浅析智能技术在沿海地区安防中的应用

张大伟

（91054 部队，北京102442）

1 概述

近年，我国与东南亚地区的越南、菲律宾、马来西亚、文莱等国围绕岛屿、领海、大陆架和专属经济区的主权划分而引起的国家间的主权争端越来越激烈，沿海区域丰富的资源和领土主权受到威胁。为维护国家主权和领土完整，我国在沿海地区建设执勤码头、监控站，监控中心和部分辅助设施，但是某些国家针对我国海上设施抵近侦测和破坏等非法活动却越来越频繁，给我国沿海地区安全带来极大挑战。因此，沿海地区立体安全防护成为世界各国关注的焦点，具有非常巨大的潜在价值和效益。

2 沿海地区安全技术防范系统设计

虽然目前部分沿海区域构建了安全技术防范系统，实现了技防、物防，但各自独立、互不兼容，无法达到资源共享的效果。此外，此类安全技术防范系统的数字化、网络化、智能化、信息化程度不高，影响了整体效能的发挥和科学化管理能力的形成。针对目前沿海地区安全技术防范系统中存在问题，本文结合人工智能技术相关成果，探索研究新型智能安防手段在沿海安全防护中的应用，为后续沿海地区安防系统构建升级提供参考。

沿海区域安全技术防范系统总体架构：

沿海区域安全技术防范系统总体架构如下图所示。

图1 沿海区域安全技术防范系统总体架构

沿海区域安全技术防范系统总体架构主要包括数据采集传输层、多态数据资源服务层和业务应用服务层，其中数据采集传输层是通过摄像头、探测声呐、机器鱼、无人机等载体或传感器获取目标区域实时数据，通过网络传输到数据库中；多态数据资源服务层对接收到的安防数据进行存储与分析，为上层应用提供数据与算法支撑；业务应用服务层主要包括重点区域安防、水下安防与空中安防，形成沿海地区立体安全防护系统。

3 人工智能技术在沿海区域安防系统中的应用

人工智能是研究使计算机来模拟人的某些思维过程和智能行为(如学习、推理、思考、规划等)的学科，主要包括计算机实现智能的原理，制造类似于人脑智能的计算机，使计算机能实现更高层次的应用。随着人工智能技术的不断发展，将在沿海区域安防体系中发挥越来越大的作用，下面围绕沿海区域安防介绍几点智能技术的应用。

3.1 智能视觉监控

安防系统每天产生的海量图像和视频信息造成的信息冗余问题催生了带有人工智能的计算机视觉技术在安防领域的应用。针对该技术对图像视频进行自动分析、识别、跟踪、理解和描述的特点，带有人工智能的计算机视觉在安防监控系统中演变为近年来业内普遍看好的视频智能分析应用。视频智能分析是一种基于目标行为的智能监控技术。在不需要人为干预的情况下，利用计算机视觉和视频监控分析方法对摄像机拍录的图像序列进行自动分析，包括目标检测、目标分割提取、目标识别、目标跟踪，以及对监视场景中目标行为的理解与描述，得出对图像内容含义的理解以及对客观场景的解释，从而指导和规划行动。智能视觉监控系统还可以通过计算机对视频信号进行分析，对场景中发生的异常事件进行示警，提醒安保人员注意并确认示警信息以做出相应的反应。

3.2 沿海区域机场FOD 检测技术

沿海区域机场安全是一条不可逾越的红线，跑道外来物一直是影响飞行安全重要因素。FOD（Foreign Object Debris），即可能损伤航空器的某种外来的物质、碎屑或物体，如金属零件、碎石块、道面材料、飞行物品、冰碴、纸屑等。为减少机场跑道外来物对航班起降的影响，机场要求若干小时定期对跑道进行检查。

图2 典型机场跑道外来物

据统计，全球民用航空业每年因FOD 造成的直接损失超过40 亿美元，同时还会造成航班延误、中断起飞、关闭跑道等间接损失，其间接损失至少为直接损失的4 倍；中国民航每年都发生5000 起以上的FOD 损伤飞机事件，约占航空事故征候总数1/3。

目前，我国机场都采用人工巡查的工作方式查找外来物。在巡查时需要关闭跑道，工作人员驾驶车辆，以相对低的速度前行，用肉眼查找可能掉落在跑道上的外来物。国外FOD 探测系统主要有英国QinetiQ 公司的Tarsier（眼镜猴）Foreign Object Debris radar detection system——眼镜猴系统、以色列的Xsight公司开发的FODetect 系统、新加坡开发iFerret 智能视频探测系统、美国Trex Enterprises 公司开发的FOD Finder 系统等。

