本发明涉及内河桥区水域船舶超限(超吃水和超高)检查技术领域，特别涉及一种应用于内河桥区水域的超限船舶智能检查预警系统。
背景技术：
随着水运交通的迅速发展，船舶大型化趋势日趋明显。伴随而来的内河船舶的超吃水和超高现象也不断增多，对内河通航船舶的安全造成了严重的隐患。超吃水的船舶在航行过程中极易发生搁浅事故，而且吃水超过定限度的船舶在通过船闸时将与船闸底门槛发生一定程度的碰撞，严重损害船闸设施，危害船舶的行驶安全。而超高船舶在航行过程中也存在很多安全隐患，如超高船舶可造成跨河桥梁和辅助设施的损坏及意外事故的发生，会严重影响航运事业经济效益和运输效率的发挥，甚至威胁到生命安全。因此，发展船舶超吃水和超高检测及预警技术具有重要的意义。
当前，对船舶的超高检测和超吃水检测都是分开进行的，效率较低；而且在检测之后没有进行预警或预警手段落后，对船舶和桥梁的保护不到位。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种应用于内河桥区水域的超限船舶智能检查预警系统，可同时进行船舶超吃水和超高检测，并能在检测后对超限的船舶进行vhf语音自动报警，显著提升通航安全性。
为了实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种应用于内河桥区水域的超限船舶智能检查预警系统，包括：
信息采集与录入模块，用于对经过内河桥区水域的船舶进行身份信息和动态信息的采集；
超限检测装置，设置在河道两侧，包括超吃水检测单元和超高检测单元，分别用于对船舶进行超吃水检测和超高检测；
中心处理模块，与所述信息采集与录入模块和所述超限检测装置连接，用于根据所述超限检测装置的超吃水检测和超高检测结果进行超限判断，根据所述信息采集与录入模块的采集信息确定超限的目标船舶，生成针对所述目标船舶的预警信息；
预警信息远程传输模块，与所述中心处理模块连接，用于利用vhf甚高频传输技术将所述预警信息远程传输给所述目标船舶，并利用局域网传输给指挥中心。
进一步的，所述超吃水检测单元包括微光摄像机，用于对船舶两侧的船体进行拍照。
进一步的，所述中心处理模块按照以下方式判断船舶是否超吃水：
根据船舶载重线图案的轮廓特征，在微光摄像机拍摄的照片中寻找载重线标志所在区域，获取该区域的图像作为载重线区域图像；
对所述载重线区域图像进行处理和识别，判断船舶是否超吃水。
进一步的，采用如下方式对所述载重线区域图像进行处理和识别，判断船舶是否超吃水：
将所述载重线区域图像转换为灰度图，并进行二值化处理；
使用模板匹配算法，将预先存储的船舶超吃水时的载重线图像作为模板图，将二值化后的图像作为比较图，计算两幅图像的匹配度，若匹配度大于预设值，则判断船舶超吃水，否则判断船舶没有超吃水。
进一步的，所述超高检测单元包括红外线报警器，所述红外线报警器分为发射器和接收器两部分，分别安装在河道两侧，位于河道一侧的红外线发射器会对河道另一侧的红外线接收器持续发出红外线。
进一步的，所述中心处理模块按照以下方式判断船舶是否超高：
当接收器未接收到红外线时，红外线报警器向所述中心处理模块传输信息，所述中心处理模块接收到该信息后判定船舶超高。
进一步的，所述红外线报警器的安装位置低于前方桥梁的桥面底部10cm。
进一步的，所述信息采集与录入模块通过ais、ecdis和雷达获取内河桥区水域的通航船舶的身份信息并跟踪监测其航行动态：
所述中心处理模块在判断出存在超吃水或超高船舶时，从所述信息采集与录入模块记录的航行动态中确定正通过所述超限检测装置的船舶为目标船舶，并获取所述目标船舶的身份信息。
进一步的，所述预警信息远程传输模块自动打开vhf甚高频电话，根据所述预警信息向所述目标船舶循环播报告警语音，所述预警信息远程传输模块具有调频播报功能。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1.可同时对船舶进行超吃水和超高检测，节约时间成本和设备成本。
2.对船舶进行超限检测后，可自动对超限船舶进行报警，实现检查与预警相结合。
