一种预防桥梁船撞的自动报警系统的制作方法

本发明涉及一种自动报警系统，尤其是涉及一种预防桥梁船撞的自动报警系统。

背景技术：

随着我国跨江河以及海峡海湾大桥的日益增多和船舶运输业的快速发展，桥梁遭受船舶撞击的事故时有发生，轻者桥梁受损，重者桥梁垮塌；而我国规范中关于桥梁船撞设计的思想较为落后，方法较为粗糙。目前我国的桥梁船撞设计还没有完整和系统的技术标准和规程加以指导，难以满足我国桥梁建设日益发展的需要。

传统的预防桥梁船撞的预警主要是来自于船员的主观判断，船员根据桥梁上设置的限高标识与船舶水面以上高度的比较来人为判断是否可能发生碰撞，但水面高度会随着环境发生实时变化，具有高度的动态性，而船员的预警实时性和动态性均较差，并且船员的主观偏差不可避免的存在，预警精度较低，误判率较高。总的来说，船舶的安全航行与避碰与人、船舶、环境这3个要素紧密相关，据调查表明，80％以上的船舶碰撞事故与人的因素有关，其中至少有60％的事故是由船员人为判断失误引起的。船舶航行时船员稍有不慎，就可能发生碰撞事故。

为了减少传统的预防桥梁船撞的预警方式中人为判断失误对桥梁造成的损坏，目前，国内主要采用的是在桥梁所在河流的上游与下游位置处分别设置一个限高设备拉进行桥梁防撞预警。限高设备由多根支撑柱和限高缆绳组成，限高缆绳安装在多根支撑柱上横跨整个河流航道，限高缆绳所处高度与桥梁高度一致，当船舶经过桥梁上游或者下游时，船员判断根据桥梁上设置的限高标识与船舶水面以上高度的比较来人为判断是否可能发生碰撞，即使船员判断失误，船舶会被限高缆绳挡住，船舶不会和桥梁发生碰撞，桥梁不会受损。虽然上述方式有效避免了人为因素导致的误判造成的桥梁被撞的损失，很多程度上保护了桥梁，但是该方式在误判时，限高缆绳不可避免的会造成船舶上层建筑的损坏，会造成一定的安全事故，故运行成本较高。

鉴此，设计一种误判率较低，运行成本较低，且实时性较高的预防桥梁船撞的自动报警系统具有重要意义。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种误判率较低，运行成本较低，且实时性较高的预防桥梁船撞的自动报警系统。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种预防桥梁船撞的自动报警系统，包括用于实时监测水面与桥梁底面垂直距离的第一激光测距模块、用于实时监测船舶顶部与水面垂直距离的第二激光测距模块、第一无线信号收发模块、第二无线信号收发模块、第一数据信号处理器、第二数据信号处理器、第一报警模块和第二报警模块；所述的第一激光测距模块和所述的第一数据信号处理器连接，所述的第一数据信号处理器分别与所述的第一无线信号收发模块和所述的第一报警模块连接，所述的第二激光测距模块和所述的第二数据信号处理器连接，所述的第二数据信号处理器分别与所述的第二无线信号收发模块和所述的第二报警模块连接，所述的第一激光测距模块、所述的第一无线信号收发模块、所述的第一数据信号处理器和所述的第一报警模块安装在桥梁处，所述的第二激光测距模块、所述的第二无线信号收发模块、所述的第二数据信号处理器和所述的第二报警模块安装在船舶上，所述的第一数据信号处理器实时采集所述的第一激光测距模块的输出信号并进行处理得到水面与桥梁底面的实时垂直距离数据，该水面与桥梁底面的实时垂直距离数据为当前第一监测数据，所述的第一数据信号处理器实时将当前第一监测数据通过所述的第一无线信号收发模块发送出去，所述的第二数据信号处理器实时采集所述的第二激光测距模块的输出信号并进行处理得到船舶顶部与水面的实时垂直距离，该船舶顶部与水面的实时垂直距离为当前第二监测数据，所述的第二数据信号处理器实时将当前第二监测数据通过所述的第二无线信号收发模块发送出去，当船舶航行至所述的第二无线信号收发模块进入所述的第一无线信号收发模块的收发区域中时，所述的第一无线信号收发模块实时接收到所述的第二无线信号收发模块发送的当前第二监测数据并将其发送给所述的第一数据信号处理器，所述的第一数据信号处理器比较当前第二监测数据和当前第一监测数据，如果当前第二监测数据大于等于当前第一监测数据，则第一数据信号处理器驱动所述的第一报警模块报警，并且发送报警信号给所述的第一无线收发模块，所述的第一无线收发模块将该报警信号通过所述的第二无线收发模块发送给所述的第二数据信号处理器，所述的第一数据信号处理器驱动所述的第二报警模块报警。

