CN109448444A - 桥梁碰撞预警及检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种桥梁碰撞预警及检测系统，系统包括检测模块、通信控制器、警示模块、报警控制中心和摄像机。若目标无视警告撞击了桥梁，检测模块中的震动及加速度模块检测撞击力、撞击持续时间、和桥梁震动参数，当撞击力和撞击持续时间超过预先设定的阈值时，警示模块发出撞击信号，报警控制中心存储撞击信息，同时调取摄像机摄像，在报警控制中心的人机界面上显示撞击信息数据和视频信息。本系统实时记录撞击情况，便于当下远程了解撞击情况，和事后调查事故原因以及取证。

Description

桥梁碰撞预警及检测系统

技术领域

本发明涉及桥梁桥墩防撞技术领域，更具体地，涉及一种桥梁碰撞预警及检测系统。

背景技术

大型船只在水面进行运输工作时，常要从桥梁下方驶过。船只高于桥梁高度或船只偏航，都曾导致过船只碰撞桥身或桥墩的事故。为了避免发生碰撞事故，技术人员开发了各种各样的防撞和预警装置。

目前，常用的防撞方式主要分为被动防撞和主动防撞。被动防撞是在桥墩外围安装防撞挡板，来抵抗船只的撞击，例如，采用自浮式桥梁防撞块，内设消能肋、消能柱，内填耗能闭孔泡沫材料，消耗船舶撞击时的撞击力。被动防撞的缺点是造价高，且不能防患于未然。主动防撞是根据船只的位置，采取主动预测并报警的方式，防止事故发生。主动防撞因其具有主动预见，有效避免事故发生的特点而成为目前最常用的防撞措施。主动防撞系统有多种，有的在船和桥上安装船载自动识别装备，有的通过视频和红外传感器、或采用激光传感器识别目标，其原理都是采集目标的各种数据，经过分析后发出告警信号。

中国专利CN106971630A公开了一种通航桥梁桥墩防撞监测预警系统。系统包括雷达分系统和告警分系统，通过微波传感器探测感知监测区域内的船只的距离、速度、方位，将有可能撞击桥墩的船只信息送到告警分系统，告警分系统根据船只的距离发出不同的告警声音，对船只进行早期预警。当船只离桥梁较近时，其告警系统中的视频录取模块对船只行进过程摄像取证，发送至控制中心，远程控制中心可对现场情况进行视频监控。

在恶劣天气下，能见度低，船上工作人员视线差，此时的预警系统误差最大且最容易出现故障，所以难免会在能见度低的夜晚或大雨大雾等恶劣天气下，发生船只撞击桥梁的事故。当事故发生后，远程的工作人员急需第一时间接到撞击报警并了解事故的严重程度，以决定是否需要救援或采取何种救援措施；从后续的事故调查考虑，最好能掌握到目标碰撞桥梁当下的第一手资料，用来准确分析事故，并留作证据。而现有的预警系统不能获取撞击的第一手资料，不能发出撞击信号，更不能在远程的控制中心获知目标对桥梁撞击的程度，以及撞击时的具体情况。

发明内容

针对上述现有技术的缺点或不足，本发明要解决的技术问题是提供一种不但在目标靠近桥梁时能进行预警，而且在撞击发生时，能记录撞击时刻的细节情况的预警及检测系统。

为解决上述技术问题，本发明具有如下构成：

桥梁碰撞预警及检测系统包括检测模块、通信控制器、警示模块、报警控制中心和摄像机，桥梁碰撞预警及检测系统安装在桥墩上且面向河道的位置。

检测模块包括测距测速模块、震动及加速度模块、第一控制器、第一通信模块、报警输出模块。

通信控制器从检测模块获取实时报警数据，将数据以无线或有线方式发送给报警控制中心，并下载报警控制中心下达给检测模块的设置信息。

检测模块中的测距测速模块获得目标信息，根据目标离桥梁的距离L、目标的相对速度v、目标的高度h、目标的宽度n，检测模块中的第一控制器同时驱动报警输出模块和第一通信模块分别发送预警或报警信息至警示模块和通信控制器，警示模块发出预警或报警信号，通信控制器将预警或报警信息发送至报警控制中心，报警控制中心存储预警或报警信息，同时调取摄像机进行摄像或拍照，并在报警控制中心的人机界面上显示预警或报警信息数据和视频信息。

