CN106409012B - 一种无人值守桥梁防撞预警装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人值守桥梁防撞预警装置及方法，所述装置包括AIS模块、雷达水位传感器、语音模块、甚高频电台、电源模块、无线模块和信息处理模块，所述方法包括以下步骤：在桥梁通航桥孔或防撞墩安装桥梁防撞装置；设置预警距离，该预警距离可根据桥梁大小灵活设置；采集并解析预警范围内所有船舶的AIS动态信息和静态信息；将AIS英文船名通过信息处理进行纠错、查表、翻译成对应中文汉字船名；完成报警文本信息向音频信号的转换，控制甚高频电台发射警示信息。该方法整个过程自动完成，节约预警工作量，同时克服大雨大雾等恶劣天气下传统灯光警示无法发挥作用及甚高频电台需要过多人工干预的缺点，有效降低了船舶碰撞桥梁的危险。

Description

一种无人值守桥梁防撞预警装置及方法

技术领域

本发明涉及桥梁主动防撞保护技术领域，具体涉及到一种无人值守桥梁防撞预警装置及方法。

背景技术

随着航道交通的迅速发展，船舶日益增多且大型化，桥区水域通航密度大，通航安全形势异常严峻，为保护桥梁和航道的安全，避免扰乱正常的交通运输秩序，采取了很多桥梁主动防撞保护措施，现有的常用手段为：

一、设立标牌、航标灯，通过LED警示牌、喇叭声音预警以及甚高频电台循环预警，这些方法虽成本较低、简单易行，但不能实时采集桥梁水位信息，在大雾大雨等恶劣天气导致视野较差时，容易失去保护作用，另外由于船舶航行时驾驶室本身噪声较大，因此喇叭声音预警在功率太小时无法将报警声音传递到驾驶员，功率太大又对桥梁周边居民产生噪声干扰。甚高频电台虽然能将预警信息传递至驾驶员，但无法识别船名和船舶运动态势，会造成驾驶员误解，另外循环播放还会较多地占用CH16频道。

二、通过雷达示位标标识通航桥孔，利用VTS(船舶交通管理系统)24小时人工跟踪和监控船舶、播报航行警示提示，该种方法无法将桥梁周围的实时水位信息及时告知附近航行船舶，并且安装复杂，成本高，需要频繁的人工干预，在通航繁忙的桥区并不可行。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供了一种无人值守桥梁防撞预警装置，该装置有效提高了桥梁防撞保护方法的智能化、自动化程度以及预警信息的有效性，减少了人工干预程度和预警工作量。

本发明的另一目的在于提供一种无人值守桥梁防撞预警方法。

本发明的目的可以通过如下技术方案实现：

一种无人值守桥梁防撞预警装置，其特征在于：所述装置包括AIS模块、雷达水位传感器、语音模块、甚高频电台、电源模块、无线模块和信息处理模块，所述AIS模块、雷达水位传感器、语音模块、电源模块、无线模块均与信息处理模块连接，所述甚高频电台与语音模块连接；所述AIS模块用来接收预警范围内船舶发射的AIS动态和静态信息并进行解析，设置桥梁防撞预警距离，对船舶航行态势进行判断，并对船舶到达通航桥孔位置进行排序；所述雷达水位传感器用来24小时不间断采集桥梁通航净高信息；所述语音模块用来完成报警文本信息向音频信号的转换；所述甚高频电台，用来将音频信号调制后在156.025-157.425Mhz频段发射警示信息；所述电源模块用来对整个装置进行供电；所述无线模块用来将桥梁船舶通行信息和报警信息上传到相关监管部门；所述信息处理模块用于建立常见中文拼音-中文汉字对照数据库，根据内部的判断机制实现英文船名的中文识别，对多种传感器信息进行数据采集，数据分析和融合处理，同时对外部模块进行逻辑控制，通过一个RS232和RS485串口连接AIS模块，通过RS485串口连接雷达水位传感器。

