专利名称：一种可重复利用的桥墩防撞击自主触发式预警和防护装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及桥梁安全监测和防护领域，具体地说，涉及的是一种用于桥墩防撞击预警和防护的智能控制装置。
背景技术：
随着我国交通运输发展，跨海和跨江大桥越来越多，水运交通越来越繁忙，导致船舶撞击桥梁灾难性事故经常发生。有动量定理可知:船舶撞击桥墩时，速度快时间短，冲击力大，很容易导致桥梁坍塌，造成巨大的经济损失。为了保证桥梁安全运行，应对其主要构件桥墩应进行防撞击设计。给桥墩设置有效的防护装置可在极大程度上防止桥梁因船舶撞击力过大而破坏，或者通过缓冲消能延长船舶的撞击时间，减少船舶撞击力，保护桥梁的安全。
目前桥墩防撞设备主要基于缓冲消能原理，将船撞击能量通过弹性材料吸收，从而降低对桥墩的冲击力。现有桥墩防撞击的防护装置主要有附着式、重力摆式、薄壳沙围堰、胶囊沙袋、人工岛、群桩、漂浮网状物和非结构物等，然而每种防护装置均有其局限性，如人工岛体积大占航道，施工慢，成本高，不便维修。而桩群只能用于通航船只较小的海域，不利于更换重复使用。
经对现有技术的文献检索，中国专利申请号:201020672597.1，发明名称:一种可改变船舶撞击方向的桥墩防护装置，公开号:CN201924321U，该专利提供了一种即可以缓冲吸能又可改变船舶撞击方向从而达到较小冲击力，双重防护桥墩的装置。但该装置由防撞钢梁，导向托辊组成，一旦撞击力大易造成导向托辊破坏后很难继续转动，而且整个装置位于海水中，其部件易受海水腐蚀破坏，难以维修和更换。中国专利号:CN200920007140.6，发明名称:一种声光报警桥墩防撞装置，公开号:CN201390950,该专利提供了一种桥墩撞击预警装置，但该装置由桥墩、感应装置和声光报警装置组成，能对船只起到提前预警作用。该装置虽然可以有效减少事故发生的概率，但没能将预警和防护结合，在突发不可避免的情况下不能有效保护桥墩。可见现有的防护装置很难实现对船撞桥实时监测预警和防护，而且防护装置不易维修和更换，重复利用价值很低。
随着计算机科学的发展，带动电子技术，传感技术，控制技术的飞跃，促使现代电子设备正向着智能化和自动化的方向发展。大型预警监控系统应运而生，其智能化的特点可节省大量人工时间以及劳动力。因此研究一种对于桥墩实时监控并对撞击预警和防护的一套智能装置非常有必要。发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种既能智能预警达到防止撞击的目的，同时在危险紧急情况下又能自主触发控制撞击造成的危害的一套智能化防护装置，该装置简单易行，将预警和防护结合，可以有效避免船撞桥事故，而且正常状态下该防护装置不占用航道，可重复利用，具有较高经济效益。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案:
一种可重复利用的桥墩防撞击自主触发式预警和防护装置，主要由感应系统，控制系统和执行系统组成，所述各系统之间用导线和控制电路相连接，其中:
所述感应系统通过红外摄像机探测一定海域范围内船舶，将探测到放大后的红外线信号变成电脉冲信号；
所述控制系统根据感应系统红外线传来的电脉冲信号大小控制输出高低电平，例如根据距离远近输出电平逐渐升高；
所述执行系统根据控制电路电平高低，分别接通预警、防护两套执行装置的电路开关，进行预警和/或防护功能，当船舶驶入监控预警区域，预警设备触发预警灯亮并有警报声，船舶可由警报调整航行方向，避免撞击桥墩；当船舶继续前进驶入危险区域，防护设备将自动触发防护套筒下降至水面，从而可以起到缓冲吸能效果，减少桥墩撞击破坏作用。撞击后当船舶驶离监控海域，红外摄像头探测不到信号时，预警和防护设备将会复位，装置可重复利用。
优选地，所述感应系统由红外摄像机，红外线接收器，集成电路板组成红外线接收、整形和放大电路。所述红外摄像机位于桥墩上方，绕墩身四周布置4个监测点。所述导线将红外摄像机探头和控制系统相连。
