一种内河桥梁防碰撞系统的制作方法

本发明涉及船舶航行安全技术领域，特别是一种内河桥梁防碰撞系统。

背景技术：

近年来，随着我国经济形势的全面发展，在航船舶量、已建和在建桥梁的数量持续增长，船桥碰撞险情一再出现。众所周知，桥梁对于提高公、铁、道路交通效率有非常重要的意义，但桥梁对水运交通，尤其是内河通航而言，是不容忽视的河道障碍物。由于桥梁的存在，对内河航行船舶的高度、航行速度等都有一定的限制，给航行船舶带来了安全隐患。与此同时，我国内河船舶的超载、超高、超限问题也一直难以解决，这进一步加大了船桥碰撞事故的危害性，给水上交通安全带来了巨大的安全隐患。

2014年3月，在扬州宝应宝射河獐狮东桥水域处，“红旗拖369”船队一轮11拖，空载上行时发生撞桥事故，造成桥面瘫塌，压在船队尾三档船艉天棚，致使船舶搁浅，航道断航，无人员死亡。

2014年9月，江苏盐城市阜宁河海运输有限公司所属“阜航拖699”(船队，一轮十一拖，装载石子)由淮阴驶往盐城，在通榆河建湖县冈射大桥水域，船队所属小划子触碰冈射大桥，船上1人落水死亡。

2014年12月，江苏宿迁市航运公司所属“江苏拖2049”(船队，一轮十拖，装载水泥熟料5000吨)，从山东台儿庄驶往江苏沭阳，在淮沭新河沭阳闸上游约1km处，船队与项荡桥碰撞，导致项荡桥主跨桥梁坍塌，首档驳船沉没。

2017年2月时接盐城市地方海事局报告，在盐城市建湖县草堰镇串场河(七级航道)233大桥附近水域，阜宁恒林物流有限公司所属“苏盐城机99159”(总吨300)干货船空载自北向南撞上串场河上一座桥梁，导致驾驶室受挤压造成2人死亡。

2017年10月时，“豫远翔106”单机船下行至淮河大桥下游200米处碰撞到淮河大桥右侧主桥墩，导致船体破损进水沉没。“苏华航6058”(2000总吨黄沙)单机船下行过程中碰撞到淮河大桥左侧主桥墩，由于淮河泄洪导致淮河主航道水流较大，事故船舶被困大桥主桥墩水域。

2017年11月，一艘装载约1000吨石子的钢质船(无证，船长48米，船宽8.8米，型深3.75米)由南向北行驶至如海运河如皋薛窑段宁通高速公路桥南侧时，该船左前角触碰到东边通航孔西侧桥桩，导致该船沉没，船上1人失踪。

为了更好的保障船舶航行安全，维护桥梁水域通航秩序，保护桥梁和过往船舶(包括浮动设施)安全，防止水域污染，国内多个省已经拟开展船舶桥梁防碰撞系统试点建设工作，实现对桥区在航船舶的全面管理，杜绝船桥碰撞事故。

传统方法桥梁防碰撞现状：

传统桥梁防撞装置分为主动防撞型和被动防撞型。主动防撞设施通过增加通航孔的宽度和建设无梁桥墩等来增大航道宽度。被动防撞设施的设计理念则是通过改变船舶的撞击方向和降低撞击力的大小，限制或者防止船舶直接撞击到桥墩或者桥梁上等方式。

按照船舶冲撞能量吸收方法和设置场所的不同，采用另一种分类方法，各种方式的防撞设施如下。

(1)直接构造，

弹性变形型：护舷方式、绳索方式；

抗压变形型：缓冲体方式；

变位型：重力式。

(2)间接构造，

弹性变形型：桩方式；

抗压变形型：沉箱式、人工岛方式；

变位型：浮体系泊缆方式。

被动防撞系统简单归纳为以下三类：

1)一体式防撞系统

2)附着式防撞系统

3)独立式防撞系统

以下是这些不同的防撞设施的一些特点。

船桥防撞装置分类及特点

目前桥梁防碰撞技术方面主要存在以下问题：

传统的防碰撞技术主要通过改建桥梁和减小船舶推桥梁的冲击力，来实现减小船舶对桥梁撞击对桥梁的影响。此种技术没有从根本上解决桥梁碰撞问题，日积月累会给桥梁产生不可估计的影响。