优选地，所述AIS模块通过射频线连接AIS天线和GPS天线，预警距离在0-30海里任意设置，对预警距离内200个船舶进行自动排序，并能够扩展排序船舶数量。

优选地，所述雷达水位传感器采用FMCW调制方式，测量范围1.5-40米，测量精度≤1cm，以三角波为调制信号，天线波束11°×11°，工作在24GHz，全天候实时探测内部雷达天线平面与水平面之间的距离，具体工作时，水位计探测平面与水平面呈平行状态，通过发射连续波至水平面，并对水平面反射回波进行分析，随后通过多次测量和内部计算，输出产品探测平面与水平面之间的精确距离值。

优选地，所述语音模块支持芯片、支持任意中文与英文文本的合成，可以采用GB2312、GBK、BIG5和UNICODE四种编码方式，每次合成的文本量最多可达4K字节。

优选地，所述甚高频电台可通过I/O控制，进行1W和25W功率切换。

优选地，所述电源模块选用UPS电源，输出功率3000VA/2400W，电池容量DC12V、200AH，当AC220V正常时，稳压后直接供给AC220V，当AC220V断电时，通过逆变转换的方式继续给装置供应AC220V，使装置在断电后可继续正常运行72小时。

本发明的另一目的可以通过如下技术方案实现：

一种无人值守桥梁防撞预警方法，包括以下步骤：

步骤1、在桥梁通航桥孔或防撞墩安装桥梁防撞装置；

步骤2、设置预警距离，该预警距离可根据桥梁大小灵活设置；

步骤3、采集并解析预警范围内所有船舶的AIS动态信息和静态信息；

步骤4、将AIS英文船名通过信息处理进行纠错、查表、翻译成对应中文汉字船名；

步骤5、完成报警文本信息向音频信号的转换，控制甚高频电台发射警示信息。

优选的，所述步骤3包括以下步骤：

3-1)通过AIS模块接收并解析预警距离范围内的船舶的AIS动态信息，包括：船位、协调世界时、对地航向、对地速度、船首向信息等；

3-2)、通过AIS模块接收并解析预警距离范围内的船舶的AIS静态信息，包括：MMSI号、呼号和船名、IMO编号、船长和船宽等；

3-3)、若预警范围内有船舶，提取预警范围内所有船舶的船位、对地航向、船首向信息和通航桥孔的经纬度进行对比，剔除远离桥梁通航孔的船舶，并对剩余船舶按照到通航桥孔的距离由近及远进行排序，并进行步骤3-4)，若预警范围内无船舶，则进行步骤3-1)、步骤3-2)；

3-4)、将距离最近船舶的AIS静态信息发送到信息处理模块，同时重复步骤3-3)。

优选的，所述步骤4包括以下步骤：

4-1)、建立船名拼音和汉字对照数据库；

4-2)、利用信息处理模块分析AIS静态信息中中文拼音船名，判断中文拼音船名是否为标准格式，剔除船名中除英文字母和阿拉伯数字外的其他字符；

4-3)将英文字符和阿拉伯数字转化为拼音，并查询步骤4-1)建立的数据库，得到对应的中文汉字船名。

优选地，步骤5将步骤4中得到的包含中文汉字船名和步骤3得到的通航净高信息的预警信息发送到语音模块，语音模块完成预警文本信息向音频信号的转换，同时开启甚高频电台，音频信号通过甚高频电台调制后播发，播发完毕后关闭甚高频电台。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本发明采用AIS技术、无线通信技术、信息融合技术、语音合成技术相结合的技术方案，通过主动判断桥梁周围船舶的运动态势，自动对通行桥梁的船舶播发预警信息，提醒驾驶员谨慎驾驶及采取相应措施，从而达到了预防船舶碰撞桥梁事故的发生，整个过程完全智能化、自动化、不需要人工干预，减少了监管部门的工作量。

2、本发明采用一种无人值守桥梁防撞预警方法，建立特有的拼音汉字数据库和处理机制，实现正确识别船舶中文船名的效果，从而使预警信息正确传达到目标船舶，不会给船舶驾驶员造成信息误解。

