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桥梁超高防撞预警系统的研究和设计

2021-04-16 来源:步旅网
ELECTRONICS W0 ・技术交流 上海电气自动化设计研究所有限公司 潘嵊 【摘要】提出一种高精度、自动化、智能化的桥梁超高防撞预警系统及自动取证系统,旨在对一些撞击事件易发桥梁。采用主动式的超高实 时检测和预警,并与基于电子航道图的船舶自动识别(AIS)系统…结合,配合声光或大屏进行安全警告提醒,同时管理中心采用视频监控 和卫星电话的方式抑制超高船舶通行,并以抓拍取证方式监控违法船舶,可以最大限度的减少超高船舶的撞桥机率,大幅降低桥梁维护费 用,用高科技手段更好的保护人民生命财产的安全。 【关键词】智能预警;自动取证;船舶自动识别;视频监控 Research and Design of Super High Collision Avoidance Early Warning System Pan Sheng (Shanghai ElectricalAutomation R&D Institute LTD Inc,Shanghai,China) Abstract:This paper presents a kind ofhigh precision,automatic,intelligent bridge anti—collision warning system and automatic forensics system, aiming at the bridge of some impact events。The active type ultra-high real time detection and early warning,combining with ship automatic identi— ifcation system(AIS)based on the electronic channel map and sound and light or a large screen for security warning reminder,while the management center uses video surveillnce aand satellite phones to curb excessive ship traffic as well as to monitor the illegal capture evidence of ship,It can mini— mize the probability ofhigh bridge collision,signiifcantly reduce the COSt ofbridge mmntenance,it Call also protect people’s lives nd propertaies by means of high technology. Keywords:Intelligent Early Warning;Automatic Forensics:Automatic Identiicatifon System;Network Monitoring 以通过视频对现场进行管理。 0引言 中国水路路网发达,曾经为中国经济起到重要作用。根据国务 院提出加快内河水运发展的部署,今后一段时问,内河水运尤其是 高等级航道网是航运建设的重点。由于内河桥梁分布较为密集,同 时随着船舶大型化和航运发展,船撞桥的发生的风险也随之增加。 部分船撞桥事故通常会造成船舶沉没、桥梁倒塌、人员伤亡等直接 后果,造成巨大的生命、财产损失和严重的环境破坏。 因此,在水路航道管理中,充分利用现代化技术,提高航道行 驶安全性,提高管理人员管理效率和管理成本将显得尤其重要。本 文将结合江浙沪地区航道特点,利用激光、视频监控等技术,实现 对超高船舶主动识别和预警,防止船舶撞击桥梁,保护了人员和财 产的安全 。 图1系统构成 1系统研究背景 1.1必要性研究 大部分桥梁防撞的研究和应用均基于不同复合材料被动防撞, 而主动防撞的研究较少。以往对于防撞检测主要采用视觉系统成像 等进行船舶信息获取来进行预报和防撞,容易受天气和光线影响。 