CN107358818A - 一种桥梁防撞预警系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种桥梁防撞预警系统及方法，其包括控制中心和多个预警装置，每个预警装置都包括雷达探测器、声光报警器、航标、航标灯、密闭的浮筒、浮筒升降导向限位组件、锚筋和导轨，雷达探测器包括雷达、控制模块和无线通信模块，雷达、声光报警器与控制模块电连接，控制模块与无线通信模块电连接，无线通信模块与控制中心进行无线通信；雷达探测器、声光报警器、航标安装在浮筒上，浮筒在水的浮力作用下通过浮筒升降导向限位组件能相对于导轨上下运动；其根据船舶侵入雷达监测防区的时间、面积判断是否报警和/或通知入侵船舶。本发明能对船舶进行准确导向，并在船舶航行发生偏差时进行报警，避免船舶撞击桥梁。

Description

一种桥梁防撞预警系统及方法

技术领域

本发明属于水上船舶交通安全设施领域，具体涉及一种桥梁防撞预警系统及方法。

背景技术

当前的桥梁防撞措施主要采用被动防撞方式，即采取浮围、缆索拦截、护桩、人工岛、桩群、围堰、半围堰、复合钢浮围等，力图提高桥墩承受船舶冲撞的能力，被动防撞方法虽然能从一定程度上降低冲撞事故对桥墩的损伤，但被动防撞设施造价昂贵，维护费用高，且仅能对桥梁保护但不能对船舶形成保护。针对被动防撞方式的不足，人们开展了桥梁防撞预警装置研究：比如CN201946130U公开的一种桥梁防撞系统，其通过无线电雷达监控船只是否进入监控区域，在船只进入监控区域内时，向主控模块输出信号，主控模块按照船只航行规约及标准，发出声音及光信号，当船只靠近桥梁时，主控模块将控制开启警示信号灯，提醒过往船只注意避让重要构造物。再比如CN102490868A公开的一种航标防碰撞雷达装置，其在航标上安装毫米波雷达和红外夜视摄像装置，毫米波雷达对靠近航标的危险船舶进行距离测定，摄像装置对危险船舶进行摄像，无线收发装置将报警和视频信号传回航标局控制中心，分级进行预警、报警。

桥梁通航孔两侧的桥墩上难以设置合适的航标也是发生船舶碰撞桥梁的重要原因之一。传统的航标分为两种：一种是设置在河流的岸边上，叫做岸标，根据船舶航行规定，设置岸标的水域，距离岸边30米以外的河流中心水域为航行水域；很明显这种岸标无法适应桥梁区域。另一种是设置在河流水域中，叫做浮标，这种浮标是由微小的航标船作为载体，航标船虽然可以浮在水面上，但它的固定是靠缆绳加抛锚固定的，当水位上涨或降落时，航标的位置会发生变化，为了进行准确导向，必须由维护人员重新调整缆绳，甚至重新抛锚，这种浮标如果设置在桥墩处，桥墩处水域狭窄，通行的船只很繁忙，维护人员经常去调整有碍航行安全，并且也会增加维护人员的工作时间。

发明内容

本发明的目的是提供一种桥梁防撞预警系统及方法，以在水位上涨或降落时，自动垂直升降，与水面始终保持固定距离，对通过桥梁通航孔的船舶进行准确导向，并在船舶航行发生偏差时进行报警，避免船舶撞击桥梁。

