过系统显示器或房间电脑发现险情，尤其是视觉观察盲区内发生的险情，采取应急措施，将造成的污染控制在最小范围。此外，储存在硬盘上的视频资料也为事后的事故调查和处理提供强有力的证据支持。
2.3船舶视频监控系统在防海盗中的作用
近年来，索马里海域的海盗猖獗，对航行在此海域的船舶安全产生了巨大的威胁，使得许多国家不得不派出护航舰队，然而由于航运业对于货物抵港的时间要求，许多船舶无法跟护航舰队一起经过此海域，许多船东公司对于建立船舶的防海盗方案绞尽脑汁。2011年9月14号，IMO发布了一份对于防范索马里海域海盗的最佳管理方针（Best Management Practices for Protection against Somalia Based Piracy）简称BMP[7]，在此方针中明确提到了船舶视频监控系统在防海盗工作中的作用。假如海盗已经开始攻击，并且对船舶开火，此时船员到舱外观察海盗是否抢占主要通道是非常危险的，而是用船舶视频监控系统则解决了这个问题，船员可以在舱室里通过显示器观察全船状况，避免暴露目标，在保证船员人身安全的前提下，有针对性地采取保护船只、货物安全措施以及可能的反击措施。
为达到此目的，在BMP方针中，对于船舶视频监控系统的建议如下：
（1）应考虑船舶视频监控系统摄像头的布置能囊括船舶易受攻击的区域，特别是尾甲板；
（2）将视频监控系统的显示器放置于驾驶台安全的区域；
（3）有条件应在防海盗舱室或避难场所布置船舶视频监控系统显示器；
（4）在海盗袭击结束后，船舶视频监控系统的数据记录应作为可利用的证据资料。
由上述四条建议可以看出，船舶视频监控系统对于防海盗的意义重大，不但能够提供对海盗登船情况的实时监控，以采取有效的保护或反击措施，还可以作为事后的视频证据。
2.4船舶视频监控系统对于船舶管理监控的作用
船舶视频监控系统的实施同样对于船舶的管理监控水平的提高也有着重要作用。根据Churchill[8]以及Hair的[9]的论文，船舶设备、船舶结构、船舶档案检查、船舶安全指令、船舶通讯导航以及船员能力为对船舶安全影响的综合信度参数均超过参考值0.70，分别为0.805、0.753、0.710、0.752、0.801、0.886，为最高的6项。综合信度是同类项目和内部一致性的评测参照，而越高萃取变异量值说明数值对于潜在变量的体现越真实。下表为各个项目的综合信度以及萃取变异量的统计：
摘要：船舶视频监控系统对于船舶的防碰撞、防污染、防海盗以及管理监控等方面起到了非常重要的作用，对于运输危险品油轮的作用更为重要。本文在对现有船舶视频监控系统进行分析的基础上，对船舶视频监控系统在油轮上的应用提出了设想和建议。
关键词：油轮 视频监控 防碰撞 防污染 防海盗 管理监控
0 引言
视频监控系统对于船舶防碰撞[1]、防污染、防海盗以及管理监控等方面起到了非常重要的作用，如将船舶配备的卫星通信设备与视频监控系统连接，还能做到岸端实时监控船舶的状况，这对于海事管理信息化也有着重大意义[2]。国外NGSCO等航运巨头近年来已经开始应用Kongsberg marine等厂商的视频监控设备。中国海运、中国远洋集团作为国内两大航运巨头，近两年已在推广船舶视频监控系统的应用，作为安全管理方面的重点之一。
1 视频监控系统在油轮船舶的实施方案
船舶视频监控系统一般由8个摄像头采集视频数据，经由主机处理后共享于船舶局域网监控，并将数据刻录在硬盘中保存，也通过卫星传送实现对船只的远程监控和管理。
1.1系统摄像头的布置方案
下表为系统摄像头位置以及主要作用，其中需注意的是新造船舶可以将1号摄像头布置于船头以获得更好的效果，航行船舶改造则考虑到电缆布置的问题只能将1号摄像头置于罗经甲板。
表1 船舶视频监控系统摄像头的布置方案
摄像头 位置 作用
1号摄像头 罗经甲板 主要拍摄船舶正前方，包括船头及大部分主甲板
2号摄像头、
3号摄像头 驾驶室 分别位于驾驶室左右两翼，主要拍摄驾控台以及海图室
4号摄像头 C甲板 主要拍摄船尾
5号摄像头、
6号摄像头 驾驶甲板 分别位于驾驶甲板两翼，主要拍摄船左右两舷
7号摄像头 机舱室 主要拍摄船舶主机、辅机
8号摄像头 集控室 主要拍摄集控台
根据油轮船舶的特殊需求，甲板摄像头应为防爆型摄像头，符合国家标准GB3836.1-2010对于爆炸性气体环境用电气设备通用要求，以及国家标准GB3836.2-2010对于爆炸性气体环境用电气设备隔爆型要求。同时所用电缆应为阻燃型，满足国家标准GB50058爆炸和火灾危害环境店里装置设计规范要求。
1.2 系统主机性能介绍