若目标无视警告撞击了桥梁，检测模块中的震动及加速度模块检测包括撞击力、撞击持续时间、和桥梁震动的大小、方向及频率的撞击信息，当撞击力和撞击持续时间超过预先设定的阈值时，检测模块中的第一控制器同时驱动报警输出模块和第一通信模块分别发送撞击信息至警示模块和通信控制器，警示模块发出撞击信号，通信控制器将撞击信息发送至报警控制中心，报警控制中心存储撞击信息，同时调取摄像机进行摄像或拍照，并在报警控制中心的人机界面上显示撞击信息数据和视频信息。

震动及加速度模块采用微机电系统传感器，能够检测从X、Y、Z轴三个方向施加给传感器的加速度，输出撞击参数。

当目标离桥梁的距离L小于等于预警距离a，且目标的相对速度v大于等于设定的相对速度V₀时，警示模块发出距离预警信号，在此基础上，如果目标的高度h大于等于桥梁高度H或目标的宽度n大于等于桥梁孔径W，警示模块3同时发出距离预警信号和体积预警信号；当目标离桥梁的距离L小于等于报警距离b，且目标的相对速度v大于等于设定的相对速度V₀时，警示模块3发出距离报警信号，在此基础上，如果目标的高度h大于等于桥梁高度H或目标的宽度n大于等于桥梁孔径W，警示模块3同时发出距离报警信号和体积报警信号。

在报警控制中心的人机交互界面输入设置信息：预警距离a、报警距离b、设定的相对速度V₀、桥梁高度H、桥梁孔径W、撞击力和撞击持续时间，再经通信控制器将设置信息下达给检测模块。

通信控制器包括第二控制器、第二通信模块，第二通讯模块为有线或无线数据传输模块。第二通讯模块包括低速无线数据模块和高速4G无线数据模块，第二控制器驱动低速无线数据模块与检测模块中的第一通信模块进行数据通信获取实时报警数据，同时，第二控制器驱动高速4G无线数据模块与报警控制中心进行通信，实时上传报警状态，第二控制器还适时下载报警控制中心下达给检测模块的设置信息。

检测模块中的第一通信模块为有线或无线数据传输模块。

警示模块将预警或报警或撞击信息变换成声、光等信号以警示目标，各信号在视觉和听觉上有区别。

检测模块中的测距测速模块为微波雷达传感器，微波雷达传感器检测的目标信息包括距离、速度、运动方向、方位、高度、宽度信息。

检测模块和通信控制器中各自还包括电池和电池控制器，用于主电丢失后维持基本通信。

与现有技术相比，本发明的优点之一在于，现有技术的桥梁防撞预警系统，只具有预警功能。而本发明的桥梁碰撞预警及检测系统中，增加了震动及加速度模块。如果目标与桥梁发生碰撞，震动及加速传感器能采集碰撞强度和撞击时间，以及桥梁的震动参数，这些参数将和摄像视频一起存储在报警控制中心。管理人员能第一时间远程获知撞击消息，并了解到撞击具体情况，及时采取措施；以上信息对之后调查事故原因以及取证也有很大帮助。

其二、根据本发明的系统的工作原理，目标与桥梁发生碰撞时，其产生的撞击力和撞击持续时间如果低于本系统预先设置的阈值，检测模块不会发送碰撞信息，警示模块也不会发出撞击信号。因此，远程管理人员可以知道哪些撞击是对桥梁不造成威胁的，哪些是要采取措施的，避免了他对轻微撞击的误判。

其三、本发明的震动及加速度模块采用微机电系统传感器，能够检测从X、Y、Z轴三个方向施加给传感器的加速度，能够全方位检测到撞击参数，对事故分析有极大帮助。

其四、在目标对桥梁的相对速度v小于设定值时，本系统不发出预警或报警信号，这样可以避免较窄河面的岸边行人或树的摇动等因素引起本系统作出误判断。

其五、本发明的测距测速模块采用微波雷达传感器。微波雷达传感器可适应户外严酷环境，而撞击事件经常发生在恶劣天气情况下，所以使用微波雷达传感器能显著提高本系统工作的稳定性，并有效降低误报率。