图3 机场跑道FOD 示意图

3.3 主动声呐监测分系统

主动声呐分系统主要由湿端和干端两大部分组成，具体包括主动探测声呐湿端、水密电缆和声呐软件三个单元。其中，声呐湿端布放在水下，通过光电复合缆连接机房干端服务器；声呐软件安装在机房干端服务器上，包含声呐信号处理软件和数据融合处理软件。声纳湿端获取的声呐数据经过接驳设备进行光电转换后，通过光电复合缆传输到干端服务器上。主动声呐监测分系统逻辑连接如图4 所示。

图4 主动声呐数字平台总体结构图

3.4 被动监测系统

被动监测系统主要采用海底固定式水听器阵列的声呐探测技术，完成对水下蛙人、AUV、UUV 和潜航器等目标的探测、跟踪和全天候预警。主要由声探测单元、信号预处理单元、声信号处理单元三部分组成。其中水听器阵列主要有光纤水听器阵缆、压电水听器阵缆和电磁观测阵缆三种。光纤水听器（阵列）布设于我重要港口、航道、特定海域，可实现平时水下目标情报监测搜集、水下目标实时定位跟踪等。该系统包括水下传感子系统、信号预处理子系统和数据处理存储子系统。

图5 光纤水听器、阵缆样段及施工前加铠

海底压电水听器阵列长期布放在重要港口、航道附近海底，记录舰船的水下辐射噪声，可实现基地、港口的水下目标远距离实时预警探测、定位与跟踪；在民用方面，压电水听器阵缆可用于海底地震活动的预报、海洋生物噪声监测及海洋生物行为特征的观察等。

电磁观测阵缆由若干电磁探测节点组成，每个电磁探测节点包括电场传感器，三轴磁场传感器及信号调理采集电路等。

3.5 水下阻拦网系统

水下阻拦网系统是采用特种新型纤维经特殊编织制成的高强度绳网，其网绳经新型三维编织工艺及后整理技术制备成网，整合了网体编织技术、信号断点监测定位报警技术、表面纳米涂敷技术等多领域的高新技术。是针对目前重要海域、港口、航道、海上作业平台等水下防护能力薄弱的现状而建立的一套集拦截、报警、定位为一体的阻拦系统，主要是在防御目标外围形成一道全封闭物理栅栏，阻止不明来袭物体靠近防护目标进行抵近侦察、破坏，并通过内嵌断点信号监测导线实现对不明目标的报警、定位，并有效迟滞入侵目标来袭物体前进速度，为应急处突人员争取时间。水下阻拦网系统由阻拦网体子系统、启闭子系统、监控指挥子系统、存储统计子系统4个部分组成。

阻拦网体子系统是将“电子虚拟化防御”变成简单、可靠、封闭的物理防御，主要是在防御目标外围形成一道全封闭物理栅栏，从而阻止不明来袭物体靠近防护目标进行抵近侦察、破坏。

启闭子系统主要是在卷扬机上加装液位传感器等信息化、自动化装置来控制阻拦网上升和下降，从而实现自动化启闭，确保舰船正常通航。

监控指挥子系统具有监控、跟踪和预警功能，能够实时监测网体单元水下的位置和运行状态，具有全方位覆盖、全天候监视、快速反应和多元联合感知能力，能够有效防御不明目标的潜入。

存储统计子系统负责数据的收集、存储、处理和输出，实时监测原始数据的查询、偏离修正、监测数据有效性审核等，完成历史数据的维护、分析，并可以自动生成水下防御情况统计表（包括有效防御次数、误报次数、漏报次数等），以便分析水下防御情况，为后期制定防御策略提供遵循。

3.6 水下仿生机器鱼巡航

随着科技的深入发展和产业领域应用需求的拉动，仿生机器学（Biomimetics）研究越来越受到关注。通过研究、学习、模仿的仿生学方法来复制和再造生物的形态、结构、功能、工作原理及控制机制等，已成为机器人学的一项重要研究内容。

仿生机器鱼，作为一种典型的水下移动机器人，应用的领域非常广泛。在海洋监测方面，仿生机器鱼作为水下移动平台，能够搭载各种水质传感器，监测包括叶绿素、含氧量、pH 值、电导率等参数在内的各种水质参数。在沿海地区防御应用方面，仿生机器鱼有望通过搭载一些高精尖传感器，利用其机动、灵活、隐蔽性的特点，完成水下巡航任务，有效防止蛙人偷袭。此外，围绕沿海地区布设多个仿生机器鱼，可形成外围的探测网络，一旦某个节点发现危险，即可实时报警。

图6 仿生机器鱼

4 结论

我国沿海区域面积广阔，沿海偏远地区陆地面积小而零散，区域国际局势紧张，安防系统应用环境恶劣。因此，可以将更多的智能技术引入安防系统中，从空中、陆地和水下形成立体的安防体系，切实提高安防智能化水平，为沿海地区建设提供坚实稳定基础。