一种桥区水域船舶通航预警方法与流程

本发明涉及桥区水域船舶助航技术领域，具体涉及一种内河桥区水域船舶通航预警方法。

背景技术：

我国内河航运发达，跨水桥梁作为连接河流两岸的重要枢纽，对交通运输业的发展起着重要作用。近年来，跨水桥梁数量也在逐年增加，据统计，截至2019年10月，长江上已建和在建的大桥共96座，其中，重庆城区有21座，武汉城区有11座，南京城区有9座。与此同时，桥梁也给船舶通航带来了诸多约束，近年来，由于船舶驾驶员对桥梁的净空高度估计不足而导致的船毁桥损事故时有发生。同时，如何降低由于桥梁通航净空高度限制而导致的船舶碰撞事故概率，一直以来都是桥梁运营单位关注的重点，也给管理机构安全监管带来巨大压力。为保障船舶在桥区安全航行及桥梁安全，船舶通过桥梁前对桥梁的净空高度准确掌握尤为重要。目前，通航水域桥梁通常借助安装桥梁助航标志、警示牌等来提醒过往船舶，也有在桥区水域采取设置橡胶、浮球等实体防撞装置进行被动式防撞。一方面，常常由于某一水域桥梁众多，加之水位、水流多变，船舶驾驶员往往难以准确掌握某一桥梁水面以上实时高度，另一方面，由于被动式防撞装置通常设置于桥梁以外一定距离或者实体保护某个桥墩，船舶与桥梁顶部或桥墩发生触碰或即将发生碰撞时，被动式防撞装置通常难以起到有效防护。

根据《内河通航标准》(gb50139-2014)和《海轮航道通航标准》(jts180-3-2018)，桥梁通航净空高度为代表船型水线以上高度与富裕高度之和，起算面为设计最高通航水位。富裕高度是为保障跨越桥梁船舶行驶安全而设置的富裕量。若要保证船舶安全通过桥梁，船舶水线以上至最高固定点高度必须要小于桥梁通航净空高度。通常情况下，受水位调控、潮汐、大风等因素影响，水位会有一定的变化，对船舶驾驶员而言，桥梁实时通航高度也就难以准确判断，船舶通航便存在一定的风险，因此，提前掌握准确的实时通航高度及其他主要通航环境信息，对于保证船舶航行安全及桥梁安全至关重要。

2014年11月5日公开的公开号cn203931389u的中国专利公开了一种桥梁通航高度实时显示系统，包括通航高度显示屏、主控板、水位计、无线传输终端、led监控板和太阳能供电模块，所述主控板分别与水位计和无线传输终端连接，所述主控板的输出端通过led监控板进而与通航高度显示屏的输入端连接，所述主控板的输入端与太阳能供电模块的输出端连接。该系统仅考虑对于近距离船舶警示，未考虑到计划通航船舶，并且该系统在突发断电或故障、夜间或能见度较差时不能实现有效的警示。

2019年11月26日公开的公开号cn110500992a的中国专利公开了一种桥梁通航净空尺度实时监测预警系统及方法，主要由四个部分组成：桥梁通航净高数据测量终端、数据通信网络、数据监测中心、预警信息发布平台；该系统集桥梁监测、预警、数据传输、数据分析及信息发布于一体，是一种综合性桥梁通航净空尺度实时监测预警系统。该系统主要是船舶被动式警示，对于自身满足通航要求或小型船舶而言，被动式警示反而会造成信息过多干扰或信息不准误导。一方面，预警信息仅为通航净空尺度且为实时预警不能进行短期预测，另一方面，桥区航行时也无大屏幕、倒水尺板的直观有效核对的功能。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种桥区水域船舶通航预警方法，该方法通过船舶自身主动式了解和掌握桥梁通航信息，融合“近程直接显示+远程主动查询”方式及时准确了解桥区水域的通航信息，实现通航信息的提前警示，进而提前有效提醒船舶驾驶员作出合理判断。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种桥区水域船舶通航预警方法，包括：

对桥区水域的水位、水流信息进行采集和上传；

对所述水位、水流信息进行处理，生成桥区水域通航信息；

对所述桥区水域通航信息进行近程显示和远程上传；

对远程上传的所述桥区水域通航信息进行主动查询。

优选地，所述方法进一步包括：在进行主动查询时，输入当前船舶的水线以上高度，得到船舶在桥区通航是否受限并计算给出净空富裕高度值，进而初步判定船舶是否能够通过所查询的桥区水域。