在桥墩前方设置防撞墩可以避免船舶直接撞向桥墩，但是只是解决了桥梁安全问题，却不能解决船舶的安全问题，这与保证水上交通安全的宗旨不符。

现有的基于信息化的主动防撞预警系统，虽然可以有效防止船舶撞桥事件的发生，但是此系统只适用于水面宽阔的海江航道，对于航道狭窄的内河航道就不能发挥其功能了。

技术实现要素：

为克服上述问题，本发明的目的是提供一种内河桥梁防碰撞系统，实现船舶过桥桥梁安全的预警预测和及时监管，降低船舶撞桥率。

本发明采用以下方案实现：一种内河桥梁防碰撞系统，所述系统包括监测触发模块、船舶高度检测模块、船舶宽度检测模块以及数据处理模块，所述监测触发模块设置一监测区域，并监测船舶是否经过所述监测区域，是，则触发船舶高度检测模块、船舶宽度检测模块运行，否，则不进行操作；所述船舶高度检测模块判断船舶是否超高，所述船舶宽度检测模块扫描得到船舶轮廓的点云数据来获取船舶宽度；所述船舶高度检测模块和船舶宽度检测模块分别把船舶是否超高信息、船舶宽度发送给所述数据处理模块，所述数据处理模块将船舶宽度与所述桥梁两个桥墩之间的间距进行对比，判断船舶是否超高或者超宽，并进行及时报警防止船舶撞桥事件的发生。

进一步的，所述系统与地方海事的船舶交通管理系统vits、船舶自动识别系统ais、led屏进行对接，在出现超高或者超宽的船舶时，利用视频监控系统对船舶进行实时录像，依托视频监控系统的视频识别技术，并结合船舶交通管理系统vits、船舶自动识别系统ais确定船舶号，及时通过声光报警器对超高或者超宽船舶发出警告，并通知超高或者超宽船舶附近海事人员进行处理。

进一步的，所述监测触发模块包括两个微波传感器，所述船舶高度检测模块包括一激光对射仪，所述船舶宽度检测模块包括两个激光传感器，所述数据处理模块包括中央控制器、摄像机、声光报警器、网路传输设备、以及数据库服务器；所述微波传感器和摄像机安装于被测桥梁前方，且微波传感器的发射面与水平面平行，所述桥梁的河道两岸上均设置有一立杆，所述激光对射仪包括激光对射传感器发射端和激光对射传感器接收端，所述激光对射传感器发射端和激光对射传感器接收端设置于立杆上，其中，将激光对射仪到立杆地面的高度设置为桥梁的高度，即激光对射传感器发射端发送一光束到激光对射传感器接收端，船舶经过激光对射传感器发射端和激光对射传感器接收端要是遮住光束，则激光对射仪启动报警，且说明船舶超过桥梁的高度；没有遮住光束，则表明船舶为超过桥梁高度能安全行驶；所述河道两岸均设置有一所述激光传感器，所述微波传感器、激光对射仪、两个激光传感器、摄像机、声光报警器通过一交换机与所述中央控制器连接，所述中央控制器经交换机与所述网络传输设备连接，所述网络传输设备通过互联网与所述数据库服务器连接。

进一步的，所述中央控制器连接有一led显示屏，所述led显示屏设置于河道岸边，所述led显示屏型号为p16单色led显示屏。

进一步的，所述船舶宽度检测模块中两个激光传感器扫描船舶时对船舶轮廓进行重构时，得到船舶轮廓的点云数据，且扫描时需保证进行处理的点云数据为船舶同一截面的数据，对两个激光传感器同一时刻扫描到的点云数据进行融合得到船舶宽度，所述网路传输设备采用光纤的传输方式，把采集到的点云数据第一时间汇总在前端的中央控制器进行处理，从而保证了点云数据为船舶同一截面的数据。

