黑烟船电子抓拍监测系统建设方案

第一章 项目背景

第一：易造成船员生存环境的污染；

第二：黑烟含有大量如PM2.5、挥发性有机物等对大气污染的物质。

据相关统计一艘集装箱货轮排放的大气污染相当于100至300辆集装性卡车，一艘游轮则大致相当于2200辆汽车。

目前国内监管冒黑烟船舶主要有两种方式。第一种是日常的巡检，第二种是人工举报。这些人工干预高的方式，并不利于可持续性的监管冒黑烟船舶工作开展，治理效果可能出现劳而无功的局面。某些地方也开展过相关抽检船舶工作，即在船舶停靠的码头上逐一检查船舶的发动机、涡炉、惰性气体发生器、油品等，费时费工，效率不高，同时需配备大量的工作人员与专业技术人员，取证上较为困难，缺乏直接取证的方式。

响应《打赢三年蓝天保卫战计划》、《广东省打好污染防治攻坚战三年行动计划》、《广东省生态环境厅关于加强市级项目库建设的通知》等政策，我区拟在重点区域、敏感走航点建设冒黑烟船舶抓拍系统，摸清区域黑烟船舶的底数，分析高污染船舶的排放污染物特征，探究高污染船舶的污染物对区域空气质量的影响。通过持续获取走航船舶监测数据，对黑烟船舶治理精准施策。

第二章 项目目标与任务

二.1.项目目标

目标：利用人工智能技术、物联网技术搭建黑烟船舶识别系统，实现无人监管，自动跟踪、自动识别排放黑烟船舶，摸清辖区内走航船舶的排放林格曼黑度值，保留走航船的冒黑烟视频、图像数据，并生成走航船舶冒黑烟的证据链。

构建黑烟船舶尾气排放数据综合展示平台，将有利于及时高效筛查高污染、高排放走航船舶，遏制冒黑烟船舶的超标排污行为，全面提升我区船舶环境监管的系统化、科学化、法制化、精细化和信息化水平。

二.2.项目任务

项目建设工作技术路线：配套普通抓拍卡口（冒黑烟船舶抓拍）获取冒黑烟船舶林格曼黑度值。通过对来往船舶的监管，自动跟踪冒黑烟的船舶，通过先进的图像识别技术，采集记录其冒黑烟过程，摸清冒黑烟船舶的底数。

项目主要任务为：

—新增黑烟船抓拍与船流量分析系统的拟安装点位勘察与筛选

—新增黑烟船电子抓拍与船流量分析系统相关设备安装、调试及运行

—对黑烟船抓拍与船流量分析系统数据整理与分析

—黑烟船抓拍与船流量分析系统数据入黑烟船管理平台

第三章 项目工作内容

三.1.建设黑烟船电子抓拍点位

为全面贯彻我国环保攻坚，可持续发展历练，落实美丽城市建设攻坚行动，对各地区船舶持续推进系列措施，严厉打击船舶尾气污染排放行为。项目将在我区建设船舶冒黑烟抓拍点位，对过往船舶进行自动抓拍监控；通过对过往船舶尾气视频算法识别，探索船舶尾气排放林格曼黑度值数据，为辅助各机能部门的船舶大气污染防治决策。

三.1.1.黑烟船抓拍点位选点原则

为实现监管高排放船舶的数据有效性，在正常的运行状态下，船舶的流量和船舶航行速度必须保证在一个合理的区间的范围内，就可以最大程度的发挥冒黑烟图像识别的优越性。

1、重型船只较多的航道

冒黑烟船舶中货船占了90%，尤其是重型装载的船舶，因其发动机为柴油机，使用油品质量不佳含碳量高，喷油嘴老化雾化不良或吸入空气量不足、喷射的时间过早等原因引起的不完全燃烧造成尾气多为黑烟。

2、现场干扰物少

冒黑烟船舶抓拍系统，其核心技术是雷达监测技术和计算机视觉识别技术。利用雷达监测技术给出具体信息联动摄像机进行目标锁定、轨道跟踪。锁定目标后人工智能分析技术才介入视频内容的工作，从而判断船舶是否冒黑烟。所以在选着点位时，现场如果存在大量的移动的监测，会影响黑烟在图像中的成效效果，从而影响林格曼黑度的判断，所以在选择建设的点位，优先选择干扰项（干扰因素）较小的位置。

三.1.2.设备配置

黑烟船电子抓拍主要要抓取两个取证的关键点：

一是证明机动车排放黑烟等明显可视污染物。

二是明确排放黑烟车辆的身份。

为更好地采集现场视频证据，更清晰地还原船舶排放黑烟等明显可视污染物、更准确地确定排放黑烟船的身份信息，满足卡口监控、环保局处罚的相关要求。本项目的设备配置原则是：

三.1.3.设备选型

（1）高清摄像单元选型：为满足黑烟船抓拍的要求，高清摄像单元设备应最少为400万像素，并具备夜间红外摄像功能。针对其工作环境及性质，应考虑到防水、防尘、防雾等各个层面的防护。确保设备使用寿命和质量。

（2）船舶黑烟识别终端：黑烟车抓拍智能分析要求：采集视频图像，进行算法分析。对黑烟车进行自动跟踪，自动识别。并通过环境因素对视频的黑烟林格曼黑度进行修正。

（3）远程管理终端：考虑户外监控点环境恶劣和无人值守的情况。远程管理终端可以对现场设备进行远程检查、远程重启、远程调试。并对现场摄像枪视频进行24小时录像，避免视频丢失。

