CN113077659B - 一种基于多源数据融合的桥梁防船撞智能预警方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于多源数据融合的桥梁防船撞智能预警方法，包括：获取所述桥梁所述环境的实况数据参数，所述实况数据参数包括监控中心的AIS数据接收器接收到的预测航行轨迹；获取根据所述预测航行轨迹确认的船只预计通过的测高区，同时获取根据所述预测航行轨迹计算的所述船只预计通过桥梁时产生碰撞风险的概率；在确认接受到超高预警信息、高风险预警信息任一预警信息或全部预警信息时，确认启动预警操作，并触发视频集成装置，所述视频集成装置包括设置有可见光传感器和红外传感器的摄像头；获取所述预警操作的实况视频参数；在确认所述实况视频参数为所述船只安全驶离时，将所述船只的当前运行信息存储至数据库。

Description

一种基于多源数据融合的桥梁防船撞智能预警方法及系统

技术领域

本发明属于船舶避险的相关技术领域，具体而言，涉及一种基于多源数据融合的桥梁防船撞智能预警方法及一种基于多源数据融合的桥梁防船撞智能预警系统。

背景技术

随着我国基础建设及航运业的迅猛发展，桥梁数量及航道通航密度逐年增加，桥梁与通航船舶之间的矛盾日益突出。船舶撞击桥梁事故屡见不鲜，船撞桥事故通常会导致严重的经济、社会、人身、财产损失，并带来环境污染问题。

目前常见的桥梁防船撞装置多为被动式，通过桥墩附属结构物来阻隔船舶并减小船舶撞击力以达到保护桥墩的目的。从功能和效果来讲，被动式防撞装置只能减损而不能避免事故的发生，而防船撞预警系统可将桥梁防撞从“被动”变为“主动”，补足被动式防船撞装置的自身局限性。

目前已有桥梁桩顶防船撞系统的研究和应用，但解决方案较为单一，存在各自缺点，尚缺乏较为成熟的系统。常见解决方案与不足如下：

(1)采用可见光传感器。即摄像机实时监控，其缺点：摄像机夜视能力差，夜间成像模糊，不利于船只识别；受天气影响较大，雨雾天可见度低，容易造成漏报、误报。

(2)超声波测距仪。超声波的声速受大气环境影响较大，其在空气中的速度和水中的速度差异较大。

(3)激光测距仪作为测量传感器，激光能量极易被水散射，容易丢失反射光束。

(4)普通多普勒雷达作为探测器，其安装条件限制过多，一是必须要避开桥墩一定距离以外安装传感器，安装风险大、使用极为不便，二是易对江河水面漂浮物进行误报。

为解决各个方案的不足，需要全面监测通航船舶动静态信息，同时考虑通航船舶行为的复杂性，在不同的船型、船速、舵角等情况时，其船舶是否会撞击桥墩可通过预测船舶的行为来判断。

发明内容

本发明提出了一种新的基于多源数据融合的桥梁防船撞智能预警方法及系统，提供一种能够以AIS数据为基础，通过结合激光测量进行船只运行路线实时预测，以便桥梁船撞风险进行预警，安装结构简单，预警误报度较低，使用方便。

有鉴于此，本发明提出了一种新的基于多源数据融合的桥梁防船撞智能预警方法，包括：获取所述桥梁的周围环境的实况数据参数，所述实况数据参数包括监控中心的AIS数据接收器接收到的预测航行轨迹；获取根据所述预测航行轨迹确认的船只预计通过的测高区，同时获取根据所述预测航行轨迹计算的所述船只预计通过桥梁时产生碰撞风险的概率；在确认接受到超高预警信息、高风险预警信息任一预警信息或全部预警信息时，确认启动预警操作，并触发视频集成装置，所述视频集成装置包括设置有可见光传感器和红外传感器的摄像头；获取所述预警操作的实况视频参数；在确认所述实况视频参数为所述船只安全驶离时，将所述船只的当前运行信息存储至数据库。

在上述技术方案中，可选地，在确认所述实况视频参数为所述船只安全驶离时，将所述船只的当前运行信息存储至数据库的步骤时，还包括：在确认所述实况视频参数显示的所述船只未安全驶离时，所述视频集成装置持续记录所述船只的运行路线，并上传至所述AIS数据接收器，直至所述船只安全驶离。

在上述技术方案中，可选地，所述获取根据所述预测航行轨迹确认的船只预计通过的测高区的步骤具体包括：分析接收到的所述预测航行轨迹，确认所述船只穿过所述桥梁的预计位置，将所述预计位置确认为测高区；在接受到所述测高区的确认信息后，启动所述测高区处设置的激光对射探测器。

