广东省交通规划设计研究院股份有限公司 广东 广州 510507
摘要：桥梁被船舶撞击会造成重大安全事故，采用雷达系统和监控系统可实现全天候监控，对船舶行驶行为异常，可能发生碰撞事件发出预警信息，避免安全事故的发生。同时还可根据视频监控信息，对肇事船舶进行追责。
关键词：桥梁防撞；预警；雷达
一、项目背景
近年来，随着国内国民经济的高速增长，内河航运事业发展迅速，内河航运交通变得十分繁忙，船舶撞击桥梁的重大事故也频频发生，对桥梁造成了严重危害。对于撞桥事故的处理，第一时间获知事故信息从速处置，以免造成其他连带后续事故发生显得尤为重要，桥梁防撞预警系统为处理此类事故提供了可行方案。
二、桥梁防撞系统
1、系统概述
桥梁防撞预警系统通过对江面船只与物体进行识别和跟踪，在雾天、黑夜等视觉系统不可见的环境下，有效去除干扰，实现全天候敏感区域监控。监控信号通过网络传输，主控室内可控制雷达，设定警戒区，并与海图实现数据融合。可为光电系统提供目标信息，包括经纬度、方位、距离等数据。通过设定警戒区，可对进入警戒区中的目标进行持续跟踪与报警，并联动光电系统进行目标定位，实现大桥的防撞监控。
2、系统主要功能
（1）传感器
传感器都用于对船只的发现、身份识别和行为预判，传感器相互补充配合，可有效提高发现概率、识别和行为预判的准确率，切实提高监管效能。
通过视频监控系统，观察即将通过通航孔船只的行驶情况。系统可对视频画面进行智能分析，当发现船舶行驶行为异常，可能发生碰撞事件时，进行声光报警。
雷达设备：提供雷达图像及基于雷达图像的跟踪识别目标，相比于AIS信号，雷达是一种主动探测手段，可发现未开AIS船只的位置、速度及航向；同时可获得更高刷新率（通常为3秒）的船舶位置信息。相比于视频监控，雷达能在各种光照和气候条件下进行24小时不间断工作。
AIS：接收船只发出的动态、静态信息，了解船舶的位置、身份、船型及载货等信息。
（2）监管平台。
信号叠加显示：在电子海图平台上叠加显示AIS目标、雷达视频及雷达跟踪目标。以供监管人员掌握通航情况，人工发现识别碰撞风险。
自动报警：
可通过AIS和雷达发现速度、航向异常的船舶，并进行自动报警。
可通过固定摄像机发现航向异常的船舶，并进行自动报警。
调查取证：可针对区域或单个船舶，进行AIS/雷达和监控视频的同步回放，还原事故过程。
3、技术方案
3.1雷达子系统
（1）系统描述
雷达系统是将雷达扫描出的模拟信号输出进行数字化，并对数字化后的雷达视频进行点迹提取，进而实现移动船舶的目标跟踪，一旦发现船舶进入禁止航行的桥区预警水域或报警水域即产生预报警。
雷达系统主要目标：
基于X波段监控雷达对水面区域主动式扫描。可全天候探测水面以上各类目标。高分辨率、高灵敏度及恶劣气候下的高效杂波能力，满足大桥监控的各类需求。
监控雷达可安装在无人值守的大桥周边，通过TCP/IP网络实现远程操作，包括雷达控制、量程切换、ARPA开启关闭、警戒区设定等。
监控雷达可全屏幕自动扫描1000个目标，并提供CPA/TCPA信息和危险目标提示。ARPA目标信息（包含位置信息、航速航向、CPA/TCPA、目标大小等）可通过串口RS422传输或网络远程传输，符合IEC61162标准协议。
监控雷达可设定警戒区，可自动对进入警戒区的目标进行持续跟踪与报警，并通过网络接口通知指挥中心。
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（2）系统构成
雷达系统由雷达硬件设备、雷达数字化处理软件、雷达跟踪识别软件组成。其产生的信号有两种，分别是雷达视频信号和雷达跟踪目标。
雷达视频信号是对雷达回波进行数字化、滤波和压缩后绘制出的视频图像；而雷达目标是对雷达视频进行分析计算后，提取出的目标（船舶）点迹信息。