附图说明

图1为本发明一种无人值守桥梁防撞预警方法的工作流程示意图。

图2为本发明一种无人值守桥梁防撞预警方法中所建立的中文拼音汉字对照图。

图3位本发明一种无人值守桥梁防撞预警装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例：

如图1所示，本实施例提供了一种无人值守桥梁防撞预警方法，包括以下步骤：

步骤1、在桥梁通航桥孔或防撞墩安装桥梁防撞装置；

步骤2、设置预警距离，该预警距离可根据桥梁大小灵活设置；

步骤3、采集并解析预警范围内所有船舶的AIS动态信息和静态信息；

本步骤3包括以下步骤：

3-1)通过AIS模块接收并解析预警距离范围内的船舶的AIS动态信息，包括：船位、协调世界时、对地航向、对地速度、船首向信息等；

3-2)、通过AIS模块接收并解析预警距离范围内的船舶的AIS静态信息，包括：MMSI号、呼号和船名、IMO编号、船长和船宽等；

3-3)、若预警范围内有船舶，提取预警范围内所有船舶的船位、对地航向、船首向信息和通航桥孔的经纬度进行对比，剔除远离桥梁通航孔的船舶，并对剩余船舶按照到通航桥孔的距离由近及远进行排序，并进行步骤3-4)，若预警范围内无船舶，则进行步骤3-1)、步骤3-2)；

3-4)、将距离最近船舶的AIS静态信息发送到信息处理模块，同时重复步骤3-3)。

步骤4、将AIS英文船名通过信息处理进行纠错、查表、翻译成对应中文汉字船名；

本步骤4包括以下步骤：

4-1)、建立船名拼音和汉字对照数据库；

4-2)、利用信息处理模块分析AIS静态信息中中文拼音船名，判断中文拼音船名是否为标准格式，剔除船名中除英文字母和阿拉伯数字外的其他字符；

4-3)将英文字符和阿拉伯数字转化为拼音，并查询步骤4-1)建立的数据库，得到对应的中文汉字船名。

在步骤4中，信息处理模块提取AIS信息中的英文船名，但由于国内英文船名设置未有统一格式，并且存在船员在使用AIS设备时存在英文船名设置错误的现象，为使预警信息能准确传送至船舶驾驶员，必须采取处理措施将英文船名做标准化处理，转换为标准英文船名，并做汉化处理，解析为中文船名，才能实现船舶名字的智能中文识别。本发明所述标准英文船名格式为26个英文字母组合和0-9阿拉伯数字的随机组合，且字母数字合计不超过20，除此之外不能包含任何字符，为将英文船名解析为中文船名，建立拼音-汉字对照数据库，由于一个拼音可对应多个汉字，例如：拼音“a”,可视为：“阿”，“啊”等；拼音“chuang”，可视为：“闯”，“创”等；本发明根据常用中文船名统计分析，建立了一个401汉字的常用船名汉字库，如图2所示，实现拼音和汉字一一对应，例如将拼音“a”对应为“啊”，将拼音“chuang”对应为“创”。