本发明的有益效果在于：本发明在被检测桥区前方适当距离搭建微波传感器、激光对射仪、激光传感器等硬件平台，采集到的数据通过光纤传到前端中央控制器上进行数据清洗、校核和同步等预处理，然后通过内网传到后台服务器的数据库服务器，进行点云数据重构和得出船舶是否超高或超宽，若船舶高度或宽度超出限定值则发出报警，并通过系统联动接口与ais、vits和led显示屏联动对船舶发出警告，及时避免桥梁碰撞事故的发生。

附图说明

图1是本发明系统的原理图。

图2是本发明系统的详细拓扑图。

图3是本发明的激光传感器安装图。

图4是本发明的船舶高度检测模块的安装结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

请参阅图1至图4所示，本发明的一种内河桥梁防碰撞系统，所述系统包括监测触发模块、船舶高度检测模块、船舶宽度检测模块以及数据处理模块，所述监测触发模块设置一监测区域，并监测船舶是否经过所述监测区域，是，则触发船舶高度检测模块、船舶宽度检测模块运行，否，则不进行操作；所述船舶高度检测模块判断船舶是否超高，所述船舶宽度检测模块扫描得到船舶轮廓的点云数据来获取船舶宽度；所述船舶高度检测模块和船舶宽度检测模块分别把船舶是否超高信息、船舶宽度发送给所述数据处理模块，所述数据处理模块将船舶宽度与所述桥梁两个桥墩之间的间距进行对比，判断船舶是否超高或者超宽，并进行及时报警防止船舶撞桥事件的发生。

其中，所述系统与地方海事的船舶交通管理系统vits、船舶自动识别系统ais、led屏进行对接，在出现超高或者超宽的船舶时，利用视频监控系统对船舶进行实时录像，依托视频监控系统的视频识别技术，并结合船舶交通管理系统vits、船舶自动识别系统ais确定船舶号，及时通过声光报警器对超高或者超宽船舶发出警告，并通知超高或者超宽船舶附近海事人员进行处理。

所述监测触发模块包括两个微波传感器，所述船舶高度检测模块包括一激光对射仪，所述船舶宽度检测模块包括两个激光传感器，所述数据处理模块包括中央控制器、摄像机、声光报警器、网路传输设备、以及数据库服务器；所述微波传感器和摄像机安装于被测桥梁前方，且微波传感器的发射面与水平面平行，所述桥梁的河道两岸上均设置有一立杆，所述激光对射仪包括激光对射传感器发射端和激光对射传感器接收端，所述激光对射传感器发射端和激光对射传感器接收端设置于立杆上，其中，将激光对射仪到立杆地面的高度设置为桥梁的高度，即激光对射传感器发射端发送一光束到激光对射传感器接收端，船舶经过激光对射传感器发射端和激光对射传感器接收端要是遮住光束，则激光对射仪启动报警，且说明船舶超过桥梁的高度；没有遮住光束，则表明船舶为超过桥梁高度能安全行驶；所述河道两岸均设置有一所述激光传感器，所述微波传感器、激光对射仪、两个激光传感器、摄像机、声光报警器通过一交换机与所述中央控制器连接，所述中央控制器经交换机与所述网络传输设备连接，所述网络传输设备通过互联网与所述数据库服务器连接。系统需在离被监测桥区适当的距离安装微波传感器、激光对射仪和激光传感器等外场设备。其中微波传感器安装时，需要保证发射面与水平方向平行，避免因安装角度的误差造成误判。激光对射仪与激光传感器需安装在河道两岸的立杆上，立杆必须满足一定的高度和抗风能力，避免因恶劣天气影响降低测量精度。激光传感器与垂直方向成90°夹角，从船舶两侧同时进行扫描，得到船舶两侧轮廓的点云数据，经过融合得出船舶的宽度。