优选地，所述方法进一步包括：在船舶能够通过所查询的桥区水域时，自动提取船舶的位置信息，得到当前船舶到达预警区域的距离，依据所述距离及船舶平均航速计算到达预警区域的时间，生成预警区域到达提醒。

优选地，所述方法进一步包括：当船舶到达预警区域时，自动推送预警区域到达提醒，提醒当前船舶谨慎驾驶，加强瞭望，主动查看近程显示的桥区水域通航信息。

进一步地，所述方法进一步包括：对桥区的水位、水流信息按照预定步长进行采集和上传，当第n次上传的水位、水流信息与第n-1次上传的水位、水流信息的差异大于预设的阈值范围时，则在第n次采集步长内对所述桥区的水位、水流信息进行第n+1次采集和上传，如果第n+1次上传的水位、水流信息与第n次、第n-1次上传的水位、水流信息的差异均大于预设的阈值范围，则调整采集步长，并对预设区域内的所有船舶发送警示信息。

优选地，所述方法进一步包括：通过app或微信小程序的形式对所述桥区水域通航信息进行主动查询。

进一步地，所述桥区水域通航信息通过大屏幕显示装置结合倒水尺的形式进行近程显示。

进一步地，所述桥区水域通航信息包括实时净空高度、桥区实时水深、水流速度、水流方向、桥梁净空宽度。

一种实施所述方法的桥区水域船舶通航预警系统，包括水位测量装置、水流测量装置、远程集成终端、近程显示终端、桥区水域船舶通航预警平台和自主查询终端，所述水位测量装置、水流测量装置分别与远程集成终端相连，以将测量的水位、水流信息传输至远程集成终端；所述远程集成终端与近程显示终端相连，以将集成所述水位、水流信息的桥区水域通航信息传输至近程显示终端进行显示；所述远程集成终端与桥区水域船舶通航预警平台相连，以将所述桥区水域通航信息上传至桥区水域船舶通航预警平台；所述自主查询终端与桥区水域船舶通航预警平台相连，通过所述自主查询终端登录桥区水域船舶通航预警平台远程查询所述桥区水域通航信息。

优选地，所述水位测量装置为多功能水尺，所述多功能水尺包括倒水尺和与倒水尺连接固定的水位传感器；所述水流测量装置包括水流流速测量传感器和水流方向测量传感器；所述近程显示终端分别设置在通航孔上方的桥梁梁板的两侧面，所述近程显示终端的底端不超过桥梁梁板的底面；所述自主查询终端包括手机、平板或其他智能移动终端。

优选地，所述自主查询终端通过登录app或微信小程序的形式进入桥区水域船舶通航预警平台。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明提供一种预警方法，将现场的桥区水域的水位、水流信息进行采集和上传，通过后台对所述水位、水流信息进行处理，并生成具有固定显示样式的桥区水域通航信息，所述通航信息一方面发送至桥梁显示终端进行近程显示，便于船舶驾驶员近程直观查看拟通过桥区水域通航信息，另一方面传输至桥区水域船舶通航预警平台，船舶驾驶员可通过自主查询终端提前主动远程查询拟通过桥区水域通航信息，便于及早做出判断。本发明通过“近程直接显示+远程主动查询”方式实现通航信息的提前警示，进而提前有效提醒船舶驾驶员作出合理判断，以减小船毁桥损的事故几率。

(2)本发明在进行主动查询时，可通过当前船舶的水线以上高度得到是否能够通过所查询桥梁的信息，以便及早做出合理判断；另外，在主动查询阶段获知能够通过所查询桥梁时，可通过当前船舶的位置及船舶平均航速获知何时能够到达所查询桥梁的预警区域，并在达到该预警区域时能够收到预警提醒推送，提醒船舶驾驶员通过大屏幕显示装置结合倒水尺主动查看近程显示的通航信息，确保所获取通航信息的准确性和可靠性。