附图说明

图1：本发明的桥梁碰撞预警及检测系统的信号逻辑框图；

图2：本发明的桥梁碰撞预警及检测系统工作状态的正视图；

图3：本发明的桥梁碰撞预警及检测系统工作状态的俯视图。

具体实施方式

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。

本发明的桥梁碰撞预警及检测系统，通常安装在桥墩上并面向河道方向，可用于对离桥梁（或桥墩）一定距离的可能对桥梁造成威胁的目标（船只等）进行声光预警，距离较近时则发出声光报警信号。当因天气原因或操作不当及其他原因，目标与桥梁不幸撞击，本系统可对撞击时的视频和碰撞数据加以记录存储，使管理者能远程了解具体撞击情况。

如图3所示，可以在多个桥墩上各安装一个桥梁碰撞预警及检测系统，增大检测范围， 桥梁碰撞预警及检测系统可正对河道安装，也可以倾斜一定角度安装。

如图1所示，本发明的桥梁碰撞预警及检测系统包括检测模块1、通信控制器2、警示模块3、报警控制中心4和摄像机5。预警及检测系统由主电源供电。

检测模块1包括测距测速模块11、震动及加速度模块12、第一控制器13、第一通信模块14、报警输出模块15。测距测速模块11采用24G或35G或77G微波雷达传感器，微波雷达发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至电磁波发射点的距离、速度、运动方向（远离还是靠近）、方位、高度等信息。震动及加速度模块12能够检测施加到传感器本身的加速度及震动，用于获得目标撞击桥梁时的碰撞数据。第一控制器13主要负责对各传感器的控制、获取传感器数据、分析及报警输出决策、数据通信等任务。第一通信模块14将第一控制器13发来的预警或报警或撞击信号以无线或有线的形式发送给通信控制器2，最终传输至报警控制中心4。报警输出模块15，将第一控制器13发来的预警或报警或撞击信号传输给警示模块3。

作为本实施例的一个示例，震动及加速度模块12采用微机电系统传感器，即MEMS（Microelectro Mechanical Systems）传感器，它能够检测从X、Y、Z轴三个方向施加给传感器的加速度，能够输出撞击力、撞击持续时间，和桥梁震动的大小、方向及频率等撞击参数。这种全方位的数据检测，对事故分析有极大帮助。

通信控制器2将与检测模块1进行数据通信获取实时报警数据，将数据转换形式后以无线或有线的方式发送给报警控制中心4，并下载报警控制中心4下达给检测模块1的设置信息。通信控制器2包括第二控制器21、第二通信模块22。第二通信模块22可以为有线或无线数据传输模块。作为本实施例的一个应用示例，第二通讯模块22包括低速无线数据模块和高速4G无线数据模块。

本系统在检测模块1和通信控制器2中各自还包括电池和电池控制器，用于主电丢失后维持基本通信。当有人恶意破坏或偷盗硬件装置时，在主电源断电情况下，电池能维持系统基本通信，向报警控制中心4报警。

警示模块3主要由LED阵列、扩音喇叭等组成，其接收来自检测模块1的报警输出模块15的信号，并将其转化为可视化或可被听见的声、光等报警信号以警示目标。警示模块3发出的报警信号、预警信号和撞击信号在视觉和听觉上有所区别。

报警控制中心4由一些计算机、服务器和运行在计算机上的软件组成。其主要负责接收并存储来自通信控制器2的预警、报警或碰撞信息，并指挥摄像机5进行摄像或拍照，在人机界面中显示预警、报警或碰撞信息数据和视频信息。

本发明的桥梁碰撞预警及检测系统工作前，先在报警控制中心4的人机交互界面上设置目标预警距离a（通常为扇形半径）、报警距离b、设定的相对速度V₀、桥梁高度H、桥梁孔径W、撞击力、撞击持续时间，通信控制器2将以上设置信息下达给检测模块1。

工作时，检测模块1中的测距测速模块11持续发射电磁波对过往目标进行照射并接收其回波。若无目标朝测距测速模块11径向移动，测距测速模块11将根据电磁波信号特征分析出没有危险目标，故此时无预警输出。