其中，两个微波传感器对过往船舶进行监控，当两个微波传感器感应到有船舶靠近被测桥梁时，微波传感器发送触发信号给激光对射仪和两个激光传感器，激光对射仪获取船舶高度，所述激光传感器扫描得到船舶轮廓的点云数据来获取船舶宽度；所述激光对射仪和激光传感器分别把船舶高度、船舶宽度发送给中央控制器，中空控制器将船舶高度和船舶宽度与所述桥梁的高度和桥梁两个桥墩之间的间距进行对比，判断船舶是否超高或者超宽，高度和宽度均为超过，则不进行处理，高度超过或者宽度超过，则中央控制器控制声光报警器进行报警，并控制摄像机开启进行摄影当视频监控系统接收到报警主机的联动信号后，高速球和拾音器立即按照预设的位置进行录像和录音，并保存至中央控制器中的硬盘里。中央控制器将获得的船舶高度、船舶宽度、录像信息、录音信息通过网络传输设备发送给后台的数据库服务器，中央控制器也可以与地方海事的船舶交通管理系统vits、船舶自动识别系统ais、led屏进行对接，在出现超高或者超宽的船舶时，利用视频监控系统对船舶进行实时录像，依托视频监控系统的视频识别技术，并结合船舶交通管理系统vits、船舶自动识别系统ais确定船舶号，及时通过声光报警器对超高或者超宽船舶发出警告，并通知超高或者超宽船舶附近海事人员进行处理。

所述中央控制器连接有一led显示屏，所述led显示屏设置于河道岸边，所述led显示屏型号为p16单色led显示屏。

所述船舶宽度检测模块中两个激光传感器扫描船舶时对船舶轮廓进行重构时，得到船舶轮廓的点云数据，且扫描时需保证进行处理的点云数据为船舶同一截面的数据，对两个激光传感器同一时刻扫描到的点云数据进行融合得到船舶宽度，所述网路传输设备采用光纤的传输方式，把采集到的点云数据第一时间汇总在前端的中央控制器进行处理，从而保证了点云数据为船舶同一截面的数据。

测船宽用的激光传感器：

本实施例采用两套激光传感器，安装于河道两侧，用于测量船舶宽度。激光传感器采用sick公司提供的lms511-20100pro激光传感器。

(1)激光传感器介绍

lms511垂直安装的时候可扫描得到前方切面190°范围的点云，两台对向安装的激光传感器，能采集到完整的船舶切面的轮廓数据，通过计算得到船舶的高和宽。

(2)激光传感器特点

lms511激光传感器的扫描频率和角度分辨率可调，工作区域足够覆盖50米左右的河道宽度，识别精度能够到达厘米级，数据接口为以太网接口，方便通过网络传输数据。

测船高与船舶监测用激光对射仪：

本实施例采用激光对射仪作为船舶超高检测与船舶监测的信号采集设备，安装于河道的两岸。激光对射仪的安装高度的不同，器检测功能也不同，分别可用于检测船舶超高与是否有船舶通过。当有船舶通过时两激光束同时被遮挡，立即发出报警信号。激光对射仪选用ate-100激光对射仪。

(1)激光对射仪介绍

ate-100激光对射传感器发射端和接收端分别安装于河岸两边，激光被阻断时，即可触发报警信号。传感器以超高高度安装时，可以作为超高报警传感器，船舶超高阻断激光收发时触发超高报警信号。

激光对射仪工作原理解释：激光对射传感器不直接进行高度测量，激光对射传感器被安装在距离地面一定高度的立杆上，该高度设置为桥梁的高度，这样比如传感器以高度5m安装时,当有高于5m船舶通过时，激光传感器激光光束将被船舶阻断，此时激光传感器将会触发报警信号；说明该船舶超出了桥梁的高度。

(2)激光对射仪特点

激光对射仪采用非球面光学透镜，杜绝外界干扰源防误报能力较强，1-5档灵敏度适用各种不同环境，调试安装方便，继电器输出接口方便将信号接入控制系统。

声光报警器：

声光报警器采用sf-504一体化声光报警器，当检测到超高或超宽船舶通过时，通过声光报警器预警船舶驾驶员。同时传输到led联动显示屏。当接收到报警联动信号时将立即显示原来预设好的字样，比如“立即停船，船舶超高”等，可根据客户需求来显示。

(1)sf-504一体化声光报警器

1)一体化声光报警器介绍

报警灯是声光报警系统的组成部分，报警器旋转闪烁和声音能将报警信号通过视觉传输给超高船舶驾驶员。sf-504一体化声光报警器适用于噪杂的工业现场或交通检测等场所，例如，交通超高检测采用sf-504一体化声光语音报警器。sf-504一体式声光报警器采用高透光性灯罩，外壳采用冷轧烤漆钢板材质，具有防尘防雨性能！适用于起重机械、门吊、桥吊以及大型的安全警报装置。用户可根据自身使用场合及要求选择电压，音调，播放语音内容及语音报警方式、触发方式等。

