一种桥梁防撞预警系统及实现方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种桥梁防撞预警系统，属于船舶交通管理技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着国民经济和交通运输的迅速发展，一方面通过建造跨江跨海的大型桥梁，以 缓解交通压力、促进陆路交通；另一方面增加运输船舶的吨位和数量，以提高水上运输能 力。对于水上运输船舶而言，桥梁成为人工障碍物。桥梁受船舶撞击事故时有发生，由此而 诱发的桥梁跨塌事件日益增多。长江大桥、跨海大桥已成为我国陆上交通的主动脉，船撞桥 的问题尤其显得突出。
[0003] 桥梁的船撞事故轻则桥梁损伤，重则引起桥梁垮塌、人员伤亡，不仅导致重大直接 经济损失和巨大间接经济损失，而且产生恶劣的社会影响。因此，加强桥梁防撞技术研宄、 建立桥梁防撞设施，以防止事故发生、减轻事故损失，不仅非常必要，而且十分迫切。
[0004] 桥梁的防撞措施一般分为两种方式：被动防撞和主动防撞。被动防撞是一种结构 防撞技术，利用护舷、拦阻索系统、柔性耗能装置等构建桥梁防撞设施，目的是减少船舶碰 撞桥梁后产生的作用力，减轻碰撞造成的损失。至目前为止，国内外对桥梁防撞的研宄主要 集中于被动防护（结构防撞）技术，研宄成果较为丰富。主动防撞就是在桥区附近建立桥 梁防船撞预警系统来引导船舶航行，避免或者减少船撞事故的发生。可见主动防撞是积极 的防预措施，具有预先防范、成本低的特点。
[0005] 经检索发现，中国实用新型专利CN 201788591 U提出了一种基于AIS的江海大桥 主动防撞系统，其利用数据处理单元对过往船舶的运动态势进行分析，预测船舶过桥时与 通航主桥墩的距离，据此自动或人工对过往船舶进行提示或警告，使船舶驾驶员及早认清 船舶的航行状况，采取有效措施安全过桥。可见该方案主要针对桥墩防撞而设计，并未涉及 桥梁下弦的防撞。
[0006] 中国发明专利申请CN 102915650 A则提出了一种基于交会摄影的桥梁水域船舶 通航安全预警设备，利用交会摄影测量技术、图像处理技术，实现对船舶识别，识别信息中 含有船高，因此可认为使用设备能够实现桥梁下弦的防撞预警。发明人研宄发现，该方案存 在船舶的识别过程复杂，数据处理量大等缺陷。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于：克服上述现有技术的缺陷，提出一种桥梁防撞预警系统及实 现方法。
[0008] 为了达到上述目的，本发明提出的桥梁防撞预警系统，组成包括：
[0009] AIS接收及解析设备，用于持续地接收船舶AIS报文，对船舶AIS报文进行解析并 存入数据库，从船舶AIS报文中解析出的信息包含有船舶地理坐标信息、船舶MMSI码、船舶 长度、船舶宽度、船舶名称、船舶IMO号、船舶对地航速和船舶对地转向角；
[0010] 监控摄像机，分别设置于桥梁上游预设距离和下游预设距离处河岸附近的云台 上，用于拍摄目标船舶，并将数据传递给计算机处理设备，桥梁上游预设距离和下游预设距 离之间的河道范围为预警区域；
[0011] 水位传感器，用于实时监测桥梁附近水位高度，所述水位传感器的数据输出发送 给计算机处理设备，以计算当前通航高度；
[0012] 计算机处理设备，用于将进入预警区域内船舶的地理坐标信息发送给云台的控制 模块，或将该地理坐标信息进行处理后形成指令发送给云台的控制模块，令其控制云台使 监控摄像机以合适的水平角度和俯仰角度对准目标船舶进行拍摄；计算机处理设备根据拍 摄角度、拍摄点与船舶的距离和船舶在图像中露出水面的像素高度计算船高，据此进行船 舶撞击桥梁下弦的风险判断，并通知管理人员；
[0013] VHF电台，用于呼叫有撞击风险的船舶对其进行指挥。
[0014] 本发明桥梁防撞预警系统，还具有如下进一步的特征：
[0015] 1、所述AIS接收及解析设备包括用于接收船舶AIS报文的AIS接收仪器、与该AIS 接收仪器的数据输出端连接的AIS报文解析与记录服务器。
[0016] 2、所述计算机处理设备包括：视频监控设备和防撞预警信息处理设备，所述视频 监控设备接收监控摄像机拍摄的视频，采用动态目标识别算法在视频中识别出该船舶并去 除背景；防撞预警信息处理设备根据拍摄角度、拍摄点与潜在威胁船舶的距离和潜在威胁 船舶在视频图像中的像素高度计算潜在威胁船舶的船高，并进行撞击风险判断。
