一种桥梁主动防撞预警系统及方法与流程

本发明涉及桥梁桥墩防撞技术领域，特别涉及一种桥梁主动防撞预警系统及方法。

背景技术：

随着内陆水运、道路交通的快速发展，通航船舶在行驶过程中与桥梁发生碰撞的风险持续升高。由于桥梁建设时间不同、建设标准不一、桥下通行船舶来源与类型不同，存在着较大的船舶碰撞桥梁的安全隐患。

近些年来，相关学者在桥梁主动防撞、偏航预警领域也进行了相应研究。专利1(桥梁主动防船撞系统及其使用方法，cn201710605950.0，2017)提出了基于视频监控的通航桥梁主动防船撞预警概念及方案，采用可见光、红外、激光进行复合监测并将监测到的数据进行融合的模式，来减少碰撞事故的发生。专利2(通航桥梁桥墩防撞监控预警系统，cn201710189385.4，2017)采用雷达分系统和告警分系统设计预警方案，实现全天时、全天候对可能撞击桥梁桥墩的前方船只的主动预警监视。专利1与2分别采用视频或者雷达为基础的预警方案，虽然可以起到简化系统的作用，但在实际应用中存在明显缺陷。

专利3(桥梁防碰撞系统，cn201610614848.2，2016)和文献1(蔡林峰,胡长风,黄红波.融合雷达与视频分析的全天候智能桥梁防撞偏航预警系统研究,交通安全,2018.z1:178-182)基于视频与雷达给出桥梁防撞偏航预警系统架构设计，并进行控制模块和提醒模块软件开发，但监测设备只有雷达与视频，容易产生虚警或漏警的情况。文献2(程呈.基于云平台的桥梁主动防撞预警系统设计[j],科技风,2018,8:34-36)提出系统采用现场控制系统-云平台-用户模式的设计理念，文中未给出详细的设计方案。上述研究对推动桥梁防撞预警理论与工程实践的发展起到了积极作用，但在某些方面仍然存在一些不足。

技术实现要素：

本发明为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种桥梁主动防撞预警方法，通过雷达、ais、视频、激光测高仪、水文、环境等设备实时监测船只运行状态，有效避免在航道中运动的船舶与桥梁相撞。

一种桥梁主动防撞预警系统，其特征包含：监测设备、前置机、服务器、客户端；

所述监测设备安装在桥梁上，以监测船只航行天气、船只超高、船只进入电子围栏、船只异常情况、船只偏离航道行驶信息，并通过交换机或硬件接口转换将监测到的数据传输给所述前置机；