本次研究提出基于可见光、激光与高频波信息融合的桥梁船舶超高 防撞智能预警监控及自动取证管理系统方案,能够有效减少船舶撞 桥的发生 。 1.2可行性研究 近年来,国家尤其重视内陆航道建设,为了实现科技兴航,通过 加大信息化建设和自动化建设,实现网络化管理,从而实现水运事业 的可持续式发展。提高水上交通的安全管理,实现立体化的监管。港 航局还相继开发了包括业务数据整合平台、航道交通流量观测网络系 统、电子缴费系统以及成功研究网络视频技术等网络数据业务系统, 为本系统提供了平台,加快了航道智能化信息化建设的步伐。 本系统对进入警戒区域的船舶进行实时的超高检测告警,促使 超高船舶调头行驶或采取灌水压舱办法解决超高船舶撞击桥梁的问 题;对不听劝告继续前行的超高船舶进行违法取证;通过视频监控 系统及卫星通信系统,管理人员可以提高管理效率 】。 系统的电源情况:预警设备(LED警示牌、桥涵及桥柱标志 灯、超高检测、语音报警、网络报警、无线数传收发装置)全部采 用太阳能供电,以防止停电带来预警失效的后果;视频监控系统采 用地方电供电;电子警察及探照灯一般采用市电供电,停电时采用 蓄电池供电。 2l2系统布置 超高检测系统:第一道超高检测预警装置设置在距离约桥梁 200米以外的地方。检测高度为距离桥梁底200mm。第二道超高检 测报警装置,超高检测点设置在距离桥梁50米的地方。检测高度为 距离桥梁底l00mm。 语音报警系统:安装在超高检测系统胖,循环播放警示性语 音,提醒超高船舶。 LED禁示系统:在桥两端的正中央位置各安装一块LED屏,显 示“超高船舶,禁止通行”字样。 探照灯系统:在上下游距离该桥80米的地方各安装一个探照 灯。主要用于夜间有超高船舶闯入时能引导船舶,帮助其看清铁路 桥的大致高度,使其能提前作出反应。该探照灯一般在光线不良时 以及晚上时工作,由超高检测点触发点亮。 抓拍取证系统:安装在距离桥梁约大约5O米的位置,用来记录 船牌号码,便于事后索赔取证等。 短信报警系统:安装在抓拍取证点旁。通过短信方式通知值班 人员及管理有关人员有船舶超过桥梁警戒高度 视频监控设备:现场设置视频监控记录系统,除了能记录现场 日常情况外,还能通过宽带网络进行远程监控。从视频回放中了解 到桥梁是否被冲撞过及损坏情况,也能了解设备是否正常工作,帮 助管理人员进行日常检查及了解现场情况。 电子世界・183・ 2系统方案的设计 2.1系统组成 该系统主要由船舶红外探测器、LED警告标志、通行标志灯、 语音报警、探照灯、超高抓拍系统、太阳能供电系统、视频监控、 无线收发控制系统等子系统组成,如图l所示。可对超高船舶进行 警示、警告,提醒超高船只并引导其掉头,本系统同时将超高船舶 的信息及现场图片通过网络传输到管理中心,管理中心工作人员可 ELECTR0NICS WORLD・ 桥涵标:安装在通航孔上下游迎面桥梁正中间的位置,用来引 导船舶通行。 2.3子系统介绍 2.3.1红外对射超高检测系统 由红外发射机发出的红外光束被设置在航道另一侧的接收机接 觞 收,当有超过限制高度的船舶通过时,光束被遮断,接收机立即发 出报警信号(电脉冲/开关量),同时还可以启动报警、抓拍及探 照灯开启的触发设备。对于河岸较宽的或者环境不好的,可以采用 激光对射装置,具有检测精度高,调试准确方便,适应恶劣天气条 件下使用的特点。 2.3.2声光报警设备 主要起到警示作用。使用穿透力强且对听觉无伤害的音频,宏 亮且不刺耳,有效警示违章船舶驾驶员。 2.3.3高清抓拍主机及补光模块 用来抓拍船舶外观及船号,作为船舶违规证据,便于时候处 理。当夜间或光线较暗的情况下需要补充光源,保证拍摄到清晰的 照片,选用高亮度的专用闪光灯,拍照的同时进行自动闪光,起到 同步抓拍的效果。 2.3.4 LED禁示标志 为提高限高禁令标志显示效果,我们对LED进行了个性化设 计。无论白天晚上,安装在桥身正面位置的LED的均显示“超高船 舶,禁止通行”。 2.3.5桥涵及桥柱标志灯 桥涵灯及桥柱灯是桥涵标的灯光设备,一般设置在桥梁通航桥孔 迎船一面的上方中央和两侧桥柱上,夜间能够发出灯光信号,用来标 示桥梁通航孑L位置,引导船舶驾驶员确认桥梁通航孔位置并安全通过 桥区航道,从而能减少碰撞概率,以保障桥梁安全和船舶航行安全。 