2)一体化声光报警器特点

sf-504报警灯具有超大功放的特点，声音清晰洪亮；

报警灯采用led光源，亮度高，爆闪效果明显，有较强的报警视觉信号发布功能；

高达20w报警音量——声音宏亮(支持定制)；

防风雨电路工艺设计——防雨、防尘、质量可靠；

警灯、警号、电池一体化——体积小、重量轻，音量大；

微波感应、上电响——触发方式多样(支持定制)；

高亮度led频闪灯——高质量、寿命长、高亮度；

usb更换语音内容，使用流动性强——轻松hold住各种场合。

(2)led显示屏

1)led屏介绍

led屏是声光报警系统的组成部分，led屏显示系统由led显示屏单元模组和控制卡、转接卡以及连接电缆、固定结构等组成。报警信号触发时，屏幕上显示相应的文字信息，提示超高船舶驾驶员进行紧急处置。

2)led屏特点

p16单色led显示亮度高，显示清晰，满足户外大型文字显示的要求。

摄像机

本实施例设置了一台标清的高速摄像机、一个音频拾音器和一台网络视频服务器作为视频监控的前端设备，后端设备采用一台混合型的硬盘录像机来保存录像。设置规则为前端网络视频服务器采用报警联动录像功能，当视频监控系统接收到报警主机的联动信号后，高速球和拾音器立即按照预设的位置进行录像和录音，并保存至网络视频服务器中的硬盘里。而后端混合型硬盘录像机采用24小时的录像功能。摄像机采用海康威视ids-2cd9525-sz摄像机。

网络传输设备

本实施例网络传输设备以光纤传输为主方案，并同时采用4g网络通信方案为备选方案。

工业级光纤收发器采用tp-linktl-mc210cs型号工业级光纤收发器；工业级千兆交换机采用大华dh-is3000c-8gt-dc千兆交换机。

(1)工业级光纤收发器

1)光纤收发器介绍

光纤收发器成对使用，将网络电信号转换为光信号通过光纤进行传输，能够满足系统中远距离稳定传输网络信号的要求。

2)光纤收发器特点

tp-linktl-mc210cs按工业级标准设计，满足现场的工况环境使用要求，千兆传输速度率能保证数据传输高带宽，低延时，使系统的检测和控制更加精确、稳定。

(2)工业级千兆交换机

1)交换机介绍

摄像机、报警信息终端、激光传感器、led屏幕控制卡等都需要通过网络传输数据，交换机将上述设备连接起来组成局域网。

2)交换机特点

大华dh-is3000c-8gt-dc按工业级标准设计，满足现场的工况环境使用要求，千兆传输速度率能保证数据传输高带宽，低延时，使系统的检测和控制更加精确、稳定。

激光传感器测船宽工程建设方案

(1)工程实施准备

在激光传感器工程建设之前，应进行实地调研和勘查，尽量选择地势平坦，视野开阔且具备建设条件的地点进行施工建设。通过充分比选确定最佳的激光传感器建设位置之后再进行建设施工。

(2)设备安装要求

激光传感器安装要求如下：

1)激光传感器扫描扇形必须无遮挡。

2)尽量保证激光传感器与地面垂直安装。

3)两激光传感器应错开2～5度安装，即图3中的夹角。

4)激光传感器应安装折光板，避免太阳光直射。

5)激光传感器安装支架应牢固安装与支柱上，避免摇晃脱落。

6)无线网桥设备应面对面直视，且无遮挡。

7)激光传感器和无线网桥的安装高度应高于船舶最大高度。

8)支柱应有避雷针和地网等防雷措施。

激光对射仪工程建设方案

(1)工程实施准备

在激光对射仪测船高与船舶监测传感器工程建设之前，应进行实地调研和勘查，尽量选择地势平坦，视野开阔且具备建设条件的地点进行施工建设。通过充分比选确定最佳的船舶监测传感器建设位置之后再进行建设施工。