本发明所述的桥梁防撞预警系统，包括控制中心和安装在桥梁通航孔两侧的桥墩上的多个预警装置，每个预警装置都包括雷达探测器、声光报警器、航标和安装在航标顶部的航标灯，所述雷达探测器包括雷达、控制模块和无线通信模块，雷达、声光报警器与控制模块电连接，雷达发射电磁波进行探测，并将探测信号发送给控制模块，控制模块与无线通信模块电连接，无线通信模块与控制中心进行无线通信；每个预警装置还包括密闭的浮筒、浮筒升降导向限位组件、植入桥墩的锚筋（植入的锚筋不会影响桥梁结构）和焊接在锚筋上的导轨，所述雷达探测器、声光报警器、航标安装在浮筒上，所述浮筒升降导向限位组件与导轨配合，浮筒在水的浮力作用下通过浮筒升降导向限位组件能相对于导轨上下运动（即自动垂直升降）。所述控制模块根据雷达发送的探测信号判断是否有船舶侵入设定的雷达监测防区，在有船舶侵入雷达监测防区时，如果船舶侵入雷达监测防区的时间大于设定的时间阈值或者船舶侵入雷达监测防区的面积大于设定的面积阈值，则控制模块控制声光报警器发出声光报警，并通过无线通信模块将船舶侵入雷达监测防区的信息传送至控制中心，如果入侵船舶安装了船载AIS设备，则控制中心通过AIS系统将船舶侵入雷达监测防区的信息发送至入侵船舶，入侵船舶发布报警信息，并纠正船舶偏航行为。

所述浮筒的顶部边缘安装有两个关于浮筒的轴线对称的第一导轮支座；所述浮筒升降导向限位组件有两套，两套浮筒升降导向限位组件关于浮筒的轴线对称，每套浮筒升降导向限位组件包括一个第一主导轮和一个第一侧导轮，两个第一侧导轮对称安装在浮筒的侧壁外表面上，第一侧导轮的轴线与浮筒的轴线垂直，两个第一主导轮分别位于两个第一侧导轮正上方，且对称安装在两个第一导轮支座上，第一主导轮的轴线与浮筒的轴线、第一侧导轮的轴线垂直；所述导轨有两根，两根导轨与浮筒的轴线平行，且关于浮筒的轴线对称；第一主导轮、第一侧导轮位于导轨内，并能在水的浮力作用下在导轨内转动。

所述浮筒的顶部中心安装有航标架，所述航标安装在航标架上；所述浮筒的顶部边缘设置有雷达柱架，所述雷达探测器、声光报警器安装在雷达柱架上。

所述航标架上设置有与浮筒的顶面平行的支撑板，所述航标安装在支撑板的中部，支撑板的两端各安装有一个关于浮筒的轴线对称的第二导轮支座；所述每套浮筒升降导向限位组件还包括一个第二主导轮和一个第二侧导轮，两个第二侧导轮分别位于两个第一主导轮正上方，且对称安装在支撑板的两端部下方，第二侧导轮的轴线与浮筒的轴线垂直，两个第二主导轮分别位于两个第二侧导轮正上方，且对称安装在两个第二导轮支座上，第二主导轮的轴线与浮筒的轴线、第二侧导轮的轴线垂直；第二主导轮、第二侧导轮位于导轨内，并能在水的浮力作用下在导轨内转动。