在上述技术方案中，可选地，所述获取根据所述预测航行轨迹计算的所述船只预计通过桥梁时产生碰撞风险的概率的步骤具体包括：分析接收到的所述预测航行轨迹，确认所述船只穿过所述桥梁的预计位置和预计路线；获取预先存储的所述预计位置的所述桥梁之间的运行通道的实际宽度和长度；根据所述预计路线、所述运行通道的实际宽度和长度构建模型，模拟所述船只按照所述预计路线在所述运行通道内的预设运行实况；根据所述运行实况评估所述船只通过所述桥梁产生碰撞风险的概率。

在上述技术方案中，可选地，所述在确认接受到超高预警信息、高风险预警信息任一预警信息或全部预警信息时，确认启动预警操作的步骤中，所述预警操作包括采取有效避险措施，同时还包括通过LED显示屏或声光告警设备提醒现场工作人员、通过无线传输设备传输至远程的监控中心。

根据本发明的第二方面，提供一种基于多源数据融合的桥梁防船撞智能预警系统，包括第一获取装置、第二获取装置、第一确认装置、第三获取装置和第二确认装置，第一获取装置用于获取所述桥梁的周围环境的实况数据参数，所述实况数据参数包括监控中心的AIS数据接收器接收到的预测航行轨迹；第二获取装置用于获取根据所述预测航行轨迹确认的船只预计通过的测高区，同时获取根据所述预测航行轨迹计算的所述船只预计通过桥梁时产生碰撞风险的概率；第一确认装置用于在确认接受到超高预警信息、高风险预警信息任一预警信息或全部预警信息时，确认启动预警操作，并触发视频集成装置，所述视频集成装置包括设置有可见光传感器和红外传感器的摄像头；第三获取装置用于获取所述预警操作的实况视频参数；第二确认装置用于在确认所述实况视频参数为所述船只安全驶离时，将所述船只的当前运行信息存储至数据库。

在上述技术方案中，可选地，基于多源数据融合的桥梁防船撞智能预警系统还包括第三确认装置，用于在确认所述实况视频参数显示的所述船只未安全驶离时，所述视频集成装置持续记录所述船只的运行路线，并上传至所述AIS数据接收器，直至所述船只安全驶离。

在上述技术方案中，可选地，所述第二获取装置包括第一分析模块和第一执行模块，第一分析模块用于分析接收到的所述预测航行轨迹，确认所述船只穿过所述桥梁的预计位置，将所述预计位置确认为测高区；第一执行模块用于在接受到所述测高区的确认信息后，启动所述测高区处设置的激光对射探测器。

在上述技术方案中，可选地，所述第二获取装置还包括第二分析模块、第四获取模块、第二执行模块和评估模块，第二分析模块用于分析接收到的所述预测航行轨迹，确认所述船只穿过所述桥梁的预计位置和预计路线；第四获取模块用于获取预先存储的所述预计位置的所述桥梁之间的运行通道的实际宽度和长度；第二执行模块用于根据所述预计路线、所述运行通道的实际宽度和长度构建模型，模拟所述船只按照所述预计路线在所述运行通道内的预设运行实况；评估模块用于根据所述运行实况评估所述船只通过所述桥梁产生碰撞风险的概率。

在上述技术方案中，可选地，基于多源数据融合的桥梁防船撞智能预警系统还包括预警模块，用于采取有效避险措施，同时还用于通过LED显示屏或声光告警设备提醒现场工作人员、通过无线传输设备传输至远程的监控中心。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、采用AIS数据接收器获取船舶动态、静态实时信息，不受天气、光照条件影响，探测范围广，AIS数据接收器能获取半径10公里以上区域的AIS数据，以对半径3-5公里范围内水面进行监测预警；

2、根据实况数据参数能够对船舶航行行为和轨迹进行预测，提高了预警的主动性和智能性；

3、AIS数据接收器对安装位置要求条件少，安装维护方便；

4、结合超高预警信息、高风险预警信息和视频集成装置，可对桥梁防船撞进行全面监测，对危险船舶进行警告、定向跟踪、取证，构成一个稳健的智能预警系统；

5、能够实现全天候24小时自动化监控，减少人员工作量；

6、不会对现行船舶航行、通信、船用设备产生额外负担；

7、弥补了桥梁被动防撞装置功能上的单一性，更加全面地保护桥梁安全。

附图说明

图1示出了根据本发明的实施例的基于多源数据融合的桥梁防船撞智能预警方法的流程示意图；

图2示出了根据本发明的实施例的基于多源数据融合的桥梁防船撞智能预警系统的结构示意框图；

图3示出了根据本发明的实施例的基于多源数据融合的桥梁防船撞智能预警系统的结构示意图；

图4示出了根据本发明的实施例的基于多源数据融合的桥梁防船撞智能预警方法的流程图。

其中，附图中的附图标记所对应的名称为：第一获取装置201、第二获取装置202、第一分析装置2021、第一执行模块2022、第二分析模块2023、第四获取模块2024、第二执行模块2025、评估模块2026、第一确认装置203、第三获取装置204、第二确认装置205、第三确认装置206、预警模块207；