第四章 黑烟船抓拍技术路线

项目将遵循“船舶尾气监测点位筛选——冒黑烟船舶一体化监管系统相关设备安装、调试部——冒黑烟船舶拍排放数据整理（样本数据）——人工智能深度学习模型体系搭建”的技术线路，重点对城市内河航道不同时间段的黑烟船舶污染排放进行智能化识别，并将后获取的冒黑烟船舶的信息样本数据进行建库，开展城市内河冒黑烟船舶基础数据的分析统计工作，为目标识别模型提供数据输入，对其排放特征进行系统研究，为城市内河航行高排放污染治理提供科学依据与辅助决策。

1、黑烟船电子抓拍系统

黑烟船电子抓拍系统基于网络智能枪球摄像机的基础上，通过先进的视频图像算法处理技术对黑船进行识别，本系统包括前端采集设备，工业级核心黑烟船识别仪，内置多种图像识别处理算法，丰富的通讯协议及接口，可以适应不同应用环境，满足日间与夜间的识别。

2、视频检测

系统采用视频智能分析技术，能够主动判别该船舶有无冒黑烟，解决环保部门用户在黑烟船电子抓拍监管工作中存在的耗时费力、监管效率低、取证难度大等问题，减少黑烟船对大气环境造成的危害。

3、智能算法

判断冒黑烟：基于Gabor的静态黑烟区域模型和基于光流矢量动态黑烟模型，对视频进行自动分析。分析其是否存在黑烟。

林格曼黑度判定：由于现场环境会影响视频中景物黑度，所以纯视频方案不能准确判断林格曼黑度。需要利用环境修正终端，对林格曼黑度进行修正。

第五章 系统总体架构

系统架构图

五.1.系统组成

整个系统由前端系统、传输系统、后端管理平台三大部分组成。

前端系统根据大气测点周边的实际情况分别部署高清图像采集单元、船舶身份识别单单元、AI智能识别终端等监控设备、供电系统和无线传输系统。

后端部署可视化监控管理平台，实现全天候全方位监控，足不出户实现轻松高效监管。

五.2.系统功能

1、冒黑烟船舶图像识别

基于雷达和枪球一体化摄像机的雷达检测及移动侦测技术，首先利用雷达监测确定目标，可精准地测出方位和距离，再通过雷达给出的具体信息联动摄像机定位、变焦、锁定跟踪目标。当发现航道上船舶经过抓拍区域时，利用枪球一体化摄像机连续录制15-20秒视频，利用多帧图像均值算法消除河道的背景信息，并剔除河道背景的干扰项。以卷积神经网络算法为核心的深度学习，不需要依赖人工经验进行手动设计特征提取，最后形成冒黑烟船舶识别工作模型，在冒黑烟船舶韩派视频图像中，对船舶航行过程中冒黑烟的行为进行识别并定位。

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黑烟排放区域识别与定位

同时，可以结合风场（风向）、监测点位监测数据、监控数据、时间节点等信息，可以推算出某一时间段，船舶行驶过程中排放尾气对大气测点监测数据变化趋势影响。

2、船舶身份信息识别

船舶身份信息确认是航道冒黑烟船舶一体化监管系统的重要组成部分，基于图像智能识别和AIS船舶自动识别模块等多重手段实时捕获船舶的身份信息，为形成冒黑烟船舶排放超标“证据链”提供数据支持。

第六章 黑烟船综合数据展示服务

根据省、市对船舶尾气视频算法监测防治工作的智能化、系统化要求，项目将深度探索船舶尾气视频算法监测点位及视频算法智能分析技术，建立船舶尾气视频算法监测数据展示服务数据展示服务，将船舶尾气视频算法监测防治推向信息化、智能化阶段。数据展示平台使各部门实施“高效联动，精准治理”的闭环管理。

1.建立船舶尾气视频算法监测审核流程

船舶尾气视频算法监测站点识别出尾气排放超标船舶时，形成相关的视频和截图证据链，提交至监测数据展示平台，通过审核后下发至相应部门作管控措施。

2.搭建船舶尾气污染报警体系

视频算法监测站点出现尾气排放超标船舶时，生成相关尾气排放过程的视频和关键截图。审核通过后，自动生成船舶尾气污染报警信息发至各部门，为各部门快速联动响应提供有效的数据支撑。

3.船舶尾气污染监测日数据汇总报告

项目将安排专人每天发布一次船舶尾气视频算法监测报告，内容包括昨日船舶尾气视频算法监测状况、当月及今年累计我区空气质量排名统计，污染天气河道防控建议等内容。

第七章 创新性联动监管，快打快查

每年使用船舶尾气排放监测系统，根据采集得到的视频算法监测数据，上传至云端服务器，可共享至我区各部门分析参考，为其他部门对大气污染分析和处罚提供有效的数据参考和支撑，实现各部门间污染天气的应急联动，快打快查的效果。

1.创新性联动监管

创新性利用船舶尾气排放视频算法检测数据共享接口，各部门获取视频算法检测数据辅助辅助自身的管控措施和应对策略。同步提供针对突出污染天气形势和船舶尾气排放问题分析总结，提出应对措施建议。创新性带动各级部门“迅速响应，快速决策”，成为船舶尾气排放视频算法监管的行业先锋。

2.船舶尾气排放超标，快打快查

船舶尾气排放视频算法检测数据有助于各部门联动开展专项整治工作。对于船舶尾气排放超标严重的船只，创新性利用视频算法检测数据有效的证据链，实行“快打快查”方略，快速精准打击，快速查处处罚。有效打击船舶超标排放的违法行为，对在航船舶具有更强的震慑力。