接着，对本发明实施例英文船名解析为中文船名的过程进行进一步的说明，若排序中第一位船舶的英文船名为“YUE_QING$YUAN,HUO2238”,可明显看到英文船名中夹杂“_”、“$”、“,”符号，不符合本发明所述标准英文格式，因此首先进行纠错处理，剔除该三种符号，将该船名转化为标准格式“YUEQINGYUANHUO2238”，进一步地，将“YUEQINGYUANHUO2238”英文船名分为“YUEQINGYUANHUO”和“2238”两部分，首先对英文船名字母部分“YUEQINGYUANHUO”做拼音转化处理：由于汉语拼音由至少1个最多6个拼音字母组成，对英文船名首先从前往后选取6个英文字母，并在所建数据库中查询，若查询不到对应拼音，则后退一个字母，用5个英文字母查询，以此类推，直到查询到拼音，则将拼音解析为唯一对应的汉字，下一个汉字用同样的办法，直到搜索到所有的船名。因此，我首先从前往后选取6个英文字母“YUEQIN”，查询不到汉字，再用5个英文字母“YUEQI”搜索，仍然搜索不到，继续用4个英文字母“YUEQ”，仍查询不到拼音，直到用个英文字母“YUE”，可在数据库中查到位于该拼音，并将该拼音识别为汉字“粤”，对剩余英文字母“QINGYUANHUO”做同样处理，可得到“清”、“远”、“货”三个汉字，接着，对英文船名数字部门“2238”做如下处理：对数字“0”、“1”、“2”、“3”、“4”、“5”、“6”、“7”、“8”、“9”直接一一对应为对汉字“一”、“二”、“三”、“四”、“五”、“六”、“七”、“八”、“九”。因此“2238”可翻译为“二二三八”，进一步，将英文字母翻译船名“粤清远货”和数字部分翻译船名“二二三八”相结合，最终可将“YUEQINGYUANHUO2238”翻译为“粤清远货二二三八”，将船名“粤清远货二二三八”，雷达水位计上传通航净高、报警语句进行数据融合，输出报警文本信息“粤清远货二二三八！粤清远货二二三八！XX大桥通航净高11.26米，注意行驶！”该条报警文本信息的内容和格式可以根据实际情况灵活设置。

步骤5、完成报警文本信息向音频信号的转换，控制甚高频电台发射警示信息。

本步骤5将步骤4中得到的包含中文汉字船名和步骤3得到的通航净高信息的预警信息发送到语音模块，语音模块完成预警文本信息向音频信号的转换，同时开启甚高频电台，音频信号通过甚高频电台调制后播发，播发完毕后关闭甚高频电台。

如图3所示，本实施例还提供了一种无人值守桥梁防撞预警装置，其特征在于：所述装置包括AIS模块、雷达水位传感器、语音模块、甚高频电台、电源模块、无线模块和信息处理模块，所述AIS模块、雷达水位传感器、语音模块、电源模块、无线模块均与信息处理模块连接，所述甚高频电台与语音模块连接；所述AIS模块用来接收预警范围内船舶发射的AIS动态和静态信息并进行解析，设置桥梁防撞预警距离，对船舶航行态势进行判断，并对船舶到达通航桥孔位置进行排序；所述雷达水位传感器用来24小时不间断采集桥梁通航净高信息；所述语音模块用来完成报警文本信息向音频信号的转换；所述甚高频电台，用来将音频信号调制后在156.025-157.425Mhz频段发射警示信息；所述电源模块用来对整个装置进行供电；所述无线模块用来将桥梁船舶通行信息和报警信息上传到相关监管部门；所述信息处理模块用于建立常见中文拼音-中文汉字对照数据库，根据内部的判断机制实现英文船名的中文识别，对多种传感器信息进行数据采集，数据分析和融合处理，同时对外部模块进行逻辑控制，通过一个RS232和RS485串口连接AIS模块，通过RS485串口连接雷达水位传感器。

以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明专利构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。

Claims (7)