优选地，所述控制系统由集成电路，及其外围晶体管，二极管，电阻元器件组成，根据感应系统红外线传来的电脉冲信号大小控制输出高低电平，例如根据距离远近输出电平逐渐升高。安装于桥墩附近主梁上。
优选地，所述执行系统包括预警和防护两套设备，根据控制电路电平高低，分别接通不同执行装置的电路开关，进行预警和防护功能。所述预警设备主要包括预警灯和警报器。所述信号灯可根据距离可以设置不同颜色的预警等级。所述防护设备由安装在墩身处的导轨系统和外围缓冲套筒组成。
优选地，所述导轨系统包括支架，定滑轮，槽型导轨以及导轨下部支承垫板。所述支架与墩身固定，所述定滑轮安装于支架上方，下部钢绳与缓冲套筒相连，定滑轮由电路系统的小型电动机控制升降。所述槽型导轨沿墩身固定，每隔90度共布置四个。所述支承垫板支撑套筒下缘，位于导轨下方并固定在桥墩上，可由控制电路控制位置其位置，实现支撑作用。
优选地，所述缓冲套筒由橡胶套筒，弹性吸能材料，以及滑块组成。橡胶套筒上缘由四个定滑轮悬吊，下缘由挡板支撑，橡胶套筒内侧每个导轨槽处安装2-3个滑块。能保证紧急情况下橡胶套筒可沿导轨下滑至水中。所述橡胶套筒内部填充弹性吸能材料。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果:①智能化预警，可有效避免事故。②防护装置可自动升降，正常不占用航道，防护装置脱离水面，不易被海水腐蚀，延长防护装置的寿命。③对于非破坏性撞击，防护装置上升复位，可重复利用；对于破坏性撞击，可切断钢丝绳，更换套筒即可。其智能化预警可以使船只根据信号灯的颜色可知处于范围，并可及时更改行驶方向，以避免船撞墩事故发生。同时在正常状态下，防护装置的导轨和套筒系统均位于桥墩上方，不占用航道，可以避免因浸泡海水中造成装置部件腐蚀失效。对于危险紧急时刻来不及避免的事故，系统将自主触发落下防护套筒，从而起到缓冲保护桥墩作用。轻微破坏撞击后，可通过滑轮系统将防护装置提升原来位置，从而重复利用。严重撞击破坏后，切断钢丝绳，对套筒进行更换后便可继续使用。
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
图1是本发明装置工作流程图。
图2是装置各部件在桥梁上安装布置图。
图3是红外探头在桥墩处立面安装位置示意图。
图4是红外探头在桥墩处平面安装位置示意图。
图5是正常情况下防护套筒立面安装布置图。
图6是正常情况下防护套筒平面安装布置图。
图7是危机触发时，防护套筒下落后位置图。
图8是导轨系统立面安装示意图。
图9是导轨系统平面安装示意图。
图中各标号表不:
1.感应系统，2.控制系统，3.预警设备，4.防护设备，5.桥墩，6.支座，7.桥面系，8.主梁；1.1红外线摄像头，3.1预警灯，3.2报警器，4.1套筒，4.2导轨支架，4.3定滑轮，4.4钢绳，4.5槽型导轨，4.6挡板，4.7弹性吸能材料，4.8滑块，4.9支承垫板，4.10螺栓。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图2所示，本实施例提供一种可重复利用的桥墩防撞击自主触发式预警和防护装置，主要由感应系统I，控制系统2和执行系统(包括预警设备3、防护设备4)组成，所述各系统之间用导线和控制电路相连接。感应系统I通过红外线摄像头监控船舶位置，将船墩的距离转化为不同电信号，控制系统2根据电信号强弱分别触发预警和防护设备。当船舶驶入监控预警区域，预警设备触发预警灯亮并有警报声，船舶可由警报调整航行方向，避免撞击桥墩；当船舶继续前进驶入危险区域，防护设备将自动触发防护套筒下降至水面，从而可以起到缓冲吸能效果，减少桥墩撞击破坏作用。撞击后当船舶驶离监控海域，红外摄像头探测不到信号时，预警和防护设备将会复位，装置可重复利用。