2.3.6太阳能供电装置 考虑到现场的预警设备接电成本太高及敷设电缆比较困难,还要 受可能发生的停电影响,以及现在可持续发展的要求,LED警示牌、 桥涵及桥柱标志灯、超高检测、语音报警、网络报警、无线数传收发 装置全部采用太阳能供电。在无光照情况向应能满足30天使用要求。 2.3.7 GPRS、ADSL数据传输系统 是黑夜,都能清楚的抓拍船舶的形状及船号,为提高可靠性,可以 在上下游各抓拍一次,加大取证效果。 (8)太阳能供电。太阳能供电是目前最环保、最节能的供电 方式。应可再生能源要求,系统的超高检测装置、无线控制装置、 语音预警装置、LED禁令标志装置、GSM通信装置均采用太阳能供 电,同时也解决了系统在接电或布线困难区段的供电问题。 图2所示就是本系统布置图。 i咽 垂 垂 桥粱 1 I第 1繁 一 .1 l 图2系统布置图 3.2系统工作过程 第一道超高检测装置安装在距桥梁200米处,当有超高船舶触 通过,触发第一道报警。工作过程为:立即触发设置在河岸边的语 音报警器,循环播放语音警告,提醒超高船舶。语音报警器在循 环工作一段时间后自动复位。同时设置在桥梁的LED显示“严禁通 行”的字样。如果是晚上,将会自动启动探照灯射向桥梁,以及启 动桥涵(桥柱)标志灯,用以引导船舶。 第二道超高检测装置安装在距桥梁50米处,如果超高船舶仍不 听劝告继续前进,触发第二道报警。工作过程为:首先电子警察抓 拍可以清晰辨认船牌号码船舶形状的照片,照片显示拍摄的具体时 问。抓拍的照片通过网络传送到航道管理中心。同时视频监控系统 触发预案,中心管理人员通过视频监控系统可以了解现场情况并作 出相应处理。如果船舶强行穿过桥梁,则安装在桥梁另一侧的抓拍 设备再对其进行抓拍取证,便于时候处理及索赔。 图3所示的就是本系统的工作流程图。 利用GPRS网络平台,向监控终端传输超高船舶入侵信息。信 息内容包含桥号、入侵方向、入侵时间等信息。现场视频及图片信 息优先采用ADSL有线网络传输。 2.3.8监控中心 现场设备通过网络与监控中心连接,监控中心可以对所有设备 进行监管,当有报警发生时,管理员通过监控中心服务器可以查看 现场图像和照片。 3系统工作原理 3.1系统功能 (1)超高检测功能。红外或激光超高检测器能对进入预警区 域的船舶进行24d',时实时检测,发现超高船舶及时报警。 (2)LED警示功能。显示“超高船舶,严禁通行”字样,超 高船舶在触发报警后,能第一时间看到设置在桥梁上的LED屏幕, 这是最直观,最有效的提醒方式。如果是晚上,船舶驾驶员还能在 很远位置看到醒目的桥涵标志灯。 (3)视频监控功能。一旦有超高船舶触发报警,管理人员第 时间通过视频监控系统了解现场情况,视频监控系统录像功能也 为时候处理提供依据。 (4)系统自检功能。因系统设备都安装在偏远地区,无人现场 职守,所以系统需要具有自检功能。当自检系统发现设备出现故障 一图3工作流程图 4经济效益和社会效益 4.1经济效益 节省航道桥梁管理费用,减少人工成本和维护成本。传统的航 道船舶超高管理主要依靠人力进行调查判断取证,工作量巨大,且 会碰到很多取证困难的情况。通过人力来进行调查管理,小规模的 尚可,如果是对长距离连续航道进行大范围的普查,那就很难了解 全貌。尤其夜间航道船舶管理,更需要花费大量人力和船舶巡查管 理,实地调查本身就非常困难了,若想得到准确的调查结果就更加 困难了。而内河限制性航道桥梁船舶超高防撞智能预警监控及自动 取证管理系统大大节省了航道调查管理的成本。 (下转第189页) 时,第一时间通过网络自动控制中心报警。管理员可以根据自检系统 发回的信息了解系统设备故障的具体情况,提高维护保障的效率。 (5)网络报警功能。系统提供的网络报警功能,使相关人员 能够在第一时间接收到超高船舶的违章通行信息,提供了基础保 证,并且工作人员可以通过船舶卫星电话联系船上人员。 (6)智能方向识别功能。通过船舶的运行轨迹,可以确定船 舶运行方向,对于迎面驶向桥梁的船舶进行警告,对于驶离桥梁的 船舶不触发警告。 (7)取证功能。系统的取证采用高清摄像机,无论是白天还 ・184・枣子世界 ELECTRONICS WO ・技术交流 l41曲君乐,吕斌,吴承璇,刘杰,雷卓.太阳能电池板自动清扫装置 3结论 结合南握独特的气候条件,设计的同字型结构的小型家用红枣烘 的研制【I】.