通航桥梁桥墩防撞监控预警系统的制作方法

本发明涉及桥梁桥墩防撞技术领域，特别涉及一种通航桥梁桥墩防撞监控预警系统(bpahews:bridgepieravoidancehittingearlywarningsystem)，可实现全天时、全天候的桥梁桥墩主动防撞预警，能够与现有被动防撞系统形成优势互补，构建新一代桥梁桥墩防撞智慧生态系统。

背景技术：

随着重型船只数量的增加，世界各地都先后出现桥梁和桥墩被撞击的重大事故。如1964年委瑞利拉马拉开波大桥被船撞击，1977年美国弗吉尼亚州hopwell大桥被船撞击，1980年美国佛罗里达州阳光高架大桥被船撞击，2008年广东九江大桥被船撞击，2011年浙江台州椒江大桥被船撞击等等。据不完全统计，在过去几十年里，仅发生在我国长江、珠江、黑龙江三大水系干线上的撞桥事故达到300起以上，造成了人民生命财产安全的巨大损失。因此，桥梁桥墩防撞已成为一个棘手的现实问题，迫切需要提出好的解决方案。

目前较为典型的防撞方式主要有被动防撞和主动防撞两种。其中，被动防撞主要是通过桥墩自身的加强或防护设施来抵抗船舶的撞击威胁，优点是简单高效，缺点是造价昂贵、无先期预警能力。主动防撞是指采用航标灯、交通管制(vts)等碰撞前的措施，关键在预测防撞。例如，基于船载自动识别设备(ais)的主动预警系统，优点是船只信息态势丰富，缺点是桥、船均需要安装ais系统，预警准确性不高；如基于视频或红外传感器的主动预警系统，优点是图像直观、成本低，缺点是预警距离近，恶劣天气失效；如基于激光传感器的主动预警系统，优点是准确性高，缺点是探测盲区多，造价相对较高。我们知道，船撞击桥体及桥墩多发生在可见度不高的晚上或大雨大雾等恶劣天气时，因此迫切需要在防撞系统中融入费效比低、实时感知的传感器，努力构建智慧型的桥梁桥墩主动防撞系统。

技术实现要素：

本发明的目的在于避免上述背景技术中的不足之处，可实现对可能撞击桥梁桥墩的前方船只进行预警监视。

本发明的技术方案为一种通航桥梁桥墩防撞监控预警系统，包括雷达分系统和告警分系统，

所述雷达分系统包括射频前端模块和雷达信息处理模块，

所述射频前端模块，用于完成回波信号的录取功能，并输出到雷达信息处理模块；

所述雷达信息处理模块，用于完成回波信号的预处理、模数转换、信息处理和数据分发，实现实时探测感知监测区域内的船只，将有可能撞击桥墩的前方船体目标信息送到告警分系统的控制模块，实现与控制模块的交互；所述船体目标信息包括距离、速度、方位；

所述告警分系统包括控制模块、声光告警模块和视频录取模块，

控制模块，用于根据船体目标信息对目标进行威胁评估，并将告警触发信息相应控制指令传送到声光告警模块；

所述根据船体目标信息对目标威胁进行评估，包括先通过船只的距离、速度、方位信息形成目标航迹，分离出朝向桥墩行驶的备选威胁目标；然后，将备选威胁目标的航迹状态持续时间与预设门限做比较，超出门限则进一步确认为威胁目标，并根据速度信息计算到达桥墩的时间；最后，根据威胁目标船只所处的三个预设距离区段，对应形成一般警示报警、警示报警和紧急警示报警的告警触发信息；

当确认的威胁目标离桥墩达到相应预设距离阈值时，控制模块发送摄像头启动相应控制指令到视频录取模块；

声光告警模块，用于完成告警提示，包括根据告警触发信息，在一般警示声音、警示声音和紧急警示声音三种声音中进行选择，并驱动喇叭进行声音告警；支持根据威胁目标的方位信息，对桥墩前方的威胁目标进行灯光告警；

视频录取模块，用于完成船体目标近距离行进过程的摄像取证，得到视频监控图像；所得视频监控图像及雷达分系统所得相应船体目标信息通过网络传输发送到远程的预警监控中心。

而且，一般警示报警、警示报警和紧急警示报警的相应预设距离区段为用户设置或默认设置，典型设置区间为800米～1200米、500～800米和0～500米。

而且，摄像头启动相应控制指令的预设距离阈值为100米。

而且，在视频录取模块所得视频监控图像及雷达分系统所得相应船体目标信息送到预警控制中心同时，采用无线方式发送到相关管理人员的手机中。

而且，视频录取模块所得视频监控图像及雷达分系统所得相应船体目标信息，由控制模块控制存储及发送。

而且，声光告警模块对威胁目标告警时，采用伺服方式根据控制模块发送过来的目标方位信息，驱动光源转动实现。

而且，控制模块所得告警触发信息发送到预警监控中心，预警监控中心完成对预警信息的存储、分析和指令下达。

本发明的主要特点为：

(1)自动预警：系统可完全不依赖人工干预，自动对前方监测区域的运动目标进行预警。

(2)监测内容完备：系统不但可以获取前方威胁区域船体目标的距离、速度、方位等信息，而且能够对目标的大、小型进行初步判断。近距离光学相机能够记录下靠近船只的行进视频。

