CN104732806A

CN104732806A - 船桥碰撞风险自动识别与预警系统

Info

Publication number: CN104732806A
Application number: CN201510155761.9A
Authority: CN
Inventors: 盛进路; 郑婉媚; 赵虎刚; 赵鑫; 杨富华
Original assignee: Chongqing Jiaotong University
Current assignee: Chongqing Jiaotong University
Priority date: 2015-04-03
Filing date: 2015-04-03
Publication date: 2015-06-24

Abstract

本发明涉及一种船桥碰撞风险自动识别与预警系统，由以下几个部分组成：一个GPS接收机，一个通信处理器，两个多信道VHF数据收发机，系统中还设置有数据采集模块、数据处理模块、数学模型分析模块、结果显示及警示模块四大模块。该系统能提供雷达所不能提供的大量船舶动态信息，节约了计算时间和存储容量。该系统传送的目标信息通过VHF各自独立传送，不存在误跟踪和丢失率高的问题。系统的船位数据来源于船上的GPS，它的精度能达到15m左右，同时能不间断的提供目标动向意图信息，如转向率、航迹向等。这对避让决策、传递避碰意图等有极大帮助。该系统自主运行，无需人工监控，对船泊避免碰撞具有十分重要的意义。

Description

船桥碰撞风险自动识别与预警系统

技术领域

本发明涉及一种船桥碰撞风险自动识别与预警系统，属于船泊技术领域。

背景技术

随着时代的发展，交通运输事业发展日益迅速，作为五大运输方式之一的水路运输也日渐繁忙。近年来，水上交通安全问题开始得到广泛的关注，其中船桥碰撞事故造成的破坏尤其严重。根据对记载的资料进行统计，最近三十年来，全世界上发生的船撞桥事故多达两千余起，其中严重者导致桥梁倒塌损毁的超过一百起。国外平均每年有一座桥梁会因船撞而倒塌，国内就武汉长江大桥建成至今发生撞桥事故就高达70余起。由此可见，船撞桥事故发生的频率是极其频繁的。

桥梁的防撞措施一般可分为两种方式：主动防撞和被动防撞。被动防撞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。至目前为止，国内外对桥墩防撞领域的研究主要侧重于被动防撞措施，将桥梁保护系统直接安装在桥墩上，以防桥墩直接遭受船舶碰撞。主动防撞是指通过对船舶的航行管理和航行轨迹干预，避免船撞桥事故的发生。可见主动防撞是积极的预防措施。

现有的主动防撞措施归纳起来有两类：(1)设立桥涵标。通过视觉标志，如日间标牌、夜间灯光；音响信号，如雾号；雷达标志，如雷达反射器和雷达应答器等，引导过往船舶认清桥墩位置，选择正确航路，安全过桥。这种方法简单易行，但受气象条件影响大，能见度差时无效。虽然雷达标志不受气象、能见度的影响，但由于雷达标志自身存在的技术局限性，也不能达到预期的效果。(2)建立安全监控系统。通过交通管制(VTS)雷达监控、视频监控预警系统与甚高频电话配合，对大桥附近水域及驶近大桥的船舶实施24h的人工监控；及时提醒过桥船舶，及早采取措施。其特点是能实时监控过往船舶的航行态势，及早发现事故隐患。但成本高、自动化程度低，过往船舶高峰时难以监控。

目前国内外很多专家学者针对船撞桥事故进行分析，提出适当的预防方案，但是到目前为止大多数研究工作都是从桥梁的角度出发，主要研究船对桥撞击力的确定、桥梁的结构响应以及防撞措施等。也有部分研究人员研究撞桥的概率问题，将撞击概率较大的桥墩部位进行加固或辅以防撞措施。近年来，国外一些研究人员开始对限制水域的通航问题利用CFD或EFD的方法着手进行研究，也取得了一定的进展，但以上研究仍以结构动态响应为主要研究对象。目前只有少数研究从船舶的角度出发，恰当利用船舶的主动性，进行船桥防撞系统的研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种船桥碰撞风险自动识别与预警系统，以便能够更好地自动识别船桥碰撞风险，并予以预警。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下。