如图3-4所示，所述感应系统通过红外摄像机探测一定海域范围内船舶，将探测到放大后的红外线信号变成电脉冲信号。所述感应系统I由红外摄像机1.1，红外线接收器，集成电路板组成红外线接收、整形和放大电路。所述红外摄像机1.1位于桥墩5上方，绕墩身四周布置4个监测点。所述导线将红外摄像机1.1探头和控制系统2相连。感应系统位置安装在墩顶处，绕墩身一周布置四个摄像机监控点，每个红外摄像机监测角度为90度，检测距离为绕墩身半径20m海域。
如图2、3、4所示，所述控制系统2是一个控制箱，该控制箱中由集成电路，及其外围晶体管，二极管，电阻元器件组成，根据感应系统I红外线传来的电脉冲信号大小控制输出高低电平，例如根据距离远近输出电平逐渐升高。安装于桥墩5附近主梁上。
如图2所示，所述执行系统包括预警设备3和防护设备4，根据控制电路电平高低，分别接通不同执行装置的电路开关，进行预警和防护功能。
所述预警设备3主要包括预警灯3.1和警报器3.2。所述预警灯为红色信号灯，警报器为蜂鸣器，安装在主梁上。所述信号灯可根据距离可以设置不同颜色的预警等级。
所述防护设备4由安装在墩身处的导轨系统和外围缓冲套筒组成。
如图5-7所示，所述缓冲套筒由橡胶套筒4.1，弹性吸能材料4.7，以及滑块4.8组成。套筒4.1上缘由四个定滑轮4.3悬吊，下缘由挡板4.6支撑，套筒4.1内侧每个导轨槽处安装2-3个滑块4.8。能保证紧急情况下套筒4.1可沿导轨下滑至一定深度落至水中。所述弹性吸能材料4.7是指多级不同层次的轻质高强吸能缓冲材料，填充于橡胶套筒4.1内部，从而达到多级吸能目的。
如图8-9所示，所述导轨系统包括上部圆形钢板导轨支架4.2，定滑轮，槽型导轨4.5以及导轨下部支承垫板4.9。所述导轨支架4.2与墩身固定，所述定滑轮安装于导轨支架4.2上方，下部钢绳4.4与缓冲套筒相连，定滑轮由电路系统的小型电动机控制升降。所述槽型导轨4.5沿墩身一定高度固定，每隔90度共布置四个。所述支承档板支撑套筒下缘，位于导轨4.5下方，固定在桥墩5上，可由控制电路控制位置其位置，实现支撑作用。
本实施例所述装置具体的使用过程:
第一步:根据桥墩5所处的水域，以及过往船只的大小,估算碰撞能量大小,确定临界安全预警距离和危险触发距离。本例中取预警距离20m，危险触发距离5m。根据桥墩5墩形和高度，年平均水位确定防护套筒和导轨的高度以及在桥墩5上安装的位置。如图4所示。
第二步:如图3所示在桥墩5墩顶四周处布置4个红外摄像机(CA-VP673) 1.1，例如每个红外摄像机监测预警范围为墩身一周半径20m的范围，危险防护范围为墩身一周半径5m的范围，监测角度为90度，用导线和主控制系统2相连。主控制箱固定安装于人行道挑梁下方，便于人工检修和维护。预警信号灯3.1和报警器3.2安装于主梁处。整个系统在桥梁上安装位置示意图如图2所示。
第三步:安装套筒4.1与导轨系统。如图4导轨支架4.2位于靠近墩顶处，定滑轮4.3位于支架上方，滑轮下部钢丝绳4.4悬吊套筒4.1。槽型导轨4.5和套筒高度相同。导轨下部支承挡板4.6由自动开关控制，套筒4.1为管状封闭的橡胶筒，内部充填轻质刚强弹性吸能材料4.7，玻璃纤维，碳纤维，泡沫金属铝等。在套筒内壁处，每个和导轨相对位置导槽轨道上安装2个滑块4.8，即一共安装8个滑块，保证套筒可沿导轨下滑。在套筒安装滑块处内外侧各加一层支承垫板4.9 (即钢垫块)，用螺栓4.10将滑块固定。同样导轨安装桥墩上通过预留孔用螺栓4.10连接。如图6导轨安装示意图所示。
第四步:正常状态下，防护设备4位于水面上放，如图4所示。套筒4.1不占航道，不易被海水腐蚀。危险紧急情况如图5所示，定滑轮固定夹松开，防护套筒下滑至水面上，起缓冲保护作用。
第五步:撞击破坏后，船只驶离监控区域，控制系统2具有一定延时功能，当监测区域内持续一定时间内无船只经过，控制系统将接通电动机开关使电动机逆向转动，防护套筒4.1上升至原来位置，定滑轮处固定夹固定，防护设备4可继续使用。如需更换，则切断钢丝绳，安装新的套筒即可。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