船只1、桥梁2、桥墩3、AIS数据接收器4、视频集成装置5、辅助摄像机6、电子告警7、LED显示屏8、激光对射探测器9、监控中心10。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义以及实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

下面结合附图和具体实施例对本发明进行进一步的说明。

如图1所示，一种基于多源数据融合的桥梁防船撞智能预警方法，包括：

步骤101，获取所述桥梁2所述环境的实况数据参数，所述实况数据参数包括监控中心10的AIS数据接收器4接收到的预测航行轨迹；

步骤102，获取根据所述预测航行轨迹确认的船只1预计通过的测高区，同时获取根据所述预测航行轨迹计算的所述船只1预计通过桥梁2时产生碰撞风险的概率；

步骤103，在确认接受到超高预警信息、高风险预警信息任一预警信息或全部预警信息时，确认启动预警操作，并触发视频集成装置5，所述视频集成装置5包括设置有可见光传感器和红外传感器的摄像头；

步骤104，获取所述预警操作的实况视频参数；

步骤105，在确认所述实况视频参数为所述船只1安全驶离时，将所述船只1的当前运行信息存储至数据库。

上述过程中，在确认所述实况视频参数显示的所述船只1未安全驶离时，所述视频集成装置5持续记录所述船只1的运行路线，并上传至所述AIS数据接收器4，直至所述船只1安全驶离。

其工作的具体步骤原理包括：获取所述桥梁2所述环境的实况数据参数，所述实况数据参数包括监控中心10的AIS数据接收器4接收到的预测航行轨迹；分析接收到的所述预测航行轨迹，确认所述船只1穿过所述桥梁2的预计位置，将所述预计位置确认为测高区，在接受到所述测高区的确认信息后，启动所述测高区处设置的激光对射探测器9；同时确认所述船只1穿过所述桥梁2的预计位置和预计路线，获取预先存储的所述预计位置的所述桥梁2之间的运行通道的实际宽度和长度，根据所述预计路线、所述运行通道的实际宽度和长度构建模型，模拟所述船只1按照所述预计路线在所述运行通道内的预设运行实况，根据所述运行实况评估所述船只1通过所述桥梁2产生碰撞风险的概率；在确认接受到超高预警信息、高风险预警信息任一预警信息或全部预警信息时，确认启动预警操作，并触发视频集成装置5，所述视频集成装置5包括设置有可见光传感器和红外传感器的摄像头，获取所述预警操作的实况视频参数，在确认所述实况视频参数为所述船只1安全驶离时，将所述船只1的当前运行信息存储至数据库，在确认所述实况视频参数显示的所述船只1未安全驶离时，所述视频集成装置5持续记录所述船只1的运行路线，并上传至所述AIS数据接收器4，直至所述船只1安全驶离；上述预警操作包括采取有效避险措施，同时还包括通过LED显示屏8或声光告警设备提醒现场工作人员、通过无线传输设备传输至远程的监控中心10。

根据本发明的第二方面，如图2所示，一种基于多源数据融合的桥梁防船撞智能预警系统，包括第一获取装置201、第二获取装置202、第一确认装置203、第三获取装置204、第二确认装置205、第三确认装置206和预警模块207，第一获取装置201用于获取所述桥梁2所述环境的实况数据参数，所述实况数据参数包括监控中心10的AIS数据接收器4接收到的预测航行轨迹；第二获取装置202用于获取根据所述预测航行轨迹确认的船只1预计通过的测高区，同时获取根据所述预测航行轨迹计算的所述船只1预计通过桥梁2时产生碰撞风险的概率；第一确认装置203用于在确认接受到超高预警信息、高风险预警信息任一预警信息或全部预警信息时，确认启动预警操作，并触发视频集成装置5，所述视频集成装置5包括设置有可见光传感器和红外传感器的摄像头；第三获取装置204用于获取所述预警操作的实况视频参数；第二确认装置205用于在确认所述实况视频参数为所述船只1安全驶离时，将所述船只1的当前运行信息存储至数据库；第三确认装置206用于在确认所述实况视频参数显示的所述船只1未安全驶离时，所述视频集成装置5持续记录所述船只1的运行路线，并上传至所述AIS数据接收器4，直至所述船只1安全驶离；预警模块207用于采取有效避险措施，同时还用于通过LED显示屏8或声光告警设备提醒现场工作人员、通过无线传输设备传输至远程的监控中心10。