一种船桥碰撞风险自动识别与预警系统，由以下几个部分组成：一个GPS接收机，一个通信处理器，两个多信道VHF数据收发机，系统中还设置有数据采集模块、数据处理模块、数学模型分析模块、结果显示及警示模块四大模块，其中，GPS接收机能提供船位、船舶对地速度和航向还能够通过STDMA数据链提供UTC时间；通信处理器在AIS全球专用的87B频道(161.975MHz)和88B频道(162.025MHz)频道上控制VHF发射机工作，其中信息处理器是AIS的核心部分，也是AIS通信系统软件实现和研究的基础，主要用于存储本船识别码、船名、呼号、船舶类型等静态信息，也可用于存储并处理对地航向、航速、转向率等动态信息，以及船舶吃水、危险货类、航线等与航行有关信息。此外，信息处理器还需要接收并存储其它船的静态信息、动态信息和航行有关信息，以备本船接入通信网络时使用。通信中所发射和接收的信息编解码和网络接入程序，也应在信息处理器中实现。VHF收发机由系统信息处理器控制，用VHF CH87B(161.975MHz)、VHF CH88B(162.025MHZ)两个国际专用频道自动发射和接收通信协议方案规定的高斯滤波最小频移键控(GMSK)信号，已调信号中含有本船和他船航行信息，AIS同时在这两个频率上接收信息，而发射信息是在这两个频率上交替进行的。

上述系统中提供的信息包括以下方面：(1)静态的：IMO号码；呼号和船名；船长和型宽；船舶类型；船上定位天线的位置；(2)动态的：具有精度指示和完整性状态的船位；UTC时间；对地航速；航首向；航行状态；转向率；倾角；纵摇和横摇；(3)与航次有关的信息：船舶吃水；危险货物；目的港和预计到达时间；航线计划；(4)与安全有关的短消息。

系统的具体功能如下：

(1)系统通过辅助GPS相关系统实现对目标船与桥的相关信息的采集；

(2)将接收到的数据解码为可读的目标船的静态、动态及航行相关信息以及桥的位置信息；

(3)将每个单独船舶的信息进行打包，建立数据库管理模块，并将数据存入数据库以便于智能分析模块采集信息从而进行危险分析，同时可提供对已存信息进行查询、删除等操作。

(4)可对目标船进行避碰分析，并显示分析结果；

(5)对于存在碰撞危险的船舶，发出危险不同等级信号警报，同时显示建议行为，辅助驾驶员做出避让行动决策。

该系统的工作流程为：在船进入桥区区域的过程中，根据现有的技术平台，由AIS采集船舶航行信息、船舶航行环境信息以及船舶自身信息，将这些信息传入系统的数学模型分析模块，由风险评估模型进行风险评判，以判断船与桥是否存在碰撞风险。若存在撞桥风险，立即向船载AIS系统发送报警信号，提示其及时做出规避措施；行动过后的船舶信息再一次被AIS系统采集，AIS系统实时监测穿行船舶的航行状态直至船舶安全驶离桥区危险区域。

该发明的有益效果在于：该系统能提供雷达所不能提供的大量船舶动态信息，从而节约了计算时间和存储容量，为显示更多的目标信息提供方便。该系统传送的目标信息通过VHF各自独立传送，不存在误跟踪和丢失率高的问题。系统的船位数据来源于船上的GPS，它的精度能达到15m左右，同时能不间断的提供目标动向意图信息，如转向率、航迹向等。这对避让决策、传递避碰意图等有极大帮助。该系统自主运行，无需人工监控，对船泊避免碰撞具有十分重要的意义。

附图说明

图1是本发明实施例中所使用系统的框架图。

图2是本发明实施例中所使用系统的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式进行描述，以便更好的理解本发明。

实施例

本实施例中的船桥碰撞风险自动识别与预警系统，由以下几个部分组成：一个GPS接收机，一个通信处理器，两个多信道VHF数据收发机，其中，GPS接收机能提供船位、船舶对地速度和航向还能够通过STDMA数据链提供UTC时间；通信处理器在AIS全球专用的87B频道(161.975MHz)和88B频道(162.025MHz)频道上控制VHF发射机工作，其中信息处理器是AIS的核心部分，也是AIS通信系统软件实现和研究的基础，主要用于存储本船识别码、船名、呼号、船舶类型等静态信息，也可用于存储并处理对地航向、航速、转向率等动态信息，以及船舶吃水、危险货类、航线等与航行有关信息。此外，信息处理器还需要接收并存储其它船的静态信息、动态信息和航行有关信息，以备本船接入通信网络时使用。通信中所发射和接收的信息编解码和网络接入程序，也应在信息处理器中实现。VHF收发机由系统信息处理器控制，用VHF CH87B(161.975MHz)、VHFCH88B(162.025MHZ)两个国际专用频道自动发射和接收通信协议方案规定的高斯滤波最小频移键控(GMSK)信号，已调信号中含有本船和他船航行信息，AIS同时在这两个频率上接收信息，而发射信息是在这两个频率上交替进行的。