3.充分利用雷达、ais和ecdis技术进行船舶身份信息和动态信息的识别，提升对船舶的识别和检测效率。
4.采用vhf通信技术进行语音自动预警，更高效地提升通航安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：
图1为本发明一实施例提供的应用于内河桥区水域的超限船舶智能检查预警系统的功能设计图；
图2为本发明一实施例提供的应用于内河桥区水域的超限船舶智能检查预警系统的架构图；
图3为本发明一实施例提供的应用于内河桥区水域的超限船舶智能检查预警系统的网络拓扑图；
图4为本发明一实施例提供的应用于内河桥区水域的超限船舶智能检查预警系统的工作原理图；
图5为船舶超限检测装置现场布置示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的方案作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
请参考附图1～5，本发明提供的一种应用于内河桥区水域的超限船舶智能检查预警系统包括以下模块：
信息采集与录入模块，用于对经过内河桥区水域的船舶进行身份信息和动态信息的采集；
超限检测装置，设置在河道两侧，包括超吃水检测单元和超高检测单元，分别用于对船舶进行超吃水检测和超高检测；
中心处理模块，与所述信息采集与录入模块和所述超限检测装置连接，用于根据所述超限检测装置的超吃水检测和超高检测结果进行超限判断，根据所述信息采集与录入模块的采集信息确定超限的目标船舶，生成针对所述目标船舶的预警信息；
预警信息远程传输模块，与所述中心处理模块连接，用于利用vhf甚高频传输技术将所述预警信息远程传输给所述目标船舶，并利用局域网传输给指挥中心。
本实施例中，所述信息采集与录入模块通过与安装在船舶上的雷达、ais、ecdis等设备通信连接，分别获取相应设备中的数据信息，以获取内河桥区水域的通航船舶的身份信息并跟踪监测其航行动态，并通过信息传输通信设备传输至中心处理模块。
在船舶上安装ais设备以能够获取到桥区水域范围内的通航船舶的航行信息为目标，能够获取船速、船名、船位、船舶类型等信息，该信息能够为桥区水域超限船舶检查提供基础状态信息数据；
在船舶上安装雷达设备能够全方位全天候地捕获航道水域通航船舶的动态，利用雷达回波跟踪船舶航速、航向、船位，能够与ais系统信息形成优势互补，将雷达的优良的跟踪能力与ais的船舶信息相结合进行目标船舶的跟踪监测工作，为管理和预警提供技术基础。
在船舶上安装ecdis设备是为了提供基础的地理信息环境，集成ais以及雷达等相关地理信息数据，结合电子海图开发桥区水域专用的超限船舶智能检查预警的集成显示系统，能够直观显示船舶的超吃水预警信息以及桥区船舶的超高预警信息。
由此，当所述中心处理模块在判断出存在超吃水或超高船舶时，可以从所述信息采集与录入模块记录的航行动态中确定正在通过所述超限检测装置的船舶为目标船舶，并获取所述目标船舶的身份信息。
本实施例中，预先在河道两侧的岸边安装超限检测装置，该装置包括超吃水检测单元和超高检测单元，可同时对船舶进行超吃水检测和超高检测。为了给船舶留出足够的应急处理时间，可将该装置安装在距离桥梁前100米处的河道两侧。
具体的，所述超吃水检测单元包括微光摄像机，用于对船舶两侧的船体进行拍照。利用河道两侧的超限检测装置中微光摄像机可以对两个方向航行的船舶进行超吃水检测。要判断船舶是否超吃水，主要根据船体两侧的载重线标志和吃水情况来判断，当水位超过船舶载重线时，则船舶超吃水。基于该原理，本发明使用微光摄像机对船舶拍照，获取船舶载重线区域的图像，并运用图像比较法进行分析判断船舶是否超吃水。具体而言，当航行船舶经过超限检测装置时，两侧的微光摄像机将对船舶两侧的船体进行拍照，然后发送给中心处理模块，由所述中心处理模块进行数据处理，根据船舶载重线图案的轮廓特征，在微光摄像机拍摄的照片中寻找载重线标志所在区域，获取该区域的图像作为载重线区域图像，然后对所述载重线区域图像进行处理和识别，判断船舶是否超吃水。