所述浮筒的侧壁下部开设有排水孔，该排水孔通过堵头封堵。

所述航标可以是白色锥形航标，也可以是红色罐形航标。

采用上述桥梁防撞预警系统进行桥梁防撞预警的方法，包括：

第一步、控制模块根据雷达发送的探测信号判断是否有船舶侵入设定的雷达监测防区，如果有，则执行第二步，否则继续执行第一步；

第二步、控制模块判断船舶侵入雷达监测防区的时间是否大于设定的时间阈值，如果是则执行第四步，否则执行第三步；

第三步、控制模块判断船舶侵入雷达监测防区的面积是否大于设定的面积阈值，如果是则执行第四步，否则返回执行第一步；

第四步、控制模块控制声光报警器发出声光报警，并通过无线通信模块将船舶侵入雷达监测防区的信息传送至控制中心，然后执行第五步；

第五步、控制中心接收到船舶侵入雷达监测防区的信息后，确认入侵船舶是否安装了船载AIS设备（即确认入侵船舶是否加入了AIS系统），如果是，则执行第六步，否则结束；

第六步、控制中心通过AIS系统（即船舶自动识别系统）将船舶侵入雷达监测防区的信息发送至入侵船舶，然后执行第七步；

第七步、入侵船舶接收到船舶侵入雷达监测防区的信息后，发布报警信息，并纠正船舶偏航行为，然后结束。

本发明具有如下效果：

（1）预警装置以浮筒作为载体，浮筒顶部安装航标和航标灯，由于浮筒内部是空的且处于密闭状态，所以浮筒在水中始终处于部分露出水面部分浸于水下的漂浮状态，导轨焊接在锚筋上，锚筋植入新建桥梁或已建成桥梁的桥墩内，浮筒升降导向限位组件与导轨配合，避免了浮筒在水流和风作用下出现横向摆动，实现了浮筒承载着航标随水位自动垂直升降，而航标与水面始终保持固定的距离，起到了最佳的导航作用，解决了现有航标无法对通过桥梁通航孔的船舶进行准确导向的问题；并且不需要维护人员亲自调整，节约了维护人员的工作时间，降低了维护成本。

（2）预警装置以浮筒作为载体，浮筒顶部安装雷达探测器和声光报警器，由于浮筒内部是空的且处于密闭状态，所以浮筒在水中始终处于部分露出水面部分浸于水下的漂浮状态，导轨焊接在锚筋上，锚筋植入新建桥梁或已建成桥梁的桥墩内，浮筒升降导向限位组件与导轨配合，避免了浮筒在水流和风作用下出现横向摆动，实现了浮筒承载着雷达探测器和声光报警器随水位的升降而自动垂直升降，使雷达探测器和声光报警器与水面始终保持固定的距离，不受水位涨落影响，确保了雷达探测器中的雷达很好地实现其探测性能，也有利于船舶能够很好地观察到声光报警。

（3）浮筒升降导向限位组件包括第一、第二主导轮和第一、第二侧导轮，第一、第二主导轮和第一、第二侧导轮位于导轨内，并能在水的浮力作用下在导轨内转动，实现了浮筒升降时的行走和限位导向，避免了导轨内因存在泥沙、漂浮异物而浮筒卡滞不动的问题出现。

（4）在靠近桥梁端采用声光报警器在桥梁下进行声光报警，提醒入侵船舶注意避让桥梁，避免了入侵船舶撞击桥墩；控制模块通过无线通信模块通知控制中心，如果入侵船舶安装了船载AIS设备，控制中心通知入侵船舶注意避让桥梁，实现了点对点报警，更好的避免了入侵船舶撞击桥梁，使生命及财产安全得到了最大保障。

（5）将船舶侵入雷达监测防区的时间、面积作为启动报警的判据，避免了船舶掉头、渡船横穿航道等对桥梁无危险的主动越界的误判，报警更准确。

附图说明

图1为桥梁防撞预警系统的一种预警装置的结构示意图（锚筋、导轨未示出）。

图2为图1所示的预警装置安装在桥墩上的俯视图。

图3为桥梁防撞预警系统的另一种预警装置的结构示意图（锚筋、导轨未示出）。

图4为第一导轮支座、第一主导轮、第一侧导轮、雷达柱架与浮筒、导轨、锚筋的位置关系示意图。

图5为桥梁防撞预警系统的预警装置在桥梁通航孔两侧进行导向、预警的布置示意图。

图6为桥梁防撞预警的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细说明。

以具有一个通航孔、两个桥墩的桥梁为例。如图1至5所示，桥梁防撞预警系统包括控制中心和安装在桥梁通航孔两侧的桥墩上的四个预警装置；其中，左侧桥墩上下游各安装一个如图3所示的预警装置，以对左侧桥墩进行预警，右侧桥墩上下游各安装一个如图1所示的预警装置，以对右侧桥墩进行预警，四个预警装置独立工作、互不干扰。