所述的第一激光测距模块包括第一激光传感器、浮板、反射板和配重块；所述的第一激光传感器包括第一激光发射器和第一激光接收器，所述的第一激光发射器和所述的第一激光接收器分别设置在桥梁底面，所述的浮板通过绳索悬吊在桥梁上且浮于所述的水面上，所述的反射板设置在所述的浮板上且正对所述的第一激光发射器和所述的第一激光接收器，所述的配重块与所述的浮板连接且位于所述的浮板下方，所述的第一激光发射器和所述的第一激光接收器分别与所述的第一数据信号处理器连接，所述的第一激光发射器周期性的发射激光脉冲信号，该激光脉冲信号通过所述的反射板漫反射后被所述的第一激光接收器接收到；在第一激光发射器的当前脉冲周期中，所述的第一数据信号处理器记录当前脉冲周期的发射时间，该发射时间记为t₁，所述的第一数据信号处理器记录当前脉冲周期的接收时间，该接收时间记为t₂，发射时间和接收时间的时差记为△t，△t＝t₂-t₁，所述的第一数据信号处理器采用公式D₁＝1/2c△t实时计算水面与桥梁底面的垂直距离D₁，得到水面与桥梁底面的实时垂直距离数据，即当前第一监测数据，其中c为光速。该结构实时性强，且由于反射板的存在，反射信号的强度较强，与直接由水面反射相比，能更好地接收反射信号。

所述的第二激光测距模块包括沿船舶甲板一圈均匀排布的n个第二激光传感器，n为大于等于2的整数，所述的第二激光传感器包括第二激光发射器和第二激光接收器，所述的第二激光发射器设置在船舶甲板上，所述的第二激光接收器设置在船舶顶部且正对所述的第二激光发射器；每个所述的第二激光传感器中的第二激光发射器周期性的发射激光脉冲信号，该激光脉冲信号通过水面漫反射后被所述的第二激光接收器接收到；在第二激光发射器的当前脉冲周期中，所述的第二数据信号处理器记录每个第二激光发射器的发射时间和每个第二激光接收器的接收时间，第m个第二激光发射器当前周期的发射时间记为t_1m，第m个第二激光接收器当前周期的发射时间记为t_2m，第m个第二激光传感器的发射时间和接收时间的时差记为△t_m，△t_m＝t_2m-t_1m，m＝1，2，…，n，所述的第二数据信号处理器采用公式D_2m＝1/2c△t_m计算第m个第二激光传感器当前脉冲周期监测到的水面与桥梁底面的垂直距离，所述的第二数据信号处理器根据公式实时计算船舶顶部与水面的实时垂直距离数据D₂，即当前第二监测数据，其中，c为光速。该结构实时性强，监测数据误差较小。

所述的第一报警模块包括第一电阻、第二电阻、第一三极管、第一电容、第一LED灯、第二LED灯、第三LED灯、第四LED灯和第五LED灯，所述的第二电阻为滑动变阻器；所述的第一电阻的一端为所述的第一报警模块的输入端，所述的第一电阻的另一端、所述的第二电阻的一端、所述的第二电阻的滑动端和所述的第一三极管的基极连接，所述的第二电阻的另一端和所述的第一三极管的发射极均接地，所述的第一三极管的集电极、所述的第一电容的一端、所述的第一LED灯的负极、所述的第二LED灯的负极、所述的第三LED灯的负极、所述的第四LED灯的负极和所述的第五LED灯的负极连接，所述的第一电容的另一端、所述的第一LED灯的正极、所述的第二LED灯的正极、所述的第三LED灯的正极、所述的第四LED灯的正极和所述的第五LED灯的正极连接且接入电源，所述的第一报警模块和输入端和所述的第一数据信号处理器连接。该结构采用简单的结构来实现报警，在保证具有较好的警示效果的基础上，成本较低。