3.2监管平台
（1）电子海图平台
电子海图显示平台是桥梁防撞预警监控平台的主要展现窗口。
电子海图平台提供扩展显示接口，可动态显示AIS物标船舶、雷达物标船舶等各种船舶定位监控目标，包括船舶物标的航速、航向、船艏向等信息，同时可自定义船舶显示颜色和符号。
（2）雷达接入模块
将雷达视频及雷达跟踪识别信息接入并叠加显示在电子海图上。
（3）船舶动态监控功能
a.多种信号的综合监控
系统可支持在电子海图/地图平台上同时显示视频监控、雷达、AIS等多个系统的实时信号，根据AIS信号中的船舶类型，不同类型的船舶以不同的符号、边界颜色显示，船舶的航向、航速及最近航迹也以形象的方式展现。
系统可联动监控摄像机，可实现CCTV监控画面和AIS/雷达目标的联动，保持目标时刻位于监控画面中心。对于未开AIS的船只，仅靠雷达无法确认其身份，而联动摄像机可帮助监管人员迅速观看到船舶的名称等细节。
b.重点船舶监控
重点物标监控功能让监控人员可对作业船舶、非法闯入船舶等物标进行独立窗口的跟踪监控。
c.重点区域监控
重点区域监控功能让监控人员可在单独的电子海图窗口中监管重点水域。
可以通过输入经纬度，手工划定水域等形式，实现“新建”、“修改”、“删除”等操作，来确定需要监控的重点水域，实现对这些重点水域实施重点监控。
（4）智能报警
智能报警的报警计算功能，是以桥梁防撞预报警区域为基础，通过对AIS船舶动态、雷达船舶动态位置的实时计算，自动识别船舶闯入禁航行预警与报警区域，并产生报警信息。
（5）平台接口模块
a.AIS接口模块
AIS信号接入包括AIS船舶的动态信息及船舶静态信息的接入与解析。系统通过网络连接管理处内网，接收AIS信号，通过解析程序解析AIS报文，并过滤非监控点区域的船舶数据。
AIS（俗称水上“千里眼”），通过接收船舶主动发出的AIS信号获取船舶的位置、航向、航速、船名、船长、船宽、船舶类型等船舶动静态信息。可对船舶实施全程、全天候监控，并能够提供实时和历史的船舶动态和静态信息。
b.CCTV接口模块
通过CCTV接入模块，实建CCTV监控点的视频图像的接入，根据CCTV监控点实际经纬度，在电子地图平台上标识其位置，并显示联动CCTV监控点所能覆盖的联动监控范围，以及当前CCTV监控点的监控区域。
c.雷达接口模块
将雷达视频及雷达跟踪识别信息接入并叠加显示在电子海图上。并可为雷达目标添加文字描述。
d.数据输出接口模块
提供外部系统接入的TCP或UDP端口: 系统平台搭建一个网络链接服务端口，外部系统可以通过这个接入到本平台中，接入后平台按照外部系统指定的数据格式，把数据信息主动上报到外部系统。
提供短信发送端口: 监控平台中加入GPRS模块，实现报警信息的远程无线传输。在平台中配置相关负责人的手机号，如果发现警情，监控平台会通过GPRS模块把报警信息以手机短信方式发送给负责人。
（6）历史航迹回放
历史航迹回放功能用于事故调查、事故分析、通航情况分析等应用。
历史航迹回放功能可按时间段对某个船舶物标进行航迹回放、视频跟踪回放，也可对某个区域进行航迹回放和视频监控回放。
四、结束语
本文提出的桥梁防撞预警系统，能够提高航道运行的安全性，能够有效避免因船舶对桥墩的撞击造成的意外事故。通过该系统，相关管理部门能够准确了解桥区通航情况，有效引导船舶，一旦发生紧急事件，系统能够及时协调资源，将损失降低至最小。
参考文献
[1] 蒋仕光.桥梁防撞预警视频监控系统[J]. 港口装卸，2018年第4期
论文作者:李欢生
论文发表刊物:《防护工程》2019年9期
论文发表时间:2019/8/12
标签：船舶论文; 目标论文; 系统论文; 海图论文; 信息论文; 桥梁论文; 航迹论文; 《防护工程》2019年9期论文;