系统主机主要进行数据处理，数据刻录以及连接船舶局域网的工作。主机需满足国家标准GB 20815-2006对于视频安防监控数字录像设备的要求，刻录机应满足国家标准GB50348-2004对于安全技术规范的要求，同时满足以下几点基本要求：
（1）较大的硬盘容量。一般推荐为4TB，按照正常视频格式推算的录制时间计算公式：D（录制天数）=硬盘容量/通道数量/每小时所有通道的数据大小/每天的录制时间=30 天；
（2）较强的数据压缩处理能力。支持PAL/NTSC 制式视频信号输入，采用H.264 视频压缩技术；
（3）多种录像的回放与预览功能。需支持快放、慢放、单帧等回放模式，按录像类型、按时间进行检索；
（4）对于外接设备较强的兼容性。因船舶设备需长时间开启，出现故障的可能性较普通设备高，所以主机应能支持U 盘、USB 硬盘、USB 刻录机、SATA 刻录机、SATA 硬盘备份。
1.3 系统总体设计方案
系统的总体设计方案如图1所示，根据需要可以添加或减少摄像头的数量以及LCD显示器的数量，以满足不同需求。
1.4 系统的远程实时监控和管理
目前，远洋船舶均配备了INM-F、FBB、OPENPORT、VSAT等卫星通讯设备，根据不同卫星通讯设备的性能及特点，综合考虑传输速度、传输质量、信号覆盖情况及费用等方面，可以制定出不同的远程视频监控方案。
目前，主流的视频监控的视频格式清晰度由低到高排列为Qcif（176×144）、CIF（352×288）、HALF D1（704×288）、D1（704×576），因考虑到卫星通讯系统的带宽以及费用问题，一般选择低清晰度的视频格式以保证视频的连贯性。下图为主流的卫星通讯设备在不同模式下的数据传输带宽汇总：
图2 主流设备的数据传输带宽汇总
需要特别说明的是，目前F33、F77仍然是按照流量收费，相对单位流量的费用最高，且带宽也无法满足视频传输的要求；FBB系列的设备大部分也为按流量收费的模式，且只有FBB-500以上的设备满足视频传输的带宽要求，所以目前已实现远程视频监控的船舶多为跟VSAT匹配，VSAT不但在带宽上从128Kbps到4Mbps可自行选择（512Kpbs以上满足视频传输的带宽要求），且目前多为数据流量包月的套餐，即可以实现实时监控又免去使用大量费用的顾虑。
通过上述卫星通讯设备与视频监控设备的有机结合，即可实现在岸端实时对船舶情况进行监控。目前，海康威视在监控设备的市场占有率最大，并且他们已经推出电脑和移动终端的客户端软件，也就是说带有3G功能的智能手机安装此客户端软件后，即可在任意地点对船舶的情况进行监控和管理。图3为使用手机通过3G网络实时观看船舶视频监控系统图像的视频截图。
2 对于船舶视频监控系统在提高船舶安全中作用的分析
在目前整个航运业相对比较萧条的情况下，仅仅靠压低运价是无法赢得大客户青睐的。此时，货船的安全管理情况就可以作为营销中的品牌特色，因大多数货主所托运的货物价值都非常高，货物的安全在现阶段所受到的重视远大于运价等因素。而船舶视频监控系统正是近年来才开始实施的与安全相关的项目，这个项目的实施对于船舶在防碰撞、防污染、防海盗以及管理监控方面有着重大的意义。
2.1 船舶视频监控系统对于防碰撞的意义
随着我国乃至世界航运业的迅速发展，船舶数量以及航线的密集度大幅度增长，同时也带来了水上交通事故数量的增加，不但对船舶生命力（船舶及船员）造成了巨大的伤害，有些甚至发生人亡、船沉的惨剧。拒统计，在全世界发生的海难事故中，碰撞事故占比超过40%，每年高达1 000余次[3]，这使得防碰撞成为了船舶管理中的重中之重。
2.1.1 船舶视频监控系统在船舶靠离码头时的作用
船舶在靠离码头时，若船长或驾驶员不能对船舶周围情况进行全面的了解则非常容易引起事故[4]。例如，2012年01月28日，某轮由莱州至渤中28-1终端装油， 拖轮送终端人员和引航员从该轮左弦下风处上船，由于拖轮送完终端人员后没有及时离开该轮，该船长和引航员也疏于对拖轮的瞭望，拖轮在离开该轮的操作过程中右舷三层甲板拐角撞击该轮，造成其左舷深燃油舱局部破损，部分燃油从破损处泄漏入海。造成此次碰撞事故的原因除了拖轮与货轮间沟通不畅外，最主要的因素就是船长和引航员疏于瞭望，没有对货轮与拖轮间的情况足够了解即开始靠泊作业，造成事故。
如果安装了船舶视频监控系统，则可以实现对船头、船尾、左右两舷水域的实时监控，在靠离泊位时，船长以及相关人员能够从系统提供的显示器上实时了解船舶与泊位、船舶与拖轮之间的情况，由多角度对船舶周围情况进行分析，大大降低了造成此类碰撞事故的概率。
2.1.2 船舶视频监控系统在航行中的作用
