控制河段是长江上游的重要通航河道，受不良地理和水文条件的限制，控制河段内的船舶必须接受信号台的指挥，按照单向有序的原则通过河段。如果船舶不遵守控制河段的通航规则而违规航行，极易导致碰撞或搁浅交通事故，从而影响社会经济生活的正常运转。目前绝大多数的控制河段信号台仍采用VHF电话（Very High Frequency，甚高频）和目测的指挥监控方法，不能有效的监控通航的船舶和记录航行船舶违规的直接证据。为了响应“数字航道”的发展战略，促进长江流域综合运输体系的发展，有必要在传统的控制河段监控方法基础上引入新技术建设控制河段智能信号台。论文围绕控制河段智能信号台可视化和自动化的监控要求，以长江渝泸航段神背嘴控制河段为研究场景，探索基于视觉的控制河段船舶的监控和异常航行的检测方法。论文主要研究内容如下：1.论文在分析控制河段的地理特点、天气特点和图像干扰的来源（特别是船舶倒影和拖尾水纹）的基础上，研究河段场景能见度的视觉评估方法，提出控制河段的总体视觉监控方案。2.论文将船舶的航迹检测分为两个问题：船舶目标识别和船舶跟踪。在运动船舶检测方面，论文着重讨论了船舶的倒影和拖尾水纹干扰的削弱方法，通过两次检测运动图像区域的方法确认实际船舶目标；在运动船舶跟踪方面，论文着重讨论了船舶特征的选取问题，采用了以船舶的不变矩为特征并结合卡尔曼滤波的船舶位置预测的目标跟踪方法，获取船舶在控制河段的航行轨迹。3.论文根据控制河段的特殊通航规则归纳了河段内常见的4种船舶异常航行，在此基础上提出采用AIS(Automatic Identification System，船舶自动识别系统)信息制定控制河段船舶指挥航向的方法，然后根据单个或多个摄像机视野中船舶航迹的相互关系，提出了船舶异常航行的检测方法。论文使用实地采集的视频样本对文中的算法进行了实验验证，初步实现了控制河段船舶的监控和船舶异常航行的检测。