如图2、图3所示，当有目标朝测距测速模块11径向移动进入其预警距离a时，测距测速模块11将根据电磁波信号测出目标的距离、速度、运动方向（远离还是靠近）、方位、高度、宽度等信息。第一控制器13同时驱动报警输出模块15和第一通信模块14发送上述信息至警示模块3和通信控制器2。当目标离桥梁的距离L小于等于a，目标的相对速度v大于等于设定的相对速度V₀时，警示模块3发出距离预警信号；在此基础上，如果目标的高度h大于等于桥梁高度H或目标的宽度n大于等于桥梁孔径W，警示模块3同时发出距离预警信号和体积预警信号，以通知前方接近的船舶注意前方桥梁。同时，通信控制器2中的第二控制器21驱动第二通信模块22中的低速无线数据模块接收检测模块1发出的实时预警数据，第二控制器21同时驱动第二通信模块22中的高速4G无线数据模块与报警控制中心4进行通信，实时上传预警状态。报警控制中心4收到预警信息后存储检测模块1的传感器所检测的数据，同时调取摄像机5进行摄像或拍照，并在报警控制中心4的人机界面上显示数据和视频信息。

当目标继续前行至雷达报警距离b以内（即L≤b），且目标的相对速度v大于等于设定的相对速度V₀时，警示模块3发出距离报警信号；在此基础上，如果目标的高度h大于等于桥梁高度H或目标的宽度n大于等于桥梁孔径W，警示模块3同时发出距离报警信号和体积报警信号，引起船舶高度重视。同时，通信控制器2中的第二控制器21驱动第二通信模块22中的低速无线数据模块接收检测模块1发出的实时报警数据，第二控制器21同时驱动第二通信模块22中的高速4G无线数据模块与报警控制中心4进行通信，实时上传报警状态。报警控制中心4收到报警信息后存储检测模块1的传感器所检测的数据，同时调取摄像机5进行摄像或拍照，并在报警控制中心4的人机界面上显示数据和视频信息。这个工作过程与上一段所述预警情况下的工作过程基本相同，区别是：触发条件不同；上述预警信号和预警信息变成报警信号和报警信息；

预警距离a大于报警距离b，a和b可以根据具体情况设定。

设定的相对速度V₀可根据具体情况设定，本实施例设定为人步行的速度，约5公里/小时，即在目标对桥梁的相对速度v小于5公里时，本系统不发出预警或报警信号，这样可以避免较窄河面的岸边行人或树的摇动等因素引起本系统作出误判断。

若目标未注意到桥梁且无视警告信息撞击了桥梁，震动及加速度模块12检测包括撞击力、撞击持续时间、和桥梁震动的大小、方向及频率的撞击信息，其产生的撞击力和撞击持续时间一旦超过了传感器预先设置的阈值后，检测模块1中的第一控制器13同时驱动报警输出模块15和第一通信模块14分别发送撞击信息至警示模块3和通信控制器2，警示模块3发出撞击信号，通信控制器2将撞击信息发送至报警控制中心4，报警控制中心4存储撞击信息，同时调取摄像机5进行摄像或拍照，并在报警控制中心4的人机界面上显示撞击信息数据和视频信息。所以，工作人员可以在撞击刚发生时远程了解撞击情况，并且在后续的事故分析和调查中，本系统所存储的信息也是第一手的重要的资料和证据。

从撞击信号和信息的触发条件看，目标与桥梁发生碰撞时，其产生的撞击力和撞击持续时间如果低于本系统预先设置的阈值，检测模块1不会发送撞击信息，警示模块3也不会发出撞击信号。这样，从远程的报警控制中心4即能得知这样的轻微撞击无需进行处理，可以避免对不造成威胁的撞击的误判。

本发明的测距测速模块11采用微波雷达传感器。微波雷达传感器可适应户外严酷环境，而撞击事件经常发生在恶劣天气情况下，所以使用微波雷达传感器能显著提高本系统工作的稳定性，并有效降低误报率。

以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合，修改或者等同置换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种桥梁碰撞预警及检测系统，包括检测模块（1）、通信控制器（2）、警示模块（3）、报警控制中心（4）和摄像机（5），

其特征在于，所述检测模块（1）包括测距测速模块（11）、震动及加速度模块（12）、第一控制器（13）、第一通信模块（14）、报警输出模块（15）；

所述通信控制器（2）从所述检测模块（1）获取实时报警数据，将数据以无线或有线方式发送给所述报警控制中心（4），并下载所述报警控制中心（4）下达给所述检测模块（1）的设置信息；

所述检测模块（1）中的所述测距测速模块（11）获得目标信息，根据目标离桥梁的距离（L）、目标的相对速度（v），目标的高度（h）和目标的宽度（n），所述检测模块（1）中的所述第一控制器（13）同时驱动所述报警输出模块（15）和所述第一通信模块（14）分别发送预警或报警信息至所述警示模块（3）和所述通信控制器（2），所述警示模块（3）发出预警或报警信号，所述通信控制器（2）将预警或报警信息发送至所述报警控制中心（4），所述报警控制中心（4）存储预警或报警信息，同时调取所述摄像机（5）进行摄像或拍照，并在所述报警控制中心（4）的人机界面上显示预警或报警信息数据和视频信息；