如图1、图2、图4所示的预警装置包括雷达探测器1、声光报警器2、航标、航标灯3、密闭的浮筒4、焊接在浮筒4的顶部中心的航标架8、焊接在浮筒4的顶部边缘的雷达柱架12、两套浮筒升降导向限位组件、植入桥墩的两根锚筋5和焊接在两根锚筋5上的两根导轨6；雷达探测器1包括雷达、控制模块和无线通信模块，雷达、声光报警器2与控制模块电连接，雷达发射电磁波进行探测，并将探测信号发送给控制模块，控制模块与无线通信模块电连接，无线通信模块与控制中心进行无线通信；雷达探测器1、声光报警器2、航标灯3的电源线20顺着桥墩向上与设在桥梁上的供电设备19连接，由供电设备19给雷达探测器1、声光报警器2、航标灯3供电。浮筒4为整个装置的载体，采用钢板制造，焊接形成筒状，并将其封闭防止漏水，形成浮体，浮筒经过防锈防腐处理，表面镀锌，并喷漆，安装时浮筒内装填砂卵石，调整浮筒面至水面高度为600mm，浮筒的侧壁下部开设排水孔，待水排出后，用堵头13封堵排水孔，浮筒4的顶部边缘安装有两个关于浮筒4的轴线对称的第一导轮支座9。航标架8采用钢管和型钢焊接形成，航标架8上具有与浮筒4的顶面平行的支撑板7，支撑板7的两端各安装有一个关于浮筒4的轴线对称的第二导轮支座14，航标为红色罐形航标18，采用高分子复合材料压铸加工而成，红色罐形航标18安装在支撑板7的中部，航标灯3安装在红色罐形航标18的顶部。雷达柱架12采用钢板焊接形成筒状，雷达柱架12的柱身可兼做本装置维护船舶的系缆用，雷达采用型号为IRSS-K2系列的探测雷达，声光报警器2的声报警采用高音喇叭，不低于60分贝，光报警采用穿透力强的黄色光源，雷达探测器1和声光报警器2安装在雷达柱架12的顶部。两套浮筒升降导向限位组件关于浮筒4的轴线对称，两根导轨6与浮筒4的轴线平行，且关于浮筒4的轴线对称，两套浮筒升降导向限位组件分别与两根导轨6配合，每套浮筒升降导向限位组件包括一个第一主导轮10、一个第一侧导轮11、一个第二主导轮15和一个第二侧导轮16，两个第一侧导轮11对称安装在浮筒4的侧壁外表面上，第一侧导轮11的轴线与浮筒4的轴线垂直，两个第一主导轮10分别位于两个第一侧导轮11正上方，且对称安装在两个第一导轮支座9上，第一主导轮10的轴线与浮筒4的轴线、第一侧导轮11的轴线垂直，两个第二侧导轮16分别位于两个第一主导轮10正上方，且对称安装在支撑板7的两端部下方，第二侧导轮16的轴线与浮筒4的轴线垂直，两个第二主导轮15分别位于两个第二侧导轮16正上方，且对称安装在两个第二导轮支座14上，第二主导轮15的轴线与浮筒4的轴线、第二侧导轮16的轴线垂直；第一主导轮10、第一侧导轮11、第二主导轮15、第二侧导轮16位于导轨6内，并能在水的浮力作用下在导轨6内转动，从而使浮筒4在水的浮力作用下相对于导轨6上下运动（即自动垂直升降），而不发生横向摆动。