(2)设备安装要求

1)激光对射仪根据检测的要求垂直或水平安装在支柱上，应确保支架安装坚固和平稳，不能有移位或摇晃的现象。

2)在发射端和接收端基本对准后，使用螺栓紧固。

3)光束调节：首先，发射和接收单元均上电；其次，调节调激光光束的水平位置，并锁定螺栓；然后，再调整激光光束的上下角位置，直至接收机接收到激光信号红色指示灯熄灭为止；最后锁定激光光束紧固螺栓。

4)系统全部调试完成后，上好支架外罩，信号线与报警主机连接，检查系统工作状态，达到使用要求时，调试结束。

声光报警器工程建设方案

(1)工程实施准备

在声光报警器工程建设之前，应进行实地调研和勘查，尽量选择地势平坦，视野开阔且具备建设条件的地点进行施工建设。通过充分比选确定最佳的声光报警器建设位置之后再进行建设施工。

(2)设备安装要求

1)喇叭和报警灯应固定在安装支柱上，应确保支架安装坚固和平稳，不能有移位或摇晃的现象。

2)报警灯安装高度应离地面不小于3m，以便于船舶驾驶员并于观察。

3)喇叭安装角度应朝向水面方向。

4)led显示屏应选择无遮挡，视野开阔且通风的位置。

5)led显示屏必须严格防水防漏；要有良好的排水措施，一旦发生积水能顺利排放；注意防水、防潮。

摄像机工程建设方案

(1)工程实施准备

在摄像机工程建设之前，应进行实地调研和勘查，尽量选择地势平坦，视野开阔且具备建设条件的地点进行施工建设。通过充分比选确定最佳的摄像机建设位置之后再进行建设施工。

(2)设备安装要求

1)安装前将摄像机加电检测和粗调，在摄像机处于正常工作状态后，在进行安装。

2)在满足监视目标视场范围要求的条件下，其安装高度离地面应高于3.5m。

3)摄像机及其配件装置，如镜头、防护罩、支架等，安装应牢固，运转应灵活，应注意防破坏。

4)在强电磁干扰环境下，摄像机安装应与地绝缘隔离。

5)电源线外露部分应用软管保护。

6)先对摄像机进行初步安装，经通电试看，细调，检查各项功能，观察监视区域的覆盖范围和图像质量，符合要求后方可固定。

网路传输设备工程建设方案

(1)工程实施准备

在网路传输设备工程建设之前，应进行实地调研和勘查，尽量选择便于施工、并具备建设条件的路线进行施工建设。通过充分比选确定最佳的网络建设位置之后再进行建设施工。

(2)设备安装要求

1)敷设光缆前，应对光纤进行检查；光纤应无断点，其衰耗值应符合设计要求。核对光纤的长度，并应根据施工图的敷设长度来选配光缆。配盘时应使接头避开河沟、交通要道和其它障碍物。

2)敷设光缆时，其弯曲半径不应小于光缆外径的20倍。光缆的牵引端头应做好技术处理。

3)光缆接头的预留长度不应小于8m。

4)光缆敷设完毕,应检査光纤有无损伤,并对光缆敷设损耗进行抽测。确认没有损伤后,再进行接续。

5)光缆架设完毕,应将余缆端头用塑料胶带包扎,盘成圈置于光缆预留盒中；预留盒应固定在杆上；地下光缆引上电杆，必须采用钢管保护；

6)光缆的接续时应采用光功率计或其他仪器进行测试，使接续损耗达到最小；接续后应做好连续保护，并安装好光缆接头护套。

7)光缆敷设后，应测量通道的总损耗，并用光时域反射计观察光纤通道全程波导衰减特性曲线。在光缆的接续点应作永久性标志。

总之，本发明搭建视频监控、系统触发、高度检测、宽度检测、地图监控、报表统计等功能模块，建设成全方位的内河桥梁防碰撞应用平台，达到自动报警、出警联动、统计分析、在线监管、影像资料保存等业务功能，实现船舶过桥桥梁安全的预警预测和及时监管，降低船舶撞桥率，提升内河航道服务安全监管水平和质量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。