在获取船舶载重线图像之后，要对其经行一系列的处理，然后才能被识别和判断。具体而言，首先将所述载重线区域图像转换为灰度图，并进行二值化处理，然后使用模板匹配算法，将预先存储的船舶超吃水时的载重线图像作为模板图，将二值化后的图像作为比较图，计算两幅图像的匹配度，若匹配度大于预设值，则判断船舶超吃水，否则判断船舶没有超吃水。
由于灰度图像可以使后续计算量减少，且超吃水检测不需要用到图片的彩色信息，因此首先利用公式(1-1)将获取的图像从彩色图转换为灰度图。
clay＝0.30r+0.59g+0.11b(1-1)
式(1-1)中：gray为灰度值，r、g、b分别为图片像素中的红色、绿色、蓝色所占分量的值。
将彩色图像转换为灰度图后，还需要对其进行二值化处理，即将图像呈现出明显的黑白效果，这是为了进一步简化后续图像识别的计算量。本系统使用自适应阈值处理法，对灰度图进行二值化处理，将大于阈值的灰度值设为最大值255，此时亮度最大，小于阈值的灰度值设为最小值0，此时亮度最小。
将图像二值化后，将使用模板匹配算法对其进行识别和判断。首先系统将数据库里存储的船舶超吃水时的载重线图像作为模板图t，然后将上述二值化后的图像作为比较图s，利用公式(1-2)计算两幅图像的匹配度，结果越小则匹配程度越高，如果结果小于0.1则认为两幅图像高度匹配，此时系统将判断船舶超吃水，否则认为船舶没有超吃水。
式(1-2)中：d(i，j)为匹配度值，s(x，y)为比较图s在(x,y)处的像素，t(x，y)为模板图t在(x,y)处的像素。
具体的，所述超高检测单元包括红外线报警器，该红外线报警器分为发射器和接收器两部分，分别安装在河道两侧，位于河道一侧的红外线发射器会对河道另一侧的红外线接收器持续发出红外线。只要接收器接收到红外线，则红外线报警器处于正常待机状态；一旦接收器没有接收到红外线，则红外线报警器会自动激活，红外线报警器会向中心处理模块传输该信息，此时所述中心处理模块判定船舶超高。
当航行船舶经过检测装置时，超高的船舶会遮挡住发射器发射出的红外线，使得接收器无法接收到红外线，此时会激活红外线报警器的远程信息传输，中心处理模块收到信息后判定船舶超高；而没有超高的船舶在航行经过检测装置时不会遮挡住红外线，红外线报警器正常待机，此时不会判定船舶超高。
为确保超高检测发挥保护桥梁的作用，该红外线报警器的安装应该低于前方桥梁的桥面底部，同时考虑到水面波浪的起伏，最终将红外线报警器的安装高度设定为比桥面底部低10cm。
本实施例中，所述预警信息远程传输模块采用vhf语音实施自动预警，将ch16频道作为预警信息播发频道。一旦出现船舶超高具有碰撞桥梁风险的情况，则根据告警信号，自动打开甚高频电话，通过语音自动生成软件，自动循环播放“××轮，你已超高，有碰撞桥梁风险，请立即采取措施”；一旦出现船舶超吃水具有搁浅风险的情况，则根据告警信号，自动打开甚高频电话，通过语音自动生成软件，自动循环播放“××轮，你已超吃水，有搁浅风险，请立即采取措施”。此外，由于船只上的甚高频与预警信息远程传输模块的频率不一定能对上，所以预警信息远程传输模块还具有调频播报的功能(该功能可手动开通与关闭)，即预先设定好ch16频道，一旦发生告警，每隔两分钟播报一次，也可以由用户设定固定频道播报。
综上所述，本发明提供的应用于内河桥区水域的超限船舶智能检查预警系统，在内河桥区水域现场安装超限检测装置，系统将通过ais、ecdis和雷达获取附近通航船舶的身份信息和航行状态，进行数据库记录，并对通过检查点的航行船舶利用检测装置上的微光摄像机和红外线报警器进行船舶吃水和船舶超高的检测。一旦系统判断船舶已经超限，将从ais中获取的船舶信息进行提取，并进行数字语音化转换，同时根据预警类别，自动生成数字提示语音，再通过vhf电台控制，自动发送到目标船舶监守的频段中，完成预警信息的传输。本发明实现了超吃水和超高检测同时进行，超限检查与超限预警相结合，结合ais、雷达和ecdis进行船舶身份信息和动态信息的识别，采用vhf语音自动播放超限预警信息，显著提升了通航安全性。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。