如图3、图4所示的预警装置的大部分结构与图1所示的预警装置的结构相同，不同之处在于航标为白色锥形航标17。

航标和航标灯3用于白天和夜晚为船舶进出桥梁主动导航，按照航道航行规定，距离航标10米以外的河流中心水域是船舶航行区。雷达探测器1中的雷达对着桥墩的上游或下游发出发散锥形电磁波，对目标进行照射并接收其回波，雷达探测器1通过物体的体积和速度来识别船舶，雷达发射电磁波的范围为如图5所示的锥形范围，而按照雷达的功能，虽然雷达发射的是发散的锥形电磁波，但可在其发射的电磁波内设置监测识别范围，即划分防区，以满足船舶航行需要；在垂直水流的河流宽度方向，根据船舶航行规定，距离航标10米以外河流中心水域为船舶航行水域，因此垂直水流的河流宽度方向监测防区，就在预警装置以外10米位置划定，在顺水流的河流长度方向，为满足船舶驾驶安全需要，设定距离桥梁上下游1公里范围为雷达监测防区（如图5所示的阴影范围）。

如图6所示，采用上述桥梁防撞预警系统进行桥梁防撞预警的方法包括：

第一步、控制模块根据雷达发送的探测信号判断是否有船舶侵入设定（也称为划定）的雷达监测防区，如果有，则执行第二步，否则继续执行第一步；

第二步、控制模块判断船舶侵入雷达监测防区的时间是否大于设定的时间阈值，如果是则执行第四步，否则执行第三步；

第三步、控制模块判断船舶侵入雷达监测防区的面积是否大于设定的面积阈值，如果是则执行第四步，否则返回执行第一步；

第四步、控制模块控制声光报警器2发出声光报警，并通过无线通信模块将船舶侵入雷达监测防区的信息传送至控制中心，然后执行第五步；

第五步、控制中心接收到船舶侵入雷达监测防区的信息后，确认入侵船舶是否安装了船载AIS设备（即确认入侵船舶是否加入了AIS系统），如果是，则执行第六步，否则结束；

第六步、控制中心通过AIS系统（即船舶自动识别系统）将船舶侵入雷达监测防区的信息发送至入侵船舶，然后执行第七步；

第七步、入侵船舶接收到船舶侵入雷达监测防区的信息后，通过高音喇叭发布报警信息，并及时纠正船舶偏航行为，然后结束。

船舶驶入桥梁上下游1公里的范围，比如图5中的1号船舶和3号船舶，由于未进入雷达监测防区，将不会启动报警；而图5中的2号船舶，由于进入了雷达监测防区，雷达就会探测到，如果2号船舶的侵入时间大于设定的时间阈值，或者侵入的面积大于设定的面积阈值，将会启动报警。

Claims (8)

1.一种桥梁防撞预警系统，包括控制中心和安装在桥梁通航孔两侧的桥墩上的多个预警装置，每个预警装置都包括雷达探测器（1）、声光报警器（2）、航标和安装在航标顶部的航标灯（3），所述雷达探测器包括雷达、控制模块和无线通信模块，雷达、声光报警器（2）与控制模块电连接，控制模块与无线通信模块电连接，无线通信模块与控制中心进行无线通信；其特征在于：所述每个预警装置还包括密闭的浮筒（4）、浮筒升降导向限位组件、植入桥墩的锚筋（5）和焊接在锚筋（5）上的导轨（6），所述雷达探测器（1）、声光报警器（2）、航标安装在浮筒（4）上，所述浮筒升降导向限位组件与导轨（6）配合，浮筒（4）在水的浮力作用下通过浮筒升降导向限位组件能相对于导轨（6）上下运动；

所述控制模块根据雷达发送的探测信号判断是否有船舶侵入设定的雷达监测防区，在有船舶侵入雷达监测防区时，如果船舶侵入雷达监测防区的时间大于设定的时间阈值或者船舶侵入雷达监测防区的面积大于设定的面积阈值，则控制模块控制声光报警器（2）发出声光报警，并通过无线通信模块将船舶侵入雷达监测防区的信息传送至控制中心。