(3)告警信息直观：系统采用雷达预警技术，能够实时给出前方威胁船只目标的位置、速度、方位信息，并形成目标的运动轨迹。

(4)报警手段丰富：系统可以通过喇叭、告警信号灯警示桥墩前方行船。

(5)全天候工作：雷达设备可在春夏秋冬各个季节工作，并能适应各种大风、大雾等恶劣天气对系统工作造成的影响。

(6)可靠运行：系统针对桥梁桥墩条件设计，在高温、低温、高湿等各种环境下能可靠运行，同时在系统整体工作的可靠性及防盗、防破坏等方面也做了针对性设计，在国内南北地区、各个季节均有很强的工作适应性。

综上所述，本发明技术方案效益高，成本低，具有重要的市场价值。

附图说明

图1为本发明实施例的通航桥梁桥墩防撞监控预警系统逻辑框图；

图2为本发明实施例的应用架构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明提供的通航桥梁桥墩防撞监控预警系统作详细描述。

本发明提出，雷达作为一种性能优良的微波传感器，其通过发射电磁波信号感知目标，能够适应恶劣的工作环境，可全天时、全天候对行进中的船只进行早期预警。如果通过微波传感器与光学传感器的融合，发挥出各种传感器的优势，构建雷达、摄像头和告警装置等设备于一体的通航桥梁桥墩防撞监控预警系统，不仅可推动现有监控系统的改造升级，而且可引领新一代桥梁桥墩防撞系统的发展方向，以此系统可有效避免船撞事故的发生，具有极大的实际应用价值。

图1示出通航桥梁桥墩防撞监控预警系统逻辑框图，预警子系统是通航桥梁桥墩防撞监控预警系统的核心，其由雷达分系统和告警分系统两部分组成。

所述雷达分系统包括射频前端模块和雷达信息处理模块，

所述射频前端模块，用于完成回波信号(例如基带回波信号)的录取功能，并输出到雷达信息处理模块。

所述雷达信息处理模块，用于完成回波信号的预处理、模数转换、信息处理和数据分发，实现实时探测感知监测区域内的船只，将有可能撞击桥墩的前方船体目标信息送到告警分系统的控制模块，实现与控制模块的交互；所述船体目标信息包括距离、速度、方位；具体实施时，雷达信息处理模块可同时具备多个链路接口，实现与外部其他模块的信息及指令交互；雷达信息处理模块可根据现有的雷达信号处理技术，采用软件方式实现探测感知监测区域内的船只监视。

所述告警分系统包括控制模块、声光告警模块和视频录取模块，

控制模块，用于根据船体目标信息对目标进行威胁评估，并将告警触发信息及相应控制指令传送到声光告警模块；

所述根据船体目标信息对目标威胁进行评估，包括先通过船只的距离、速度、方位信息形成目标航迹，分离出朝向桥墩行驶的备选威胁目标；然后，将备选威胁目标的航迹状态持续时间与预设门限做比较，超出门限则进一步确认为威胁目标，并根据速度信息计算到达桥墩的时间；最后，根据威胁目标船只所处的三个预设距离区段，对应形成一般警示报警、警示报警和紧急警示报警的告警触发信息；

当确认的威胁目标离桥墩达到相应预设距离阈值时，控制模块发送摄像头启动相应控制指令到视频录取模块。

控制模块主要完成雷达目标信息的告警解析、告警过滤、告警确认，并进行告警分发的指令控制，具体实施时，可采用软件方式实现威胁评估等自动化处理。

声光告警模块，用于完成告警提示，包括根据告警触发信息，在一般警示声音、警示声音和紧急警示声音三种声音中进行选择，并驱动喇叭进行声音告警；支持根据威胁目标的具体方位信息，对桥墩前方的威胁目标进行灯光告警。

视频录取模块，用于完成船体目标近距离行进过程的摄像取证，得到视频监控图像；所得视频监控图像及雷达分系统所得相应船体目标信息通过网络传输发送到远程的预警监控中心。在视频监控的同时，雷达分系统可持续对确认的威胁目标进行雷达监视，视频监控图像和船体目标信息都可经由控制模块控制存储及发送。

