CN102708705A - 防止物体撞击桥梁的预警系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防止物体撞击桥梁的预警系统，包括探测装置，用于实时探测并获得物体的位置数据和尺寸数据；数据库，用于记录并存储所述位置数据和和所述尺寸数据；物体运行状态分析装置，用于根据所述位置数据和所述尺寸数据，分析所述物体过去的运行状态和当前的运行状态；物体运行状态预测装置，用于根据所述物体过去的运行状态和当前的运行状态，预测所述物体未来的运行状态；物体撞击桥梁可能性估算装置，用于根据所述物体未来的运行状态，估算所述物体未来撞击桥梁的可能性；报警装置，用于当所述物体未来撞击桥梁的可能性大于或等于预设的阀值时，启动报警。本发明的预警系统降低了设备和维护的成本，提高了预警精度。

Description

防止物体撞击桥梁的预警系统

技术领域

本发明涉及预警技术领域，尤其涉及一种防止物体撞击桥梁的预警系统。

背景技术

为了防止物体，例如船舶，撞击桥梁，而造成财产损失和阻碍水路交通，有必要设置预警系统，对物体的撞击提前进行预警。

船舶交通管理系统(VTS系统)可以对数公里至数百公里的水面区域中的多个目标进行有效地定位、跟踪。因此，可以借鉴VTS的经验，在桥基上布设雷达设备，来监控桥址区域的船舶航行行为。VTS系统预先判断撞击危险，对可能撞击桥梁的船舶提前发出警报，从而降低船舶撞击桥梁的危险。但是，目前采用VTS系统存在以下不足：

(1)VTS系统中的雷达为微波雷达设备，造价高昂；

(2)雷达建立跟踪的时间太长，达一个天线扫描周期，这不适于对港区内机动目标快速建立稳态跟踪；

(3)雷达适于在大范围的水面区域进行跟踪，而对于交通密集的港口水域的目标，跟踪混迹现象较严重，两船间检测和跟踪的分辨率较低；

(4)雷达设备不能探测出船舶的外形尺寸数据，从而无法确定船舶是否会撞击桥梁所需的船舶外形这个基本数据，也就无法准确地进行预警；

(5)VTS系统是对大范围水面区域进行检测的船舶交通管理系统，并非专门为检测桥梁的撞击而设计的。因此，将VTS系统用于检测桥梁，检测效果并不理想，但成本又极高。

因此，本领域的技术人员一直致力于开发一种成本低、预测精度高的防止物体撞击桥梁的预警系统。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种成本低廉、预测精度高的防止物体撞击桥梁的预警系统。

为实现上述目的，本发明提供了一种防止物体撞击桥梁的预警系统，包括探测装置，用于实时探测并获得物体的位置数据和尺寸数据；数据库，用于记录并存储所述位置数据和和所述尺寸数据；物体运行状态分析装置，用于根据所述位置数据和所述尺寸数据，分析所述物体过去的运行状态和当前的运行状态；物体运行状态预测装置，用于根据所述物体过去的运行状态和当前的运行状态，预测所述物体未来的运行状态；物体撞击桥梁可能性估算装置，用于根据所述物体未来的运行状态，估算所述物体未来撞击桥梁的可能性；报警装置，用于当所述物体未来撞击桥梁的可能性大于或等于预设的阀值时，启动报警。