[0017] 3、所述船舶AIS报文中的地理坐标信息、船舶MMSI码、船舶长度、船舶宽度、船舶 名称、船舶IMO号、船舶对地航速和船舶对地转向角被解析后存入数据库，所述计算机处理 设备读取数据库中的船舶信息，将可能撞击桥梁下弦的船舶作为待判断船舶进行高度测量 并判断撞击风险。
[0018] 4、所述监控摄像机由可见光摄像机和热像仪构成，可见光摄像机和热像仪同时对 潜在威胁船舶进行拍摄，计算机处理设备根据天气情况选择成像较好的视频进行船高识 别。
[0019] 此外，本发明还提供了一种桥梁防撞预警的实现方法，包括以下步骤：
[0020] 第1步、AIS接收仪器持续的接收船舶发来的AIS报文，并发送给AIS信息处理服 务器；
[0021] 第2步、AIS信息处理服务器解析AIS信息，将船舶的地理坐标信息、船舶丽SI码、 船舶长度、船舶宽度、船舶名称、船舶頂〇号、船舶对地航速和船舶对地转向角存储到数据 库中，每条船舶的地理坐标信息以能够被连贯读取的形式进行存储；
[0022] 第3步、计算机处理设备读取数据库，根据船舶类型、船舶长度和船舶宽度将可能 撞击桥梁的船舶作为潜在威胁船舶，并根据船舶地理坐标动态跟踪潜在威胁船舶的地理位 置；
[0023] 第4步、潜在威胁船舶进入预警区域后，计算机处理设备对潜在威胁船舶的最新 地理坐标信息处理后形成指令发送给云台的控制模块；
[0024] 第5步、云台控制模块接收到指令后，控制监控摄像机以合适的水平角度和俯仰 角度对准潜在威胁船舶进行拍摄，并将拍摄的视频发送给计算机处理设备；
[0025] 第6步、计算机处理设备采用动态目标识别算法在视频中识别出该船舶并去除背 景，根据拍摄角度、拍摄点与潜在威胁船舶的距离和潜在威胁船舶在视频图像中的像素高 度计算潜在威胁船舶的船高，将船高与当前通航高度进行比较，如果小于当前通航高度M 米，则允许通行，其中M的取值范围为人工预先设定；否则提醒工作人员进行人工确认；
[0026] 第7步、一旦确认潜在威胁船舶有撞击桥梁下弦的风险，工作人员立刻通过VHF电 台联系该船舶，或通知海事部门。
[0027] 进一步的，所述第6步中，当前通航高度通过安装于桥梁附近水面的水位传感器 采集后，发送给计算机处理设备，由计算机处理设备计算获得。
[0028] 更进一步的，为了提高系统的安全性，所述第6步中，测量获得船高后，若船高高 于人工预设阈值，则工作人员目测潜在威胁船舶在视频图像中露出水面的像素高度并进行 标注，由计算机处理设备重新计算潜在威胁船舶的船高，随后再由计算机处理设备进行撞 击风险判断。
[0029] 本发明一改传统防撞预警系统中摄像机设置于桥面的方案，而将摄像机分别设置 于桥梁的上游和下游（2-10KM)的河岸上，用来监控进入预警区域的船舶，以获得较长的防 撞预警时间，从而实现超前预警，给船舶调度争取到更多的时间，确保桥梁的安全以及船舶 的安全通行。
[0030] 本发明通过船舶的地理坐标信息实现对船舶的准确拍摄，并在图像中识别出船 舶，去除背景后根据拍摄角度、拍摄点与船舶的距离和船舶在图像中的像素高度，进行船高 的计算，船高与通行高度进行比较后，方可实现防撞风险判断。该技术提高了风险船舶高度 的识别效率和识别准确度，使防止船舶撞击桥梁下弦的预警能够在现实中得以运用，经试 验表明取得良好的效果。
[0031] 作为进一步的改进，本发明利用船舶AIS报文提取的信息初步剔除没有撞击风险 的船舶，使判断目标集中在潜在威胁船舶上，减轻了系统运行的负担，从而系统和人员有充 足的时间判断每艘潜在威胁船舶的撞击风险，提高系统运行的可靠性和准确性。
[0032] 此外，监控摄像机含有可将光摄像机和热像仪，确保系统可以在各种天气状态下 安全运行，提高系统的适应性。
【附图说明】
[0033] 下面结合附图对本发明作进一步的说明。
[0034] 图1是本发明桥梁防撞预警系统组成示意图。
[0035] 图2是本发明桥梁防撞预警系统的实现方法流程图。
【具体实施方式】
[0036] 下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
[0037] 如图1所示，为本实施例桥梁防撞预警系统，主要由预警信息处理中心、上游监控 站点、下游监控站点和水位监测设备构成。
[0038] 预警信息处理中心包括有：AIS接收机、数据采集与处理服务器；防撞预警信息处 理计算机、视频监控计算机；数据记录服务器和VHF电台。
[0039] 上、下游监控站点分别设置于桥梁上下游3-5公里左右的河岸上，每个监控站点 具有监控摄像机和可调节拍摄角度的云台，该监控摄像机由可见光摄像机和热成像仪构 成，能够在不同天气情况下的进行拍摄。
[0040] 水位监测设备包含有安装于桥梁附近水域的水位传感器。