若目标无视警告撞击了桥梁，所述检测模块（1）中的所述震动及加速度模块（12）检测包括撞击力、撞击持续时间、和桥梁震动的大小、方向及频率的撞击信息，当撞击力和撞击持续时间超过预先设定的阈值时，所述检测模块（1）中的所述第一控制器（13）同时驱动所述报警输出模块（15）和所述第一通信模块（14）分别发送撞击信息至所述警示模块（3）和所述通信控制器（2），所述警示模块（3）发出撞击信号，所述通信控制器（2）将撞击信息发送至所述报警控制中心（4），所述报警控制中心（4）存储撞击信息，同时调取所述摄像机（5）进行摄像或拍照，并在所述报警控制中心（4）的人机界面上显示撞击信息数据和视频信息。

2.根据权利要求1所述的桥梁碰撞预警及检测系统，其特征在于，所述震动及加速度模块（12）采用微机电系统传感器，能够检测从X、Y、Z轴三个方向施加给传感器的加速度，输出所述撞击信息。

3.根据权利要求1所述的桥梁碰撞预警及检测系统，其特征在于，当所述目标离桥梁的距离（L）小于等于预警距离（a），且所述目标的相对速度（v）大于等于设定的相对速度（V₀）时，所述警示模块（3）发出距离预警信号，在此基础上，如果所述目标的高度（h）大于等于桥梁高度（H）或所述目标的宽度（n）大于等于桥梁孔径（W），所述警示模块（3）同时发出距离预警信号和体积预警信号；当所述目标离桥梁的距离（L）小于等于报警距离（b），且所述目标的相对速度（v）大于等于设定的相对速度（V₀）时，所述警示模块（3）发出距离报警信号，在此基础上，如果所述目标的高度（h）大于等于所述桥梁高度（H）或所述目标的宽度（n）大于等于所述桥梁孔径（W），所述警示模块（3）同时发出距离报警信号和体积报警信号。

4.根据权利要求3所述的桥梁碰撞预警及检测系统，其特征在于，在所述报警控制中心（4）的人机交互界面输入的设置信息有：所述预警距离（a）、所述报警距离（b）、所述设定的相对速度（V₀）、所述桥梁高度（H）、所述桥梁孔径（W）、所述撞击力和所述撞击持续时间，再经所述通信控制器（2）将设置信息下达给所述检测模块（1）。

5.根据权利要求1所述的桥梁碰撞预警及检测系统，其特征在于，所述通信控制器（2）包括第二控制器（21）、第二通信模块（22），所述第二通讯模块（22）为有线或无线数据传输模块。

6.根据权利要求5所述的桥梁碰撞预警及检测系统，其特征在于，所述第二通讯模块（22）包括低速无线数据模块和高速4G无线数据模块，所述第二控制器（21）驱动低速无线数据模块与所述检测模块（1）中的所述第一通信模块（14）进行数据通信获取实时报警数据，同时，所述第二控制器（21）驱动高速4G无线数据模块与所述报警控制中心（4）进行通信，实时上传报警状态，所述第二控制器（21）还适时下载所述报警控制中心（4）下达给所述检测模块（1）的设置信息。

7.根据权利要求1所述的桥梁碰撞预警及检测系统，其特征在于，所述检测模块（1）中的所述第一通信模块（14）为有线或无线数据传输模块。

8.根据权利要求1所述的桥梁碰撞预警及检测系统，其特征在于，所述警示模块（3）将预警或报警或撞击信息变换成声、光等信号以警示目标，各信号在视觉和听觉上有区别。

9.根据权利要求1所述的桥梁碰撞预警及检测系统，其特征在于，所述检测模块（1）中的所述测距测速模块（11）为微波雷达传感器，微波雷达传感器检测的目标信息包括距离、速度、运动方向、方位、高度、宽度信息。

10.根据权利要求1所述的桥梁碰撞预警及检测系统，其特征在于，所述检测模块（1）和所述通信控制器（2）各自还包括电池和电池控制器，均用于主电丢失后维持基本通信。