进一步地，所述预警系统还包括用于所述物体进行自矫正的物体自矫正装置。

进一步地，所述预警系统还包括用于在所述物体自矫正失败后对所述物体进行外力干预的外力干预装置。

进一步地，所述探测装置包括激光测距仪和红外探测设备。

进一步地，所述红外探测设备包括红外热像仪。

进一步地，所述探测装置还包括可见光探测设备。

进一步地，所述报警装置为显示报警信息的显示屏、声音报警设备、激光扫射报警设备的其中之一或任意结合。

进一步地，所述物体的所述运行状态的数据包括所述物体的速度、所述物体的运动方向和所述物体的运行轨迹。

进一步地，所述物体的所述运行状态的数据还包括所述物体的加速度。

本发明的有益效果：

本发明的预警系统采用红外探测设备，尤其是在晚上或是雾天，能准确地探测到船舶的外形尺寸数据。

本发明的预警系统采用可见光探测设备，能在天气状况较好的白天准确地探测到船舶的外形尺寸数据。可见光探测设备可满足一般气候条件下的目标成像，硬件成本较低，易于维护。

由于红外探测设备和可见光探测设备能探测获得船舶的外形尺寸数据，从而可克服跟踪混迹现象，提高船舶检测和跟踪的分辨率。

本发明的预警系统采用激光测距仪，与VTS系统的微波雷达设备相比，成本大幅度降低，且建立跟踪所需的时间短。激光测距仪能全天候、全天时地对运动目标，也即物体，进行高精度的测角和测距，获得物体的位置数据。

本发明的预警系统可以进行物体的自矫正，使物体回到预定的运动轨迹上，以正常的速度和方向运行。

本发明的预警系统在物体自矫正失败的情况下，可以进行外力干预，使物体回到预定的运动轨迹上，以正常的速度和方向运行。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的预警系统的第一实施方式的结构示意图。

图2是本发明的预警系统的第二实施方式的结构示意图。

图3是本发明的预警系统的第三实施方式的结构示意图。

图4是本发明的预警系统的运作流程示意框图。

具体实施方式

本发明的防止物体撞击桥梁的预警系统以防止船舶撞击桥梁为例，但本发明并不局限于此，任何有撞击桥梁可能性的物体，例如石块、飞机、不明飞行物等都适用于本发明。

如图1所示为本发明的第一实施方式的结构示意图，包括探测装置1，用于实时探测并获得船舶的位置数据和尺寸数据。数据库2，用于记录并存储位置数据和和尺寸数据。船舶运行状态分析装置3，用于根据位置数据和尺寸数据，分析船舶过去的运行状态和当前的运行状态。

船舶的运行状态的数据包括船舶的速度、船舶的运动方向和船舶的运行轨迹，还可以包括船舶的加速度。

船舶运行状态预测装置4，用于根据船舶过去的运行状态和当前的运行状态，预测船舶未来的运行状态。船舶撞击桥梁可能性估算装置5，用于根据船舶未来的运行状态，估算船舶未来撞击桥梁的可能性。报警装置6，用于当船舶未来撞击桥梁的可能性大于或等于预设的阀值时，启动报警。

上述各部件探测装置1、数据库2、船舶运行状态分析装置3、船舶运行状态预测装置4、船舶撞击桥梁可能性估算装置5、报警装置6之间电性连接。

探测装置1将探测和处理后所得的船舶的位置数据和尺寸数据存储至数据库2中。船舶运行状态分析装置3从数据库2中提取船舶过去的位置数据和尺寸数据，从探测装置1直接获得船舶当前的位置数据和尺寸数据。船舶运行状态分析装置3根据获得的船舶的过去的数据和当前的数据，分析船舶过去的和当前的运行状态。船舶运行状态预测装置4通过对船舶过去的和当前的运行状态的分析，预测船舶未来的运行状态。船舶撞击桥梁可能性估算装置5根据对船舶未来的运行状态的预测，估算出船舶撞击桥梁的可能性。如撞击桥梁的可能性大于预定的阀值，则启动报警装置6进行预警。

报警装置6为显示报警信息的显示屏、声音报警设备、激光扫射报警设备的其中之一或任意结合。

在本实施方式中，探测装置1包括激光测距仪11和红外探测设备12。红外探测设备12尤其是在晚上和雾天，能准确地探测到船舶的外形尺寸数据。

如图2所示，本发明的预警系统的第二实施例的结构示意图。本实施例与上述实施例基本相同，所不同之处在于，图2中的探测装置1除了激光测距仪11和红外探测设备12之外，还包括可见光探测设备13。红外探测设备12虽然在白天也能进行探测，但探测精度较差，红外探测设备12更适合于在晚上进行探测。可见光探测设备13能在天气状况较好的白天准确地探测到船舶的外形尺寸数据。

