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2021年4月19日,星期一

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2021年4月13日

Maritime Digitalizaton:电子监视

  • 船舶安全将有利于技术提升桥梁监视。图像信用ABB.
  • 作者:CAPT。EERE LEHTOVAARA,监管事务负责人,ABB海洋和港口
  • 作者:Dr. Kalevi Tervo, ABB Marine & Ports公司执行工程师和全球项目经理
  • 船舶安全将有利于技术提升桥梁监视。图像信用ABB.船舶安全将有利于技术提升桥梁监视。图像信用ABB.
  • 作者:CAPT。EERE LEHTOVAARA,监管事务负责人,ABB海洋和港口作者:CAPT。EERE LEHTOVAARA,监管事务负责人,ABB海洋和港口
  • 作者:Dr. Kalevi Tervo, ABB Marine & Ports公司执行工程师和全球项目经理作者:Dr. Kalevi Tervo, ABB Marine & Ports公司执行工程师和全球项目经理

证据安装船舶安全将有利于加强桥梁监视的技术。

海事安全法规 - 出于有效原因 - 传统上严格,并且经常以可能持有创新的方式制定。Almost two decades after the remedy of ‘goal-based’ standards and ‘technical equivalence’ arrived at the IMO, rules based on risk assessment and functionality continue to face an uphill battle to redefine a safety culture based on ‘dos and don’ts’. The use of predictive algorithms to automate or semi-automate aspects of ship operations is already accepted as a way of enhancing safety, as well as operational efficiency. Dynamic Positioning, for example, has become a mainstream vessel control technology whose advancing capability not only responds to but anticipates conditions, based on accumulated data.Predictive algorithms are now also being used to enhance safety in other areas of ship control, including maneuvering, trim optimization and braking. However, regulatory red flags are raised when the same logic is applied to the 3D visualization and situational awareness techniques that can ‘see’ better than human beings and, using accumulated data, assess the situation with greater consistency.
立法者们表示,只有在安全性“同等或更好”的情况下,自动化才应该比人类选择更受青睐。

但是,建立比较的基础并不是一件容易的事。《海上生命安全公约》(SOLAS)、《培训、发证和值班标准》(STCW)和《海上避碰规则》(COLREG)在解释驾驶室船员和船舶之间的关系时都作了描述性的说明。人的表现因个人而异,但也因健康状况、警觉性和情绪、一天的时间和条件而异。“相等或更好”的公式可能倾向于自动化的一个领域包括了望的角色。导航规则的目的是为了防止碰撞,由此可见,注意的目的是确保船舶安全通过传达信息和任何其他船只在附近的官看以有序的方式与最好的准确性。

现代SOLAS船具有强制性导航设备,以协助确定周围环境中的职位,标题和检测相关障碍。在实践中,血管通常具有雷达,Gyrocompass,ECDIS,基于GNSS的定位系统和AIS接收器。除了这些设备外,监视还使用自己的感官,主要是眼睛和耳朵来感知周围环境。
人类视力的表现取决于眼睛的健康和视力的清晰度,也取决于光线和障碍物(如雾)在视线中的影响。根据STCW惯例,视力、听力和其他能力实际上被认为是可以量化的,但人类表现的变化是不可避免的——无论多么警惕。即使不考虑个人的优势和劣势,外部因素也限制了任何监视人员从桥上探测目标的能力。例如,当能见度被认为是“完美的”时,地球的曲率限制了人类视觉的最大范围。

如果这一观察似乎是吹毛求疵的比例,应该注意的是,一个“完美的”视觉定位在30米的高度,将无法看到另一个30米高的结构,如果它在39.1公里远。然而,真正的了望员的视野并不完美:基于甲板军官的最小视力要求,人类了望员的最小角度分辨率是2“arcminute”。同样30米高的观测者实际上只能在31.7公里的距离上看到同样高度的建筑物。在实际情况下,瞭望台的能见度也会受到雾、霾、雨、烟等因素的影响。因此,能见度的范围将不仅取决于光照条件,而且取决于目标的属性。对于一些人来说,这些限制和不确定性只是现实世界的一部分。此外,相机的性能还受到现实世界的影响——空气质量、湿度、水汽、光线条件、对比度、颜色和物体的反射率。同样,镜头的质量和焦点可能会有所不同,而机械振动也可能影响性能。

数字化和互联的现实世界

然而,在今天船舶操作的现实世界中,人类与之互动的SOLAS导航辅助设备已经是数字化的了。从功能上看,而不是从人的角度看,瞭望台执行“传感器融合”,结合视觉、雷达、图表输入,然后提供一个全面的“手册”情况评估。

为了实现与基于机器的景观相同的性能水平,首先证明计算机视觉可以在边界条件下实现足够的性能水平至关重要。因此,通过可视化技术证明等效的主要任务是:[1]检测目标最小投影尺寸的目标在良好的能见度条件下,最小投影尺寸在地平线上方扩展了2个Arcminute;[2]检测最小投影尺寸的目标在可见度范围内的视野中的最小投影尺寸延伸超过2个Arcminutes;[3]检测地平线前面的目标,其在良好的可见度条件下在最小投影尺寸中延伸2个Arcminutes
如果可以证明上述情况,则监视的最小水平 - 即检测目标 - 可以被证明与人类“一样好或更好”。

试验和学习

为了验证理论断言,在赫尔辛基群岛附近测试了一个相机操作的感知系统,使用了一个全高清ptz相机和30倍光学变焦。最大变焦设置的相机水平视场为2.3°,相机安装高度为10米。安装摄像机的容器在实验过程中是固定的。
描述的两艘游艇被用作被探测到的目标。这些船被引导到与安装摄像机的船只的特定距离。天气晴朗,东北风4米/秒。气压为1019百帕,能见度良好。实验时间为凌晨4点至凌晨6点。使用传统方法,预计“小型游船”将在5.8公里左右被探测到。然而,使用新的装置,船仍然可以在6.8公里处被探测到。

总之,表1显示了各种海洋相关目标的基于摄像机的探测距离,并将其与人类了望员的估计探测距离进行了比较。它提供了一个详细的方式,相机设置可以实现相同或更好的性能比人眼在能见度条件下,给予良好。


表1


由于其他原因,现代感知技术也能实现超出人类感知能力的性能。例如,红外(IR)相机技术可以在能见度较低的情况下探测到目标,而人类用双筒望远镜却不能。

即使通过雾和长波红外(LWIR)摄像机也能够检测其他船只,即使在间距黑色条件下,也能够通过雾和长波红外(LWIR)相机检测其他船只。

重要的是要承认,这些高端技术是有成本的,这意味着任何“比人类更好”的说法都应该从经济和实用的角度来衡量。然而,在这样做的过程中,值得考虑的是自动优势是累积的:人类观测员需要处理、记住和跟踪可视化检测到的目标,并将这些信息与AIS和ARPA雷达的信息进行协调。