进一步地，上述第二获取装置202包括第一分析模块、第一执行模块2022、第二分析模块2023、第四获取模块2024、第二执行模块2025和评估模块2026，第一分析模块用于分析接收到的所述预测航行轨迹，确认所述船只1穿过所述桥梁2的预计位置，将所述预计位置确认为测高区；第一执行模块2022用于在接受到所述测高区的确认信息后，启动所述测高区处设置的激光对射探测器9，第二分析模块2023用于分析接收到的所述预测航行轨迹，确认所述船只1穿过所述桥梁2的预计位置和预计路线；第四获取模块2024用于获取预先存储的所述预计位置的所述桥梁2之间的运行通道的实际宽度和长度；第二执行模块2025用于根据所述预计路线、所述运行通道的实际宽度和长度构建模型，模拟所述船只1按照所述预计路线在所述运行通道内的预设运行实况；评估模块2026用于根据所述运行实况评估所述船只1通过所述桥梁2产生碰撞风险的概率。

其工作的具体步骤原理中，在基于多源数据融合的桥梁防船撞智能预警系统判断船只1超高或有撞击桥墩3危险时，通过声光警报、语音警报、电子警报等手段反馈至船只1驾驶人员、桥梁2和海事有关人员，督促驾驶员迅速采取避险措施，避免事故发生，必要时可扩展APP推送消息、无线电广播等警报手段。

如图3所示，当船只1驶入临近桥梁2的区域的水域内，监控中心10的AIS数据接收器4获取AIS数据，检测船只1的航行状态，判断其是否可能通过测高区，如若通过，则启动激光对射探测器9进行超高检测，如果超高，则启动告警，即确认启动预警操作，进行声光、语音、电子告警7，可设置LED显示屏8显示“超高”字样，提醒船只1采取避险措施，视频集成装置5与监控中心10进行信息跟踪记录；当船只1未超高，则休眠激光对射探测器9。

同时，监控中心10对船只1进行航迹预测和碰撞概率实时计算，若有碰撞危险，则启动告警，进行更声光、语音、电子告警7，LED显示屏8显示“撞桥危险”字样，提醒船只1采取避险措施，视频集成装置5与监控中心10进行信息跟踪记录，同时船只1在靠近通航通道时，启动辅助摄像机6进行记录。

如图4所示，AIS数据接收器4能够接收半径10公里以上范围内的数据；视频集成装置5监控范围能够达到3km以上；激光对射探测器9对射距离能够达到1～5km，满足大部分河流桥梁2宽度范围。

上述测高区，即通过激光对射探测器9发射的激光束进行监测，当有船舶上层建筑超高时，激光束被阻断，获得信号并通知监控中心10启动预警操作。为避免飞鸟等造成的误报，可隔一定距离平行设置两束激光，当两束激光均被挡住时，监控中心10判定为超高。

上述航迹预测、碰撞概率计算，是根据AIS数据接收器4所接收的实况数据参数，提取有关船只1航行的动静态信息，如航速、航向、船型、船只1主尺度、吃水等，结合已有船只1航行轨迹，构建船只1操纵性运动模型，预测船只1航行轨迹，依据该船只1预测运动矢量与桥梁2的几何关系，建立动态风险评估模型，实时监测船只1与桥梁2安全情况。

以上结合附图详细说明了本发明的技术方案，本发明的技术方案提出了一种新的基于多源数据融合的桥梁防船撞智能预警方法及系统，采用AIS数据接收器获取船只动态、静态实时信息，不受天气、光照条件影响，探测范围广，AIS数据接收器能获取半径10公里以上区域的AIS数据，以对半径3-5公里范围内水面进行监测预警；根据实况数据参数能够对船只航行行为和轨迹进行预测，提高了预警的主动性和智能性；AIS数据接收器对安装位置要求条件少，安装维护方便；结合超高预警信息、高风险预警信息和视频集成装置，可对桥梁防船撞进行全面监测，对危险船只进行警告、定向跟踪、取证，构成一个稳健的智能预警系统；能够实现全天候24小时自动化监控，减少人员工作量；不会对现行船只航行、通信、船用设备产生额外负担；弥补了桥梁被动防撞装置功能上的单一性，更加全面地保护桥梁安全。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于多源数据融合的桥梁防船撞智能预警方法，其特征在于，包括：