山东科学,2()13(()4):51—55. 【5l李建昌,侯雪艳,王紫碹,吴隽稚,巴德纯真空管式太阳能集热 器研究最新进展…真空科学与技术学报,2(112(10):943—950 l61回双双,吴亚敏,王晓,朱洁,陈雪妮,袁封平太阳能电池板的优 化安装….实验室研究与探索,2()12(05):28—30 I7l黄克亚.太阳能电池板输出功率智能控制装置设计lIIl机床电 器,2012,(() 44—47. 房系统,通过对管道的设计,太阳能电池板供电系统的引入:辅助加 热系统的改进,整体提高了能源的利用率,使可操作性也更强,且符 合便捷、环保、节能、经济的理念。同时对软硬件电路在不同环境下 进行不断地实验,使电路能更可靠地工作,且信号稳定。 参考文献 …薛继元,冯文林,赵芬,杨晓占.太阳能电池板的输出特性与实际 应用研究 红外与激光工程,2015(【)】):176—181. 班婷,朱明,王海太阳能集热器的研制及结构优化Ul_农业工程 学报,2()11(¥1):277—281. 【91刘继者热管平板式太阳能集热器和太阳能热水系统的研究fD】 I2】李鹞中国晶体硅太阳能电池板的生命周期评价(D】.上海交通 大学,2015 天津大学,2()07 『101刘圣勇,张百良,袁超,张杰,陈开碇采用太阳能集热器干燥玉 米的研究卟农业工程学报,2oI)1,(06):93—96 通讯作者:王建平,副教授 【31程言哲,张文理,余宝琛,戴思远,傅靖恒,洪海宁,魏正漪太阳能 电池板发电效率的实验研究U1自动化技术与应用,2014(02):99-102 (上接第184页) 4.2社会效益 舶通航的的效率和安全水平。航道主动桥梁超高防撞预警系统将在 航道桥梁防撞方面发挥重要的最用。 参考文献 促进航道可持续性发展及桥梁现代化管理模式。内河限制性航 道桥梁船舶超高防撞智能预警监控及自动取证管理系统有助于航道 中心管理人员了解现场情况及船舶情况,也有助于船舶了解现场情 况,增加与船舶的互动交流,在提高通行效率的同时为航道船只保 驾护航。通过安装自动化装置,直接的提高了船舶航行的安全性, 间接的提高为货主、旅客服务的质量。时也将提高客户对运输商的 【1】汪璐船舶自动识别系统在海事领域中的应用UI_信息通信,2015(11): 128-129 信任度和满意度,对于振兴水利运输这种节能高效的运输方式起到 积极的作用。 I21邓清文,孙中懿,王端,刘何平,李红强桥梁桥体主动防撞报警 系统设计uJ.仪器仪表用户,2016:23(12):16—19. 王莹,任慧,肖刚,李文勇.基于视频检测的船舶异常航迹模型及 实验分析 江苏船舶,2()12(4):30—33 【4 J殷俊浩.船舶超高防撞预警监控系统的设计与应用U】.上海铁 道科技.2014(1):33—35 5结束语 本文提出J,一种航道主动桥梁超高防撞预警系统,通过对系 统可行性研究及功能要求研究,形成初步系统方案设计,本系统能 适应航道桥梁安全监控管理智能化、小型化、高精度安装和集成应 用。能很好的满足用户方的需求及对环境的适应能力,大大提高船 作者简介: 潘嵊(1983一),男,上海人,工程师,主要从事机电及通信 工程工作 (上接第186页) 短测试路径,收敛速度也较为理想,为数字微流控芯片测试问题的 Chakrabarty,Digital Microfluidic Biochips with Arhicrarv Layouts[e1. 20th IEEE European Test Symposium.201 5.978:7603—76(14 研究提供一定的参考。 参考文献 fIIZHAO Y.CHKRABARTY.K.On—linc testng ioflab—on—chip tt;ing 【5]Jingsong Yang,A Perso“g cat】oI]heuristic genet algorithm orf digital microfluidics—based biochips placement[J]Telkonmika 2013,1 1f6):3187—3193. reconfigurable digital—microfluidic 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