进一步地，在视频录取模视频监控图像及雷达分系统所得相应船体目标信息送到预警控制中心同时，采用无线方式发送到相关管理人员的手机中。具体实施时，可以由控制模块提供数据接口，经控制模块由控制存储及发送。

进一步地，除视频录取模视频监控图像及雷达分系统所得相应船体目标信息以外，控制模块所得告警触发信息也可以发送到预警监控中心，预警监控中心完成对预警信息的存储、分析和指令下达。具体实施时，可以设置预警监控中心承担多处桥梁的通航桥梁桥墩防撞监控预警系统上报信息的集中处理，并且可以发出远程控制指令到控制模块，主动调取相关目标信息数据。

可见，系统包括以下具体功能：

(1)预警监视：预警雷达实时探测感知监测区域内的船只，并将可能撞击桥墩的船体目标信息(距离、速度、方位)送给控制终端；

(2)威胁评估：控制终端基于雷达信息对目标威胁进行评估。评估方法为，先通过船只的距离、速度、方位信息形成目标航迹，分离出朝向桥墩行驶的备选威胁目标；然后，将备选威胁目标的航迹状态持续时间与预设门限做比较，超出门限则进一步确认为威胁目标，并根据速度信息计算到达桥墩的时间；最后，根据船只所处的距离区段(具体实施时可由用户设置或采用系统默认设置，优选的典型设置：区段1：800米～1200米；区段2：500～800米；区段3：0～500米)，对应形成一般警示报警、警示报警和紧急警示报警的告警触发；

(3)告警：根据告警触发信息，在一般警示声音、警示声音和紧急警示声音三种声音中进行选择，并驱动喇叭进行声音告警。可根据威胁目标的具体方位信息，利用伺服驱动光源，向相应方位发出灯光，对桥墩前方的威胁目标进行灯光告警。

(4)录像：目标离桥墩较近时，可对船只行进过程录像；优选地，摄像头启动相应控制指令的预设距离阈值为100米。

(5)信息分发：预警分系统获取的监视信息通过网络传输，送到预警控制中心，同时可采用无线方式发送到相关管理人员的手机中。预警监控中心完成对预警信息的存储、分析和指令下达。

工作时，雷达分系统(雷达信息处理模块)将有可能撞击桥墩的前方船体目标信息送给告警分系统的控制模块，控制模块基于目标信息判断是否启动告警装置。当目标离桥墩较近时，控制模块启动摄像头，完成船体目标近距离行进过程的录像，并存储作为事故取证的依据。

参见图2，具体实施时系统由预警雷达、摄像头、告警装置(包括灯光指示设备和喇叭)、控制终端及传输设备等组成，预警雷达将有可能撞击桥墩的船体目标信息(距离、速度、方位)送给控制终端，控制终端基于目标信息判断是否启动告警装置，并能够根据船只在危区的不同区段、船只的速度、方位等属性信息，产生一般警示报警、警示报警和紧急警示报警三种声音告警方式，同时还可通过安装在桥墩处的告警信号灯进行灯光告警提示。当目标离桥墩较近时，控制终端启动摄像头，完成船体目标近距离行进过程的录像。每个桥墩预警分系统获取的监视信息通过网络传输，送到预警监控中心。

本实施例的一个应用示例中，得到在大雾天气对单个船体目标测量结果：测试为上午11点钟，大雾天，能见度不足100米，江面行船很少。当监测到的船只轨迹落入雷达前方的三个告警区时，启动报警，不同区域，告警方式不同。可采用列表给出监测到的船只的批号、距离、速度和角度信息，当监测到某个船只处于告警区域中时，列表中会将该目标信息标红显示。实验结果表明，摄像头视频在大雾天气下不能有效发现船只，但雷达可正常监测，船只在1784米处，正以18.3节的速度在远离桥梁。

本实施例的另一个应用示例中，示出系统在夜晚对多个船体目标测量结果：测试为晚上20:30，两岸灯火通明，能见度一般。此时，在雷达的前方有一艘船正远离桥梁，在左前方有一艘船正靠近桥梁。同步视频能够清晰的看到前方的船只，左前方的船只只能看见船上的灯光。雷达监测图中能够看到两个连续的船只轨迹，其中远处目标轨迹近似直线行驶，近处目标在慢慢向右前方行驶。雷达前方的三个告警区列表中给出了两个船只的具体信息。其中批号为1的船只为左前方远处目标，距离1866米，速度-11.5节，角度-2.41°，批号为2的船只为正前方目标，距离1066米，速度8.1节，角度0.86°。近处船只虽然进入过告警区域，但由于是远离桥梁，因而不会触发告警。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，并且在应用上可以延伸到其他的修改、变化、应用和实施例，同时认为所有这样的修改、变化、应用、实施例都在本发明的精神和范围内。