权利要求
1.一种可重复利用的桥墩防撞击自主触发式预警和防护装置，其特征在于所述装置主要由感应系统，控制系统和执行系统组成，所述各系统之间用导线和控制电路相连接，其中: 所述感应系统通过红外摄像机探测一定海域范围内船舶，将探测到放大后的红外线信号变成电脉冲信号； 所述控制系统根据感应系统红外线传来的电脉冲信号大小控制输出高低电平； 所述执行系统根据控制电路电平高低，分别接通预警、防护两套执行装置的电路开关，进行预警和/或防护功能；当船舶驶入监控预警区域，预警设备触发预警灯亮并有警报声，船舶可由警报调整航行方向，避免撞击桥墩；当船舶继续前进驶入危险区域，防护设备将自动触发防护套筒下降至水面，起到缓冲吸能；撞击后当船舶驶离监控海域，红外摄像头探测不到信号时，预警和防护设备将会复位，装置可重复利用。
2.根据权利要求1所述的可重复利用的桥墩防撞击自主触发式预警和防护装置，其特征在于，所述感应系统由红外摄像机，红外线接收器，集成电路板组成红外线接收、整形和放大电路，所述红外摄像机位于桥墩上方，绕墩身四周布置4个监测点，所述导线将红外摄像机探头和控制系统相连。
3.根据权利要求1所述的可重复利用的桥墩防撞击自主触发式预警和防护装置，其特征在于，所述控制系统由集成电路，及其外围晶体管，二极管，电阻元器件组成，安装于桥墩附近主梁上。
4.根据权利要求1所述的可重复利用的桥墩防撞击自主触发式预警和防护装置，其特征在于，所述执行系统包括预警和防护两套设备，所述预警设备包括预警灯和警报器，所述信号灯根据距离设置不同颜色的预警等级，所述防护设备由安装在墩身处的导轨系统和外围缓冲套筒组成。
5.根据权利要求4所述的可重复利用的桥墩防撞击自主触发式预警和防护装置，其特征在于，所述导轨系统包括支架，定滑轮，槽型导轨以及导轨下部支承垫板，所述支架与墩身固定，所述定滑轮安装于支架上方，所述定滑轮通过钢绳与缓冲套筒相连，所述槽型导轨沿墩身固定，每隔90度共布置四个，所述支承垫板支撑缓冲套筒下缘，位于槽型导轨下方并固定在桥墩上。
6.根据权利要求5所述的可重复利用的桥墩防撞击自主触发式预警和防护装置，其特征在于，所述定滑轮由小型电动机控制升降。
7.根据权利要求5所述的可重复利用的桥墩防撞击自主触发式预警和防护装置，其特征在于，所述支承垫板由控制电路控制位置其位置，实现支撑作用。
8.根据权利要求4-7任一项所述的可重复利用的桥墩防撞击自主触发式预警和防护装置，其特征在于，所述缓冲套筒由橡胶套筒，弹性吸能材料，以及滑块组成，橡胶套筒上缘由四个定滑轮悬吊，下缘由挡板支撑，橡胶套筒内侧每个导轨槽处安装2-3个滑块，保证紧急情况下套筒可沿导轨下滑至水中，橡胶套筒内填充弹性吸能材料。
9.根据权利要求8所述的可重复利用的桥墩防撞击自主触发式预警和防护装置，其特征在于，所述橡胶套筒I为管状封闭的橡胶筒。
10.根据权利要求8所述的可重复利用的桥墩防撞击自主触发式预警和防护装置，其特征在于，所述弹性吸能材料是指多级不同层次的吸能缓冲材料。
全文摘要
本发明提供了一种可重复利用的桥墩防撞击自主触发式预警和防护装置，由感应系统，控制系统和执行系统构成。通过感应系统红外线摄像头监控船舶位置，感应系统将船墩的距离转化为不同电信号，控制电路根据电信号强弱分别触发预警和防护装置。当船舶驶入监控预警区域，预警装置触发预警灯亮并有警报声；当船舶继续前进驶入危险区域，防护装置将自动触发防护套筒下降至水面，从而可以起到缓冲吸能效果，减少桥墩撞击破坏作用。撞击后当船舶驶离监控海域，预警和防护装置将会复位，装置可重复利用。该装置将预警和防护结合，可有效避免船撞桥事故，且正常状态下该防护装置不占用航道，不易被海水腐蚀，可重复利用。
文档编号E02B3/26GK103195022SQ20131009730
公开日2013年7月10日 申请日期2013年3月25日 优先权日2013年3月25日
发明者张俊萌, 方从启 申请人:上海交通大学