(3)本发明提供一种预警系统，该预警系统通过水位测量装置测量得到水位信息，通过水流测量装置测量得到水流信息，通过远程集成终端对所述水位、水流信息进行集成规范化处理为桥区水域通航信息，并将所述桥区水域通航信息传输至近程显示终端进行显示，以便于船舶驾驶员近程直观查看拟通过桥区水域通航信息；同时，所述远程集成终端将所述桥区水域通航信息传输至桥区水域船舶通航预警平台，船舶驾驶员可通过自主查询终端提前主动远程查询拟通过桥区水域通航信息，便于及早做出判断；该预警系统融合“近程直接显示+远程主动查询”方式实现通航信息的提前警示。

附图说明

图1为根据本发明实施例的预警方法的流程图。

图2为根据本发明实施例的预警系统结构示意图。

图3为根据本发明实施例的多功能水尺示意图。

图4为根据本发明另一实施例的预警系统结构示意图。

图中：1、水位测量装置；2、水流测量装置；3、远程集成终端；4、近程显示终端；5、桥区水域船舶通航预警平台；6、自主查询终端；7、其他信息测量装置；8、无线传输模块；9、供电模块；10、水位传感器。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

一方面，本发明提供一种桥区水域船舶通航预警方法，如图1所示，包括：对桥区水域的水位、水流信息进行采集和上传；对所述水位、水流信息进行处理，生成桥区水域通航信息；对所述桥区水域通航信息进行近程显示和远程上传；对远程上传的所述桥区水域通航信息进行主动查询。本发明将获取的桥区水域通航信息一方面发送至桥梁显示终端进行近程显示，另一方面上传至桥区水域船舶通航预警平台，由较远距离外的船舶驾驶员进行远程主动查询，通过这种“近程直接显示+远程主动查询”的方式使得船舶驾驶员能够提前了解桥区水域的通航情况，便于及早做出判断。

作为一种实施方式，所述方法进一步包括：在进行主动查询时，输入当前船舶的水线以上高度，得到船舶是否能够通过所查询的桥区水域。如果不能够通过，则需及早做出判断，可选择在合适水域抛锚等待合适时机通过桥区水域，也可通过调节装载或压载形式调节船舶水线以上高度。需要说明的是，主动查询阶段获知的船舶能够通过所查询桥梁的判断，是基于推算时间到达桥区时所查询桥区水域预测的水位、水流信息决定的，在船舶航行至桥区水域前，可重复查询该桥梁的通航信息，特别是在恶劣天气时，可通过多次主动查询及时了解到拟通过桥梁最新的通航情况，及早做出合理判断。

作为一种实施方式，如果船舶能够通过所查询的桥区水域，则自动提取船舶的位置信息，得到当前船舶到达预警区域的距离，依据所述距离及船舶平均航速计算到达预警区域的时间，生成预警区域到达提醒。船舶的位置信息可由gps定位装置获得。所述预警区域可根据需要，视水文、气象及能见度条件提前设定为距离桥区的一定安全范围。

作为一种实施方式，所述方法进一步包括：当船舶到达预警区域时，自动推送预警区域到达提醒，提醒当前船舶谨慎驾驶，加强瞭望，主动查看近程显示的桥区水域通航信息。通过推送预警区域到达提醒，可以使船舶驾驶员在及早查看桥区水域的近程显示的通航信息，与远程主动查询通航信息进一步核对，使船舶驾驶员能够掌握拟通过的桥区水域在较长一段时间内的通航信息变化情况，为其安全通过桥区水域提供可靠的信息支持。与现有技术中仅通过倒水尺等显示的通航信息或通过警示系统发布警示信息方式，本发明更能够有效提高船舶通过桥区水域的安全性。

作为一种实施方式，所述方法进一步包括：对桥区的水位、水流信息按照预定步长进行采集和上传，当第n次上传的水位、水流信息与第n-1次上传的水位、水流信息的差异大于预设的阈值范围时，则在第n次采集步长内对所述桥区的水位、水流信息进行第n+1次采集和上传，如果第n+1次上传的水位、水流信息与第n次、第n-1次上传的水位、水流信息的差异均大于预设的阈值范围，则调整采集步长，并对预设区域内的所有船舶发送警示信息。水位、水流信息与船舶安全通过桥区水域紧密相关，如果水位、水流信息在短时间内变化较大，超出预设的阈值范围，则表示当前桥区水域的通航情况不稳定，需要船舶驾驶员提高安全警惕性。桥区水域船舶通航预警平台监管人员在掌握到上述情况后，可通过向自主查询终端发出警示信息，或者通过ais短信息服务和vhf紧急呼叫等多途径发布警示信息，保障及时准确地将警示信息发布到船舶的通信终端，确保船舶安全通过桥区水域。