上述系统中提供的信息主要分为如下四类：

(1)静态的：

IMO号码(如可用)；呼号和船名；船长和型宽；船舶类型；船上定位天线的位置。

(2)动态的：

具有精度指示和完整性状态的船位；UTC时间；对地航速；航首向；航行状态；转向率(如可用)；倾角(可选)；纵摇和横摇(可选)。

(3)与航次有关的信息：

船舶吃水；危险货物(类型)；目的港和预计到达时间(ETA)；航线计划(可选)。

(4)与安全有关的短消息：

由上述信息种类来看，AIS的不但能解决原来雷达所提供的各项数据信息，而且AIS还可以很直观的提供各种船舶的静态及航行相关信息，这是其他助航设备所不能做到的。另外，由于AIS是一种基于VHF通讯技术的船舶自动识别系统，在不需要额外收、发射技术和设备投入的情况下，传递船舶信息。因此，不论从信息的可靠性和信息的完整性来说，都比雷达等手段高得多。

船桥碰撞风险自动识别与预警系统是一个以辅助避碰行动决策为目的，基于AIS信息，能够实现船桥避碰信息的自动采集、数据处理、避碰分析，并直观地显示最终分析结果的计算机信息系统。系统的具体功能如下：

(4)可对目标船进行避碰分析，并显示分析结果；

船桥主动防撞系统最终实现的是对具有潜在撞桥风险的船舶进行警示，来达到船桥避碰的目的。根据其所要实现的功能，可以给出该系统由AIS数据采集模块、数据处理模块、数学模型分析模块、结果显示及警示模块等四大模块组成。系统框架如图1所示：

该系统的工作流程图如图2所示，在船进入桥区区域的过程中，根据现有的技术平台，由AIS采集船舶航行信息、船舶航行环境信息以及船舶自身信息，将这些信息传入系统的数学模型分析模块，由风险评估模型进行风险评判，以判断船与桥是否存在碰撞风险。若存在撞桥风险，立即向船载AIS系统发送报警信号，提示其及时做出规避措施；行动过后的船舶信息再一次被AIS系统采集，AIS系统实时监测穿行船舶的航行状态直至船舶安全驶离桥区危险区域。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种船桥碰撞风险自动识别与预警系统，其特征在于：由以下几个部分组成：一个GPS接收机，一个通信处理器，两个多信道VHF数据收发机，系统中还设置有数据采集模块、数据处理模块、数学模型分析模块、结果显示及警示模块四大模块，其中，GPS接收机能提供船位、船舶对地速度和航向还能够通过STDMA数据链提供UTC时间；通信处理器在AIS全球专用的87B频道(161.975MHz)和88B频道(162.025MHz)频道上控制VHF发射机工作，其中信息处理器是AIS的核心部分，主要存储本船识别码、船名、呼号、船舶类型静态信息，也可用于存储并处理对地航向、航速、转向率等动态信息，以及船舶吃水、危险货类、航线与航行有关信息；信息处理器还需要接收并存储其它船的静态信息、动态信息和航行有关信息，以备本船接入通信网络时使用；通信中所发射和接收的信息编解码和网络接入程序，也应在信息处理器中实现；VHF收发机由系统信息处理器控制，用VHF CH87B(161.975MHz)、VHF CH88B(162.025MHZ)两个国际专用频道自动发射和接收通信协议方案规定的高斯滤波最小频移键控(GMSK)信号，已调信号中含有本船和他船航行信息，AIS同时在这两个频率上接收信息，而发射信息是在这两个频率上交替进行的。

2.根据权利要求1所述的船桥碰撞风险自动识别与预警系统，其特征在于：所述系统的具体功能如下：

(3)将每个单独船舶的信息进行打包，建立数据库管理模块，并将数据存入数据库以便于智能分析模块采集信息从而进行危险分析，同时可提供对已存信息进行查询、删除等操作；

(4)对目标船进行避碰分析，并显示分析结果；

3.根据权利要求1或2所述的船桥碰撞风险自动识别与预警系统，其特征在于：所述该系统的工作流程为：在船进入桥区区域的过程中，采集船舶航行信息、船舶航行环境信息以及船舶自身信息，将这些信息传入系统的数学模型分析模块，由风险评估模型进行风险评判，以判断船与桥是否存在碰撞风险；若存在撞桥风险，立即向船载系统发送报警信号，提示其及时做出规避措施；行动过后的船舶信息再一次被系统采集，系统实时监测穿行船舶的航行状态直至船舶安全驶离桥区危险区域。