1.一种无人值守桥梁防撞预警装置，其特征在于：所述装置包括AIS模块、雷达水位传感器、语音模块、甚高频电台、电源模块、无线模块和信息处理模块，所述AIS模块、雷达水位传感器、语音模块、电源模块、无线模块均与信息处理模块连接，所述甚高频电台与语音模块连接；所述AIS模块用来接收预警范围内船舶发射的AIS动态和静态信息并进行解析，设置桥梁防撞预警距离，对船舶航行态势进行判断，并对船舶到达通航桥孔位置进行排序；所述雷达水位传感器用来24小时不间断采集桥梁通航净高信息；所述语音模块用来完成报警文本信息向音频信号的转换；所述甚高频电台，用来将音频信号调制后在156.025-157.425Mhz频段发射警示信息；所述电源模块用来对整个装置进行供电；所述无线模块用来将桥梁船舶通行信息和报警信息上传到相关监管部门；所述信息处理模块用于建立常见中文拼音-中文汉字对照数据库，根据内部的判断机制实现英文船名的中文识别，对多种传感器信息进行数据采集，数据分析和融合处理，同时对外部模块进行逻辑控制，通过一个RS232和RS485串口连接AIS模块，通过RS485串口连接雷达水位传感器；所述AIS模块通过射频线连接AIS天线和GPS天线，预警距离在0-30海里任意设置，对预警距离内200个船舶进行自动排序，并能够扩展排序船舶数量；所述雷达水位传感器采用FMCW调制方式，测量范围1.5-40米，测量精度≤1cm，以三角波为调制信号，天线波束11°×11°，工作在24GHz，全天候实时探测内部雷达天线平面与水平面之间的距离，具体工作时，水位计探测平面与水平面呈平行状态，通过发射连续波至水平面，并对水平面反射回波进行分析，随后通过多次测量和内部计算，输出产品探测平面与水平面之间的精确距离值；所述语音模块支持芯片、支持任意中文与英文文本的合成，可以采用GB2312、GBK、BIG5和UNICODE四种编码方式，每次合成的文本量最多可达4K字节。

2.根据权利要求1所述的一种无人值守桥梁防撞预警装置，其特征在于：所述甚高频电台可通过I/O控制，进行1W和25W功率切换。

3.根据权利要求1所述的一种无人值守桥梁防撞预警装置，其特征在于：所述电源模块选用UPS电源，输出功率3000VA/2400W，电池容量DC12V、200AH，当AC220V正常时，稳压后直接供给AC220V，当AC220V断电时，通过逆变转换的方式继续给装置供应AC220V，使装置在断电后可继续正常运行72小时。

4.基于权利要求1所述无人值守桥梁防撞预警装置的无人值守桥梁防撞预警方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、在桥梁通航桥孔或防撞墩安装桥梁防撞装置；

步骤2、设置预警距离，该预警距离可根据桥梁大小灵活设置；

步骤3、采集并解析预警范围内所有船舶的AIS动态信息和静态信息；

步骤4、将AIS英文船名通过信息处理进行纠错、查表、翻译成对应中文汉字船名；

步骤5、完成报警文本信息向音频信号的转换，控制甚高频电台发射警示信息。

5.根据权利要求4所述的无人值守桥梁防撞预警方法，其特征在于：所述步骤3包括以下步骤：

3-1)通过AIS模块接收并解析预警距离范围内的船舶的AIS动态信息，包括：船位、协调世界时、对地航向、对地速度、船首向信息；

3-2)、通过AIS模块接收并解析预警距离范围内的船舶的AIS静态信息，包括：MMSI号、呼号和船名、IMO编号、船长和船宽；

3-3)、若预警范围内有船舶，提取预警范围内所有船舶的船位、对地航向、船首向信息和通航桥孔的经纬度进行对比，剔除远离桥梁通航孔的船舶，并对剩余船舶按照到通航桥孔的距离由近及远进行排序，并进行步骤3-4)，若预警范围内无船舶，则进行步骤3-1)、步骤3-2)；

3-4)、将距离最近船舶的AIS静态信息发送到信息处理模块，同时重复步骤3-3)。

6.根据权利要求4所述的无人值守桥梁防撞预警方法，其特征在于：所述步骤4包括以下步骤：

4-1)、建立船名拼音和汉字对照数据库；

4-2)、利用信息处理模块分析AIS静态信息中中文拼音船名，判断中文拼音船名是否为标准格式，剔除船名中除英文字母和阿拉伯数字外的其他字符；

4-3)将英文字符和阿拉伯数字转化为拼音，并查询步骤4-1)建立的数据库，得到对应的中文汉字船名。

7.根据权利要求4所述的无人值守桥梁防撞预警方法，其特征在于：步骤5将步骤4中得到的包含中文汉字船名和步骤3得到的通航净高信息的预警信息发送到语音模块，语音模块完成预警文本信息向音频信号的转换，同时开启甚高频电台，音频信号通过甚高频电台调制后播发，播发完毕后关闭甚高频电台。