作为一种实施方式，所述方法进一步包括：通过app或微信小程序的形式对所述桥区水域通航信息进行主动查询。船舶驾驶员可在手机、平板或其他智能移动终端上安装app或微信小程序，通过app或微信小程序登录桥区水域船舶通航预警平台，对桥区水域通航信息进行主动查询。

作为一种实施方式，所述桥区水域通航信息通过大屏幕显示装置结合倒水尺的形式进行近程显示。所述大屏幕显示装置可选用显示效果较好的户外led显示屏。

作为一种实施方式，所述桥区水域通航信息包括实时净空高度、桥区实时水深、水流速度、水流方向、桥梁净空宽度。

另一方面，本发明提供一种实施所述预警方法的桥区水域船舶通航预警系统，请参阅附图2，所述桥区水域船舶通航预警系统，包括水位测量装置1、水流测量装置2、远程集成终端3、近程显示终端4、桥区水域船舶通航预警平台5和自主查询终端6，所述水位测量装置1、水流测量装置2分别与远程集成终端3相连，以将测量的水位、水流信息传输至远程集成终端3；所述远程集成终端3与近程显示终端4相连，以将集成所述水位、水流信息的桥区水域通航信息传输至近程显示终端4进行显示；所述远程集成终端3与桥区水域船舶通航预警平台5相连，以将所述桥区水域通航信息上传至桥区水域船舶通航预警平台5；所述自主查询终端6与桥区水域船舶通航预警平台5相连，通过所述自主查询终端6登录桥区水域船舶通航预警平台5远程查询所述桥区水域通航信息。

所述的预警系统采用数据通信网络作为通信链路，该通信链路配置为无线方式，水位测量装置1、水流测量装置2、远程集成终端3、近程显示终端4、桥区水域船舶通航预警平台5和自主查询终端6均内置无线传输模块。所述无线传输模块可选用基于gprs接入方式的无线传输sim卡，水位测量装置1和水流测量装置2将测量的水位、水流数据采用gprs接入方式传输到远程集成终端3，远程集成终端3将集成的桥区水域通航信息采用gprs接入方式传输到近程显示终端4和桥区水域船舶通航预警平台5，自主查询终端6采用gprs接入方式登录桥区水域船舶通航预警平台5。

本发明通过远程集成终端3对现场测量得到的水位、水流信息进行集成规范化处理，得到包括桥梁实时净空高度、桥区实时水深、垂线平均流速、流向的桥区水域通航信息，并将所述桥区水域通航信息传输至近程显示终端4进行显示，以便于船舶驾驶员近程直观查看拟通过桥区水域的通航信息；同时，所述远程集成终端3将所述桥区水域通航信息传输至桥区水域船舶通航预警平台5，船舶驾驶员可通过自主查询终端6登录桥区水域船舶通航预警平台5远程查询所述通航信息，使得船舶驾驶员能够在较远距离外主动获取拟通过桥区水域的通航信息；本发明通过“近程直接显示+远程主动查询”方式实现通航信息的提前警示，进而提前有效提醒船舶驾驶员作出合理判断，以减小船毁桥损的事故几率。

作为一种实施方式，请参阅附图2，所述水位测量装置1选用多功能水尺。所述多功能水尺具备实体显现和电子感应两种功能，包括倒水尺、与倒水尺连接固定的水位传感器10和与水位传感器10连接的供电模块9。

其中，所述倒水尺固定在通航孔两侧的桥墩上，其外形与桥墩外形相匹配，若桥墩外缘呈弧形则可设计为弧形。倒水尺的水尺板上标有水尺刻度，水尺刻度在桥梁结构物底缘处设置为“0”，数字由上至下依次变大。水尺刻度的字体大小及颜色以醒目为目的，可为蓝底白字或绿底白字等。倒水尺的大小可视桥梁净空高度具体确定。倒水尺可采用不锈钢或新型无机材料材质。水尺安装时应与水面垂直，并进行垂线校正。