所述的第二报警模块包括第三电阻、第四电阻、第二三极管、第六LED灯和蜂鸣器；所述的第四电阻为滑动变阻器；所述的第三电阻的一端为所述的第二报警模块的输入端，所述的第三电阻的另一端、所述的第四电阻的一端、所述的第四电阻的滑动端和所述的第二三极管的基极连接，所述的第四电阻的另一端和所述的第二三极管的发射极均接地，所述的第二三极管的集电极、所述的第六LED灯的负极和所述的蜂鸣器的一端连接，所述的第六LED灯的正极和所述的蜂鸣器的另一端连接且接入电源。该结构采用简单的结构来实现报警，在保证具有较好的警示效果的基础上，成本较低。

与现有技术相比，本发明的优点在于通过第一激光测距模块实时监测水面与桥梁底面垂直距离，通过第二激光测距模块实时监测船舶顶部与水面垂直距离，第一激光测距模块、第一无线信号收发模块、第一数据信号处理器和第一报警模块安装在桥梁处，第二激光测距模块、第二无线信号收发模块、第二数据信号处理器和第二报警模块安装在船舶上，第一数据信号处理器实时采集第一激光测距模块的输出信号并进行处理得到水面与桥梁底面的实时垂直距离数据，该水面与桥梁底面的实时垂直距离数据为当前第一监测数据，第一数据信号处理器实时将当前第一监测数据通过第一无线信号收发模块发送出去，第二数据信号处理器实时采集第二激光测距模块的输出信号并进行处理得到船舶顶部与水面的实时垂直距离，该船舶顶部与水面的实时垂直距离为当前第二监测数据，第二数据信号处理器实时将当前第二监测数据通过第二无线信号收发模块发送出去，当船舶航行至第二无线信号收发模块进入第一无线信号收发模块的收发区域中时，第一无线信号收发模块实时接收到第二无线信号收发模块发送的当前第二监测数据并将其发送给第一数据信号处理器，第一数据信号处理器比较当前第二监测数据和当前第一监测数据，如果当前第二监测数据大于等于当前第一监测数据，则第一数据信号处理器驱动第一报警模块报警，并且发送报警信号给第一无线收发模块，第一无线收发模块将该报警信号通过第二无线收发模块发送给第二数据信号处理器，第一数据信号处理器驱动第二报警模块报警，由此实现桥梁船撞的预警，误判率较低，运行成本较低，且实时性较高。