另外，图2所示实施例中还包括了船舶自矫正装置7，用于船舶进行自矫正，如果船舶的自矫正成功，则解除报警。外力干预装置8，如果船舶自矫正失败，用于对船舶进行外力干预并解除报警。

船舶自矫正装置7，可以使船舶自行回到预定的运动轨迹上，以正常的速度和方向运行。

外力干预装置8，可以使船舶在外力干预下回到预定的运动轨迹上，以正常的速度和方向运行。

如图3所示为本发明的第三具体实施例的结构示意图。本实施例中的预警系统中没有船舶自矫正装置7。报警装置6启动报警后，外力干预装置8直接对船舶进行外力干预，使船舶回到预定的运动轨迹上，以正常的速度和方向运行。

如图4所示，本发明的预警系统的工作步骤如下：

S11、利用探测装置实时探测并获得物体的位置数据和尺寸数据：

激光测距仪对船舶进行捕获和跟踪，获得船舶的位置数据。激光测距仪将船舶的位置数据传送给红外探测设备。当船舶的红外辐射足够强时，红外探测设备中的红外热像仪识别并跟踪船舶，船舶的图像经处理后获得船舶外形的尺寸数据。

本发明中采用的激光测距仪，与VTS系统的微波雷达设备相比，设备成本大幅降低。

S12、记录并存储船舶的位置数据和尺寸数据：

将激光测距仪探测到的船舶的位置数据实时储存至数据库中，将红外探测设备探测并处理后所得的船舶外形的尺寸数据也存储至数据库中。

S13、根据船舶的位置数据和尺寸数据，分析船舶过去的运行状态和当前的运行状态：

运行状态的数据包括船舶的速度、船舶的方向和船舶的运行轨迹。

关于船舶的速度和船舶的方向，船舶运行状态分析装置从数据库中取出由激光测距仪探测到的船舶的位置数据(x_i(t)，y_i(t))，结合时间融合算法，获得船舶的速度(x_i’(t)，y_i’(t))的快慢和船舶的速度(x_i’(t)，y_i’(t))的方向。通过对船舶过去的和当前的速度快慢和速度方向的分析，可以获知船舶的速度快慢和速度方向是否都正常，是否在预设的范围之内。

关于船舶的运行轨迹，实际也即是船舶的位置数据。船舶运行状态分析装置分析船舶过去的和当前的运行轨迹是否在船舶的预设航线范围之内。

此外，运行状态的数据还可以包括船舶的加速度。船舶运行状态分析装置从数据库中取出由激光测距仪探测到的船舶的位置数据(x_i(t)，y_i(t))，结合时间融合算法，获得船舶的加速度(x_i”(t)，y_i”(t))。通过对船舶过去的和单签的加速度的分析，可以进一步获知船舶的加速度是否正常，是否在预设的范围之内。

时间融合算法为本领域技术人员熟知的技术，在此不再赘述。

S14、根据船舶过去的运行状态和当前的运行状态，预测船舶未来的运行状态：

根据船舶过去的运行状态和当前的运行状态的分析，也即船舶的速度、船舶的方向和船舶的运行轨迹、船舶的加速度的分析，船舶运行状态预测装置对船舶未来的运行状态进行预测，也即对未来的船舶的速度的快慢、船舶的方向、船舶的运行轨迹和船舶的加速度进行预测。

S15、根据船舶未来的运行状态，估算船舶未来撞击桥梁的可能性：

船舶撞击桥梁可能性估算装置根据预测的船舶未来的运行状态，估算船舶未来是否有可能撞击桥梁。

S16、如果船舶未来撞击桥梁的可能性大于或等于预设的阀值时，启动报警；如果船舶未来撞击桥梁的可能性小于预设的阀值时，则返回步骤S11。

如果船舶未来撞击桥梁可能性估算装置所估算撞击桥梁的可能性大于或等于预设的阀值时，例如可能性大于70％时，报警装置启动报警；如果撞击桥梁的可能性小于预设的阀值时，例如可能性小于70％时，则返回步骤S11，继续进行船舶的位置数据和尺寸数据的探测。