2.根据权利要求1所述的桥梁防撞预警系统，其特征在于：

所述浮筒（4）的顶部边缘安装有两个关于浮筒（4）的轴线对称的第一导轮支座（9）；

所述浮筒升降导向限位组件有两套，两套浮筒升降导向限位组件关于浮筒（4）的轴线对称，每套浮筒升降导向限位组件包括一个第一主导轮（10）和一个第一侧导轮（11），两个第一侧导轮（11）对称安装在浮筒（4）的侧壁外表面上，第一侧导轮（11）的轴线与浮筒（4）的轴线垂直，两个第一主导轮（10）分别位于两个第一侧导轮（11）正上方，且对称安装在两个第一导轮支座（9）上，第一主导轮（10）的轴线与浮筒（4）的轴线、第一侧导轮（11）的轴线垂直；

所述导轨（6）有两根，两根导轨（6）与浮筒（4）的轴线平行，且关于浮筒（4）的轴线对称；第一主导轮（10）、第一侧导轮（11）位于导轨（6）内，并能在水的浮力作用下在导轨（6）内转动。

3.根据权利要求2所述的桥梁防撞预警系统，其特征在于：

所述浮筒（4）的顶部中心安装有航标架（8），所述航标安装在航标架（8）上；所述浮筒（4）的顶部边缘设置有雷达柱架（12），所述雷达探测器（1）、声光报警器（2）安装在雷达柱架（12）上。

4.根据权利要求3所述的桥梁防撞预警系统，其特征在于：

所述航标架（8）上设置有与浮筒（4）的顶面平行的支撑板（7），所述航标安装在支撑板（7）的中部，支撑板（7）的两端各安装有一个关于浮筒（4）的轴线对称的第二导轮支座（14）；

所述每套浮筒升降导向限位组件还包括一个第二主导轮（15）和一个第二侧导轮（16），两个第二侧导轮（16）分别位于两个第一主导轮（10）正上方，且对称安装在支撑板（7）的两端部下方，第二侧导轮（16）的轴线与浮筒（4）的轴线垂直，两个第二主导轮（15）分别位于两个第二侧导轮（16）正上方，且对称安装在两个第二导轮支座（14）上，第二主导轮（15）的轴线与浮筒（4）的轴线、第二侧导轮（16）的轴线垂直；第二主导轮（15）、第二侧导轮（16）位于导轨（6）内，并能在水的浮力作用下在导轨（6）内转动。

5.根据权利要求1至4任一所述的桥梁防撞预警系统，其特征在于：所述浮筒（4）的侧壁下部开设有排水孔，该排水孔通过堵头（13）封堵。

6.根据权利要求5所述的桥梁防撞预警系统，其特征在于：所述航标为白色锥形航标（17）。

7.根据权利要求5所述的桥梁防撞预警系统，其特征在于：所述航标为红色罐形航标（18）。

8.采用如权利要求1-7任一所述的桥梁防撞预警系统进行桥梁防撞预警的方法，其特征在于，包括：

第一步、控制模块根据雷达发送的探测信号判断是否有船舶侵入设定的雷达监测防区，如果有，则执行第二步，否则继续执行第一步；

第二步、控制模块判断船舶侵入雷达监测防区的时间是否大于设定的时间阈值，如果是则执行第四步，否则执行第三步；

第三步、控制模块判断船舶侵入雷达监测防区的面积是否大于设定的面积阈值，如果是则执行第四步，否则返回执行第一步；

第四步、控制模块控制声光报警器（2）发出声光报警，并通过无线通信模块将船舶侵入雷达监测防区的信息传送至控制中心，然后执行第五步；

第五步、控制中心接收到船舶侵入雷达监测防区的信息后，确认入侵船舶是否安装了船载AIS设备，如果是，则执行第六步，否则结束；

第六步、控制中心通过AIS系统将船舶侵入雷达监测防区的信息发送至入侵船舶，然后执行第七步；

第七步、入侵船舶接收到船舶侵入雷达监测防区的信息后，发布报警信息，并纠正船舶偏航行为，然后结束。