获取所述桥梁的周围环境的实况数据参数，所述实况数据参数包括监控中心的AIS数据接收器接收到的预测航行轨迹；

分析接收到的所述预测航行轨迹，确认所述船只穿过所述桥梁的预计位置，将所述预计位置确认为测高区；

在接受到所述测高区的确认信息后，启动所述测高区处设置的激光对射探测器；

根据所述激光对射探测器的探测结果获取超高预警信息；

分析接收到的所述预测航行轨迹，确认所述船只穿过所述桥梁的预计位置和预计路线；

获取预先存储的所述预计位置的所述桥梁之间的运行通道的实际宽度和长度；

根据所述预计路线、所述运行通道的实际宽度和长度构建模型，模拟所述船只按照所述预计路线在所述运行通道内的预设运行实况；

根据所述运行实况评估所述船只通过所述桥梁产生碰撞风险的概率；

根据所述桥梁产生碰撞风险的概率获取高风险预警信息；

在确认接受到超高预警信息、高风险预警信息任一预警信息或全部预警信息时，确认启动预警操作，并触发视频集成装置，所述视频集成装置包括设置有可见光传感器和红外传感器的摄像头；

获取所述预警操作的实况视频参数；

在确认所述实况视频参数为所述船只安全驶离时，将所述船只的当前运行信息存储至数据库。

2.根据权利要求1所述的基于多源数据融合的桥梁防船撞智能预警方法，其特征在于，在确认所述实况视频参数为所述船只安全驶离时，将所述船只的当前运行信息存储至数据库的步骤时，还包括：

在确认所述实况视频参数显示的所述船只未安全驶离时，所述视频集成装置持续记录所述船只的运行路线，并上传至所述AIS数据接收器，直至所述船只安全驶离。

3.根据权利要求1所述的基于多源数据融合的桥梁防船撞智能预警方法，其特征在于，所述在确认接受到超高预警信息、高风险预警信息任一预警信息或全部预警信息时，确认启动预警操作的步骤中，所述预警操作包括采取有效避险措施，同时还包括通过LED显示屏或声光告警设备提醒现场工作人员、通过无线传输设备传输至远程的监控中心。

4.一种基于多源数据融合的桥梁防船撞智能预警系统，包括如权利要求1至3任一所述的基于多源数据融合的桥梁防船撞智能预警方法，其特征在于，所述系统包括：

第一获取装置，用于获取所述桥梁的周围环境的实况数据参数，所述实况数据参数包括监控中心的AIS数据接收器接收到的预测航行轨迹；

第一分析模块，用于分析接收到的所述预测航行轨迹，确认所述船只穿过所述桥梁的预计位置，将所述预计位置确认为测高区；

第一执行模块，用于在接受到所述测高区的确认信息后，启动所述测高区处设置的激光对射探测器；

第二分析模块，用于分析接收到的所述预测航行轨迹，确认所述船只穿过所述桥梁的预计位置和预计路线；

第四获取模块，用于获取预先存储的所述预计位置的所述桥梁之间的运行通道的实际宽度和长度；

第二执行模块，用于根据所述预计路线、所述运行通道的实际宽度和长度构建模型，模拟所述船只按照所述预计路线在所述运行通道内的预设运行实况；

评估模块，用于根据所述运行实况评估所述船只通过所述桥梁产生碰撞风险的概率；

第一确认装置，用于在确认接受到超高预警信息、高风险预警信息任一预警信息或全部预警信息时，确认启动预警操作，并触发视频集成装置，所述视频集成装置包括设置有可见光传感器和红外传感器的摄像头；

第三获取装置，用于获取所述预警操作的实况视频参数；

第二确认装置，用于在确认所述实况视频参数为所述船只安全驶离时，将所述船只的当前运行信息存储至数据库。

5.根据权利要求4所述的基于多源数据融合的桥梁防船撞智能预警系统，其特征在于，还包括：

第三确认装置，用于在确认所述实况视频参数显示的所述船只未安全驶离时，所述视频集成装置持续记录所述船只的运行路线，并上传至所述AIS数据接收器，直至所述船只安全驶离。

6.根据权利要求4所述的基于多源数据融合的桥梁防船撞智能预警系统，其特征在于，还包括预警模块，用于采取有效避险措施，同时还用于通过LED显示屏或声光告警设备提醒现场工作人员、通过无线传输设备传输至远程的监控中心。

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