报警装置可以为显示屏，显示报警信息；也可以为语音报警设备，通过语音提示例如船载无线通信设备进行报警；也可以为激光报警设备，通过激光扫射进行报警等。本发明并不限于某种报警设备和报警方式。任何提示船舶有撞击桥梁可能性的报警设备和报警方式都可应用于本发明。本发明的报警装置也可以为多个报警设备的任意结合，例如显示屏和语音报警设备的结合，显示屏和激光报警设备的结合，显示屏、语音报警设备和激光报警阀设备的结合等。

在不同的实施方式中，在S16之后还包括：

S17、船舶进行自矫正；如果船舶的自矫正成功，则解除报警。

报警装置对船舶进行报警提示后，船舶可以自矫正。例如，驾驶人员调整船舶的速度和方向，并使船舶运行于预定的航线范围内。如果船舶的自矫正成功，也即船舶的运行状态，例如速度快慢、方向、加速度、运行轨迹在预设的阀值范围内，则报警装置解除报警。

S18、如果船舶的自矫正失败，则对船舶进行外力干预并解除报警。

如果船舶的自矫正失败，例如船舶发动机损坏，船舶进水等导致驾驶人员无法自矫正，则对船舶进行外力干预。外力干预完成后，报警装置解除报警。外力干预可以为对船舶进行拦截。本发明对外力干预的方式不做限制。

在其他实施方式中，在S16之后，步骤S17’直接对船舶进行外力干预，并在干预成功后解除报警。也即是没有船舶进行自矫正的步骤。

本发明的预警系统通过探测所得的数据，分析船舶过去的和当前的运行状态，并预测船舶未来的运行状态，估算出船舶撞击桥梁的可能性，及时进行预警，极大地降低了船舶撞击桥梁的风险。

本发明的预警系统可以完全满足桥区全天候、全天时、全自动地对通航船舶检测、监视、跟踪和预警的要求，可以广泛地应用在具有桥梁的水域(内河、湖泊、近海)上。

本发明的预警系统具有成本低、预测精度高等有益效果。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种防止物体撞击桥梁的预警系统，其特征在于，包括：

探测装置，用于实时探测并获得物体的位置数据和尺寸数据；

数据库，用于记录并存储所述位置数据和和所述尺寸数据；

物体运行状态分析装置，用于根据所述位置数据和所述尺寸数据，分析所述物体过去的运行状态和当前的运行状态；

物体运行状态预测装置，用于根据所述物体过去的运行状态和当前的运行状态，预测所述物体未来的运行状态；

物体撞击桥梁可能性估算装置，用于根据所述物体未来的运行状态，估算所述物体未来撞击桥梁的可能性；

报警装置，用于当所述物体未来撞击桥梁的可能性大于或等于预设的阀值时，启动报警。

2.如权利要求1所述的预警系统，其中，所述预警系统还包括用于所述物体进行自矫正的物体自矫正装置。

3.如权利要求1所述的预警系统，其中，所述预警系统还包括用于在所述物体自矫正失败后对所述物体进行外力干预的外力干预装置。

4.如权利要求1所述的预警系统，其中，所述探测装置包括激光测距仪和红外探测设备。

5.如权利要求4所述的预警系统，其中，所述红外探测设备包括红外热像仪。

6.如权利要求4所述的预警系统，其中，所述探测装置还包括可见光探测设备。

7.如权利要求1所述的预警系统，其中，所述报警装置为显示报警信息的显示屏、声音报警设备、激光扫射报警设备的其中之一或任意结合。

8.如权利要求1所述的预警系统，其中，所述物体的所述运行状态的数据包括所述物体的速度、所述物体的运动方向和所述物体的运行轨迹。

9.如权利要求8所述的预警系统，其中，所述物体的所述运行状态的数据还包括所述物体的加速度。

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