另外，所述水位传感器10设置在桥区水域设计的最低水位与最高水位之间，每间隔一段时间采集一次数据，间隔的时间步长可根据实际环境结合需要自行设置。所述水位传感器10具有无线传输模块8，所述无线传输模块8与远程集成终端3相连，所述无线传输模块8可以选用无线传输sim卡。所述水位传感器10感应的输出数据为水面以上至与桥梁结构物上部结构底缘的高度，即为桥梁实时净空高度，该数据经采集后通过无线传输模块8传输至远程集成终端3。所述远程集成终端3首先对桥梁实时净空高度数据进行分析，显示桥梁实时净空高度，进而，由已知泥面与桥梁结构物上部结构底缘的高度减去桥梁实时净空高度，得到通航孔中间水域实时水深，即桥区实时水深。

所述供电模块9包括220v供电或太阳能供电系统，所述供电模块9一端与水位传感器10连接，另一端与供电系统连接。所述太阳能供电系统设置在桥梁梁板上侧位置，包括太阳能板和配电箱，所述配电箱可切换220v供电电路或太阳能供电电路。所述太阳能供电系统可为水位、水流测量装置、近程显示终端、警示组件等供电。

作为一种实施方式，所述水流测量装置2包括水流流速测量传感器和水流方向测量传感器。所述的水流测量装置具有基于gprs通信原理的无线传输sim卡实现数据的无线传输功能。所述水流测量装置2可布设在桥区附近，非通航孔水域或附近桥区浮标处，测量水域尽可能不受桥墩紊流影响或影响较小。水流测量装置2每间隔一段时间采集一次数据，间隔的时间步长可根据实际环境结合需要自行设置，水流数据经采集后传输至远程集成终端3。若桥区附近已布设合适水流测量装置2，为节约成本，则可直接引用相关测量数据。

作为一种实施方式，所述远程集成终端3主要是集成多功能水尺采集的水位信息和水流测量装置2采集的水流信息，所述水位、水流信息经集成规范化处理后，得到具有固定显示格式的实时净空高度、桥区实时水深、垂线平均流速及水流方向。对于桥梁分布较多且差异性较大的水域，连接远程集成终端3的桥区水域船舶通航预警平台5可设置在船舶交通管理中心，以便于海事管理机构实时掌握桥梁水域主要通航要素，特殊情况下，及时警示过往船舶注意桥区航行安全。

作为一种实施方式，所述近程显示终端4分别设置在通航孔上方的桥梁梁板的两侧面的显著位置，通常位于通航孔上方桥梁梁板的中心位置，供不同方向来船参考，其大小可根据具体情况差异化确定。所述近程显示终端4可通过钢结构的固定架固定安装于桥梁梁板的侧面，其底端不超过桥梁梁板的底面，避免底端悬空而影响桥梁通航净空高度。

进一步地，所述近程显示终端4为led显示屏。led显示屏显示内容包括：实时净空高度、桥区实时水深、流速、流向等。另可根据需要，增加桥梁净空宽度、风力、能见度、日期时间等信息。风力和能见度等信息可由气象部门或附近已有采集设备引入，如图3所示的其他信息测量装置7。

作为一种实施方式，所述自主查询终端6包括手机、平板或其他智能移动终端。所述远程集成终端3将桥区水域通航信息传输至桥区水域船舶通航预警平台5，所述自主查询终端6通过登录app或微信小程序的形式进入桥区水域船舶通航预警平台5，实现对所述桥区水域通航信息进行远程查询，主动了解拟通过桥区水域的通航信息，实现通航信息的提前警示，进而有效提醒船舶驾驶员作出合理判断。

进一步地，所述自主查询终端6的查询界面可包括桥梁实时信息和短时(24小时)预报信息，该短时预报信息由桥区水域船舶通航预警平台5生成，以期每隔5～10分钟更新一次实时数据及短时预报信息。

所述桥区水域船舶通航预警平台5设置在船舶交通管理中心，用于存储远程集成终端3传输的桥区水域通航信息并发出短时预报信息；所述桥区水域船舶通航预警平台5包括无线传输接收端和工业控制计算机，所述无线传输接收端接收远程集成终端3传输的桥区水域通航信息，所述工业控制计算机存储通航信息并进行短时预报。另一方面，所述桥区水域船舶通航预警平台5还可以是集成有无线传输模块、存储模块、查询模块、数据统计模块、短时预报模块、可视化展示模块及系统设置模块的软件平台，该平台可在多种终端上使用。所述船舶交通管理中心还负责监管和维护上述的水位测量装置1、水流测量装置2、其他信息测量装置7等。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。