所述前置机进行数据处理和数据备份存储，并将处理结果传给所述服务器；

所述服务器与客户端连接，在客户端实时查看桥梁周边船只状态，以便用户及时采取措施应对突发情况。

优选地，所述服务器与前置机和客户端通过公网或者专网建立局域网，将前置机形成的数据以界面的形式展示给客户端，且面对监测设备进行配置和管理。

优选地，所述监测设备包含ais系统、雷达，用于监测船只的行驶状态信息，包括船只的位置、航向、速度、编号、名称。

优选地，所述监测设备还包含视频监控单元；

所述的视频监控单元包含桥身前摄像机和桥洞下摄像机；

所述桥身前摄像机作用范围较远，当船只进入电子围栏市，摄像机根据船只位置自动调整角度进行跟踪拍摄；

所述桥洞下摄像机用于监测桥下盲区，防止船只在过桥过程中碰撞桥梁。

优选地，所述监测设备还包含水文环境监测单元，用于测量水文信息和环境信息，包含水位过快上涨、恶劣天气、水流速度过快状况。

优选地，所述监测设备还包含激光测高单元，用于判断船只是否超高，其工作模式与雷达、ais系统配合使用；

根据船只位置转动激光测高单元的转台，在较远的距离就能判断船只是否超高。

优选地，所述监测设备还包含振动传感器，用于船只撞击桥梁时产生撞击告警信息。

优选地，所述监测设备还包含警示灯单元，其包含大灯和扩音器，安装在桥身两侧，用于提醒船员注意前方的危险，及时调整船只运行航向或者采取相应措施避开危险；

所述监测设备还包含vhf系统，用于与船只上船员的通信，当警示灯单元警告未起作用时，直接通信来通知船员们注意危险，且还用于救援行动的指挥工作。

一种桥梁主动防撞预警方法：

若监测设备监测出恶劣天气，则发布禁航通告，形成气象告警；

若监测设备监测出船只超高，则发布超高告警；

若监测设备监测出船只靠近桥梁，在一定距离进入电子围栏，则发布电子围栏预警；

若监测设备监测出船只继续在电子围栏内行驶，则发布电子围栏告警；

若监测设备监测出船只在行驶过程中出现异常情况，则发布船只异常告警；

若监测设备监测出船只在多次告警后依然偏离航道行驶，则发布撞击告警；

用户需根据上述情况及时进行处理，以防船只逃逸或者桥梁损伤造成的严重后果。

优选地，所述异常情况包含：船只损坏、偷挖沙矿的情况。

本发明所设计的防撞预警方法可以实时监测所属桥梁附近船只状态，应对突发情况，让船只在航道内安全航行，以保桥梁不受损伤。

附图说明

图1为本发明的防撞预警流程；

图2为桥梁主动防撞预警系统框图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明，但不以任何方式限制本发明的范围。

如附图2所示，本发明系统包含监测设备、前置机、服务器、客户端；

其中监测设备包含：

ais系统，监测范围可达几十公里，其安装位置没有要求；

雷达，需要安装在没有遮挡的位置，因此需要尽量安装与高处，以便监测到上下游的船只；

视频监控单元，安装位置主要分布在桥洞下和桥身前，使船只无所遁形；

水文环境监测单元，可根据实际情况选择适当位置安装，只需采集到数据即可；

激光测高单元，通常分为激光测距仪和转台两部分，一般装在桥身下方；

振动传感器，需分散安装，包括桥墩和桥身都需安装；

警示灯单元，包含大灯和扩音器，安装在桥身两侧；

vhf系统，其通信范围较广，可选合适位置安装。

所述的雷达和ais系统用于监测船只的行驶状态信息，包括船只的位置、航向、速度、编号、名称等，根据信息可判断船只是否偏离航道、是否靠近桥梁、是否正常行驶。

所述的视频监控单元的桥身前的摄像机作用范围较远，当船只进入电子围栏市，摄像机根据船只位置自动调整角度进行跟踪拍摄；桥洞下的摄像机主要用于监测桥下盲区，防止船只在过桥过程中碰撞桥梁。两类摄像机记录的视频和图像将作为事故碰撞取证的重要证物。

所述的水文环境监测单元用于测量水文信息和环境信息，例如出现水位过快上涨、恶劣天气、水流速度过快等异常状况，需要及时上传数据并提醒相关人员处理。

所述的激光测高单元用于判断船只是否超高，其工作模式需与雷达、ais系统配合使用，根据船只位置转动转台，在较远的距离就能判断船只是否超高，并生成告警信息。

所述的振动传感器用于船只撞击桥梁时产生撞击告警信息；

所述的警示灯单元用于提醒船员注意前方的危险，及时调整船只运行航向或者采取相应措施避开危险，保障自身安全；所述的vhf系统用于与船只上船员的通信，当警示灯单元警告未起作用时，需要直接通信来通知船员们注意危险，同时也可以用于救援行动的指挥工作。

在桥梁电气柜中放置前置机、存储录像机、交换机，与桥梁上安装的监测设备通过合理布局线路，将所有硬件接口统一转换成网口，便于数据处理。前置机进行数据结果生成三类主要数据，第一类数据是在航船只的基本动态，包括船只位置、航向、速度、编号、名称等；第二类数据是准静态数据，包括气象、水文、设备运行状态、航道形状、电子围栏形状、桥梁形状、桥洞形状等；第三类数据是报警数据，包括5类告警和1类预警。服务器将前置机的三类数据通过界面的形式展现出来，而客户端则通过终端设备实时访问服务器，实时获取并处理报警事件，从而确保船只与桥梁的安全。

如附图1所示，桥梁主动防撞预警的生成方法如下：

若监测设备监测出恶劣天气，则发布禁航通告，形成气象告警；

若监测设备监测出船只超高，则发布超高告警；

若监测设备监测出船只靠近桥梁，在一定距离进入电子围栏，则发布电子围栏预警；

若监测设备监测出船只继续在电子围栏内行驶，则发布电子围栏告警；

若监测设备监测出船只在行驶过程中出现异常情况，如损坏、偷挖沙矿的情况，则发布船只异常告警；

若监测设备监测出船只在多次告警后依然没有调整航向而偏离航道行驶，则发布撞击告警；

用户需根据上述情况及时进行处理，以防船只逃逸或者桥梁损伤造成的严重后果。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是本发明的限制。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。