附图说明

图1为本发明的预防桥梁船撞的自动报警系统的结构图；

图2(a)为本发明的预防桥梁船撞的自动报警系统的第一激光测距模块的结构图；

图2(b)为本发明的预防桥梁船撞的自动报警系统的第一激光测距模块的光路图；

图3(a)为本发明的预防桥梁船撞的自动报警系统的第二激光测距模块的示意图；

图3(b)为本发明的预防桥梁船撞的自动报警系统的第二激光测距模块的光路图；

图4为本发明的预防桥梁船撞的自动报警系统的第一报警模块的电路图；

图5为本发明的预防桥梁船撞的自动报警系统的第二报警模块的电路图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例一：如图1所示，一种预防桥梁船撞的自动报警系统，包括用于实时监测水面与桥梁底面垂直距离的第一激光测距模块、用于实时监测船舶顶部与水面垂直距离的第二激光测距模块、第一无线信号收发模块、第二无线信号收发模块、第一数据信号处理器、第二数据信号处理器、第一报警模块和第二报警模块；第一激光测距模块和第一数据信号处理器连接，第一数据信号处理器分别与第一无线信号收发模块和第一报警模块连接，第二激光测距模块和第二数据信号处理器连接，第二数据信号处理器分别与第二无线信号收发模块和第二报警模块连接，第一激光测距模块、第一无线信号收发模块、第一数据信号处理器和第一报警模块安装在桥梁处，第二激光测距模块、第二无线信号收发模块、第二数据信号处理器和第二报警模块安装在船舶上，第一数据信号处理器实时采集第一激光测距模块的输出信号并进行处理得到水面与桥梁底面的实时垂直距离数据，该水面与桥梁底面的实时垂直距离数据为当前第一监测数据，第一数据信号处理器实时将当前第一监测数据通过第一无线信号收发模块发送出去，第二数据信号处理器实时采集第二激光测距模块的输出信号并进行处理得到船舶顶部与水面的实时垂直距离，该船舶顶部与水面的实时垂直距离为当前第二监测数据，第二数据信号处理器实时将当前第二监测数据通过第二无线信号收发模块发送出去，当船舶航行至第二无线信号收发模块进入第一无线信号收发模块的收发区域中时，第一无线信号收发模块实时接收到第二无线信号收发模块发送的当前第二监测数据并将其发送给第一数据信号处理器，第一数据信号处理器比较当前第二监测数据和当前第一监测数据，如果当前第二监测数据大于等于当前第一监测数据，则第一数据信号处理器驱动第一报警模块报警，并且发送报警信号给第一无线收发模块，第一无线收发模块将该报警信号通过第二无线收发模块发送给第二数据信号处理器，第一数据信号处理器驱动第二报警模块报警。

实施例二：如图1所示，一种预防桥梁船撞的自动报警系统，包括用于实时监测水面与桥梁底面垂直距离的第一激光测距模块、用于实时监测船舶顶部与水面垂直距离的第二激光测距模块、第一无线信号收发模块、第二无线信号收发模块、第一数据信号处理器、第二数据信号处理器、第一报警模块和第二报警模块；第一激光测距模块和第一数据信号处理器连接，第一数据信号处理器分别与第一无线信号收发模块和第一报警模块连接，第二激光测距模块和第二数据信号处理器连接，第二数据信号处理器分别与第二无线信号收发模块和第二报警模块连接，第一激光测距模块、第一无线信号收发模块、第一数据信号处理器和第一报警模块安装在桥梁处，第二激光测距模块、第二无线信号收发模块、第二数据信号处理器和第二报警模块安装在船舶上，第一数据信号处理器实时采集第一激光测距模块的输出信号并进行处理得到水面与桥梁底面的实时垂直距离数据，该水面与桥梁底面的实时垂直距离数据为当前第一监测数据，第一数据信号处理器实时将当前第一监测数据通过第一无线信号收发模块发送出去，第二数据信号处理器实时采集第二激光测距模块的输出信号并进行处理得到船舶顶部与水面的实时垂直距离，该船舶顶部与水面的实时垂直距离为当前第二监测数据，第二数据信号处理器实时将当前第二监测数据通过第二无线信号收发模块发送出去，当船舶航行至第二无线信号收发模块进入第一无线信号收发模块的收发区域中时，第一无线信号收发模块实时接收到第二无线信号收发模块发送的当前第二监测数据并将其发送给第一数据信号处理器，第一数据信号处理器比较当前第二监测数据和当前第一监测数据，如果当前第二监测数据大于等于当前第一监测数据，则第一数据信号处理器驱动第一报警模块报警，并且发送报警信号给第一无线收发模块，第一无线收发模块将该报警信号通过第二无线收发模块发送给第二数据信号处理器，第一数据信号处理器驱动第二报警模块报警。