碰撞事故多发的区域多为三种：1.在远离海岸的洋面上，船只稀少，船舶都以高速航行，驾驶人员思想容易麻痹大意，如果对碰撞危险估计不足，容易造成紧迫危险，发生碰撞；2.沿海及近岸航行，尤其是在渔区，江河出海口或港口附近交通密度高的区域，会遇的船舶类型多，大小不一，易于发生碰撞；3.在狭水道中航行时，由于船速的差异，在追越过程中，长时间的并行，如操纵不当会引发船吸现象、碰撞事故[5]。
通过对船舶碰撞原因的分析可以发现，在航行中发生碰撞事故的首要原因是驾驶员疏于瞭望，或者是船舶本身构造引起的雷达或瞭望盲区而引发的[6]。船舶视频监控系统可以使驾驶员对船舶实现全方位的瞭望，从根本上消除了由于雷达或瞭望盲区可能导致的安全隐患。
目前，IMO（国际海事组织）对于货船雷达盲区的要求为不大于船舶自身长度的2倍，或者小于500米，两者中需满足距离更小的要求。根据相关研究文献，多数船舶即使满足IMO对货船雷达盲区的要求，航行时仍然受到雷达盲区的影响。船舶在狭水道航行时，或者航行到航线转向点时，由于雷达盲区的存在，即使使用带有ARPA功能的雷达来观测目标，回波测绘仍需约2分钟。如目标船舶体积较小造成的回波较弱也会引起雷达丢失目标。同样，如果错误选择外部环境干涉选项，同样会引起丢失目标或假回波反射。这些现象都将对船舶安全操作带来巨大隐患。而位于罗经甲板（或船艏）和船尾的两个摄像头则能提供对盲区有效的、实时的观测，对于驾驶员采取正确的措施意义重大。
2.2船舶视频监控系统在防污染中的作用
油污染为近年来国际海事部门的重点关注项目，发生油污染事故将会引起严重后果，船公司不但要承担巨额的货物赔偿和船只损失费用，还要为海洋生态的恢复付出高昂的代价。例如1999年，在法国海域发生的“爱丽卡”溢油事故，据估计，损失大约为1.68亿英镑。1995年在广州港发生的“檀家”号溢油事故给国家利益造成巨额损失，不仅在国内引起了震动，香港和国际海事组织都表示了关注。油污染事故的发生除了给船公司造成巨大的经济损失外，还会对公司及国家的形象产生巨大影响。
如装有船舶视频监控系统，一旦发生溢油状况，除在甲板工作的人员通过视觉观察外，船舶相关人员能及时通过系统显示器或房间电脑发现险情，尤其是视觉观察盲区内发生的险情，采取应急措施，将造成的污染控制在最小范围。此外，储存在硬盘上的视频资料也为事后的事故调查和处理提供强有力的证据支持。
2.3船舶视频监控系统在防海盗中的作用
近年来，索马里海域的海盗猖獗，对航行在此海域的船舶安全产生了巨大的威胁，使得许多国家不得不派出护航舰队，然而由于航运业对于货物抵港的时间要求，许多船舶无法跟护航舰队一起经过此海域，许多船东公司对于建立船舶的防海盗方案绞尽脑汁。2011年9月14号，IMO发布了一份对于防范索马里海域海盗的最佳管理方针（Best Management Practices for Protection against Somalia Based Piracy）简称BMP[7]，在此方针中明确提到了船舶视频监控系统在防海盗工作中的作用。假如海盗已经开始攻击，并且对船舶开火，此时船员到舱外观察海盗是否抢占主要通道是非常危险的，而是用船舶视频监控系统则解决了这个问题，船员可以在舱室里通过显示器观察全船状况，避免暴露目标，在保证船员人身安全的前提下，有针对性地采取保护船只、货物安全措施以及可能的反击措施。
为达到此目的，在BMP方针中，对于船舶视频监控系统的建议如下：
（1）应考虑船舶视频监控系统摄像头的布置能囊括船舶易受攻击的区域，特别是尾甲板；
（2）将视频监控系统的显示器放置于驾驶台安全的区域；
（3）有条件应在防海盗舱室或避难场所布置船舶视频监控系统显示器；
（4）在海盗袭击结束后，船舶视频监控系统的数据记录应作为可利用的证据资料。
由上述四条建议可以看出，船舶视频监控系统对于防海盗的意义重大，不但能够提供对海盗登船情况的实时监控，以采取有效的保护或反击措施，还可以作为事后的视频证据。
2.4船舶视频监控系统对于船舶管理监控的作用
船舶视频监控系统的实施同样对于船舶的管理监控水平的提高也有着重要作用。根据Churchill[8]以及Hair的[9]的论文，船舶设备、船舶结构、船舶档案检查、船舶安全指令、船舶通讯导航以及船员能力为对船舶安全影响的综合信度参数均超过参考值0.70，分别为0.805、0.753、0.710、0.752、0.801、0.886，为最高的6项。综合信度是同类项目和内部一致性的评测参照，而越高萃取变异量值说明数值对于潜在变量的体现越真实。下表为各个项目的综合信度以及萃取变异量的统计：