如图2(a)和图2(b)所示，本实施例中，第一激光测距模块包括第一激光传感器1、浮板2、反射板3和配重块4；第一激光传感器1包括第一激光发射器和第一激光接收器，第一激光发射器和第一激光接收器分别设置在桥梁底面，浮板2通过绳索5悬吊在桥梁上且浮于水面上，反射板3设置在浮板2上且正对第一激光发射器和第一激光接收器，配重块4与浮板2连接且位于浮板2下方，第一激光发射器和第一激光接收器分别与第一数据信号处理器连接，第一激光发射器周期性的发射激光脉冲信号，该激光脉冲信号通过反射板3漫反射后被第一激光接收器接收到；在第一激光发射器的当前脉冲周期中，第一数据信号处理器记录当前脉冲周期的发射时间，该发射时间记为t₁，第一数据信号处理器记录当前脉冲周期的接收时间，该接收时间记为t₂，发射时间和接收时间的时差记为△t，△t＝t₂-t₁，第一数据信号处理器采用公式D₁＝1/2c△t实时计算水面与桥梁底面的垂直距离D₁，得到水面与桥梁底面的实时垂直距离数据，即当前第一监测数据，其中c为光速。

如图3(a)和图3(b)所示，本实施例中，第二激光测距模块包括沿船舶甲板6一圈均匀排布的n个第二激光传感器7，n为8，第二激光传感器7包括第二激光发射器和第二激光接收器，第二激光发射器设置在船舶甲板6上，第二激光接收器设置在船舶顶部且正对第二激光发射器；每个第二激光传感器7中的第二激光发射器周期性的发射激光脉冲信号，该激光脉冲信号通过水面漫反射后被第二激光接收器接收到；在第二激光发射器的当前脉冲周期中，第二数据信号处理器记录每个第二激光发射器的发射时间和每个第二激光接收器的接收时间，第m个第二激光发射器当前周期的发射时间记为t_1m，第m个第二激光接收器当前周期的发射时间记为t_2m，第m个第二激光传感器7的发射时间和接收时间的时差记为△t_m，△t_m＝t_2m-t_1m，m＝1，2，…，n，第二数据信号处理器采用公式D_2m＝1/2c△t_m计算第m个第二激光传感器7当前脉冲周期监测到的水面与桥梁底面的垂直距离，第二数据信号处理器根据公式实时计算船舶顶部与水面的实时垂直距离数据D₂，即当前第二监测数据，其中，c为光速。

实施例三：如图1所示，一种预防桥梁船撞的自动报警系统，包括用于实时监测水面与桥梁底面垂直距离的第一激光测距模块、用于实时监测船舶顶部与水面垂直距离的第二激光测距模块、第一无线信号收发模块、第二无线信号收发模块、第一数据信号处理器、第二数据信号处理器、第一报警模块和第二报警模块；第一激光测距模块和第一数据信号处理器连接，第一数据信号处理器分别与第一无线信号收发模块和第一报警模块连接，第二激光测距模块和第二数据信号处理器连接，第二数据信号处理器分别与第二无线信号收发模块和第二报警模块连接，第一激光测距模块、第一无线信号收发模块、第一数据信号处理器和第一报警模块安装在桥梁处，第二激光测距模块、第二无线信号收发模块、第二数据信号处理器和第二报警模块安装在船舶上，第一数据信号处理器实时采集第一激光测距模块的输出信号并进行处理得到水面与桥梁底面的实时垂直距离数据，该水面与桥梁底面的实时垂直距离数据为当前第一监测数据，第一数据信号处理器实时将当前第一监测数据通过第一无线信号收发模块发送出去，第二数据信号处理器实时采集第二激光测距模块的输出信号并进行处理得到船舶顶部与水面的实时垂直距离，该船舶顶部与水面的实时垂直距离为当前第二监测数据，第二数据信号处理器实时将当前第二监测数据通过第二无线信号收发模块发送出去，当船舶航行至第二无线信号收发模块进入第一无线信号收发模块的收发区域中时，第一无线信号收发模块实时接收到第二无线信号收发模块发送的当前第二监测数据并将其发送给第一数据信号处理器，第一数据信号处理器比较当前第二监测数据和当前第一监测数据，如果当前第二监测数据大于等于当前第一监测数据，则第一数据信号处理器驱动第一报警模块报警，并且发送报警信号给第一无线收发模块，第一无线收发模块将该报警信号通过第二无线收发模块发送给第二数据信号处理器，第一数据信号处理器驱动第二报警模块报警。

如图2(a)和图2(b)所示，本实施例中，第一激光测距模块包括第一激光传感器1、浮板2、反射板3和配重块4；第一激光传感器1包括第一激光发射器和第一激光接收器，第一激光发射器和第一激光接收器分别设置在桥梁底面，浮板2通过绳索5在桥梁上且浮于水面上，反射板3设置在浮板2上且正对第一激光发射器和第一激光接收器，配重块4与浮板2连接且位于浮板2下方，第一激光发射器和第一激光接收器分别与第一数据信号处理器连接，第一激光发射器周期性的发射激光脉冲信号，该激光脉冲信号通过反射板3漫反射后被第一激光接收器接收到；在第一激光发射器的当前脉冲周期中，第一数据信号处理器记录当前脉冲周期的发射时间，该发射时间记为t₁，第一数据信号处理器记录当前脉冲周期的接收时间，该接收时间记为t₂，发射时间和接收时间的时差记为△t，△t＝t₂-t₁，第一数据信号处理器采用公式D₁＝1/2c△t实时计算水面与桥梁底面的垂直距离D₁，得到水面与桥梁底面的实时垂直距离数据，即当前第一监测数据，其中c为光速。

如图3所示，本实施例中，第二激光测距模块包括沿船舶甲板6一圈均匀排布的n个第二激光传感器7，n为8，第二激光传感器7包括第二激光发射器和第二激光接收器，第二激光发射器设置在船舶甲板6上，第二激光接收器设置在船舶顶部且正对第二激光发射器；每个第二激光传感器7中的第二激光发射器周期性的发射激光脉冲信号，该激光脉冲信号通过水面漫反射后被第二激光接收器接收到；在第二激光发射器的当前脉冲周期中，第二数据信号处理器记录每个第二激光发射器的发射时间和每个第二激光接收器的接收时间，第m个第二激光发射器当前周期的发射时间记为t_1m，第m个第二激光接收器当前周期的发射时间记为t_2m，第m个第二激光传感器7的发射时间和接收时间的时差记为△t_m，△t_m＝t_2m-t_1m，m＝1，2，…，n，第二数据信号处理器采用公式D_2m＝1/2c△t_m计算第m个第二激光传感器7当前脉冲周期监测到的水面与桥梁底面的垂直距离，第二数据信号处理器根据公式实时计算船舶顶部与水面的实时垂直距离数据D₂，即当前第二监测数据，其中，c为光速。

如图4所示，本实施例中，第一报警模块包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一三极管Q1、第一电容C1、第一LED灯L1、第二LED灯L2、第三LED灯L3、第四LED灯L4和第五LED灯L5，第二电阻R2为滑动变阻器；第一电阻R1的一端为第一报警模块的输入端，第一电阻R1的另一端、第二电阻R2的一端、第二电阻R2的滑动端和第一三极管Q1的基极连接，第二电阻R2的另一端和第一三极管Q1的发射极均接地，第一三极管Q1的集电极、第一电容C1的一端、第一LED灯L1的负极、第二LED灯L2的负极、第三LED灯L3的负极、第四LED灯L4的负极和第五LED灯L5的负极连接，第一电容C1的另一端、第一LED灯L1的正极、第二LED灯L2的正极、第三LED灯L3的正极、第四LED灯L4的正极和第五LED灯L5的正极连接且接入电源，第一报警模块和输入端和第一数据信号处理器连接。

如图5所示，本实施例中，第二报警模块包括第三电阻R3、第四电阻R4、第二三极管Q2、第六LED灯L6和蜂鸣器SP1；第四电阻R4为滑动变阻器；第三电阻R3的一端为第二报警模块的输入端，第三电阻R3的另一端、第四电阻R4的一端、第四电阻R4的滑动端和第二三极管Q2的基极连接，第四电阻R4的另一端和第二三极管Q2的发射极均接地，第二三极管Q2的集电极、第六LED灯L6的负极和蜂鸣器SP1的一端连接，第六LED灯L6的正极和蜂鸣器SP1的另一端连接且接入电源。