CN116427357B - 一种高分子复合柔性桥梁防护装置 - Google Patents

一种高分子复合柔性桥梁防护装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种高分子复合柔性桥梁防护装置，属于桥梁安全防护技术领域，本发明设置有桥跨防护单元、桥墩防护单元、船舶信息接收系统、水面浮漂摄像头与中控系统，中控系统根据存在撞桥危险的船舶位置控制桥跨防护单元在桥跨侧面进行水平方向上的移动，并根据船首形状控制桥墩防护单元进行在竖直方向上的位置调节，极大程度上提高了装置对桥跨的防护面积，并且减少了防护装置的数量，降低了防护成本，中控系统能够根据船舶排水量与船舶航速调节桥跨防护单元的防护状态，从而对船舶进行有效的耗能与减速，并在轻微碰撞的情况下对高航速船舶进行保护。

Description

一种高分子复合柔性桥梁防护装置
技术领域
本发明涉及桥梁安全防护技术领域，尤其涉及一种高分子复合柔性桥梁防护装置。
背景技术
随着经济和交通运输事业的发展，大型跨海、跨江桥梁不断兴建，这些大桥身处的江海都为繁忙的水路航道，风浪、波涛、水流的情况十分复杂，因此桥梁无法避免的承受着来自船只撞击的风险；随着船只的吨位越来越大，在具有一定速度的情况下，一旦与桥梁发生相撞，不仅船毁人亡，强大的撞击力会造成桥梁的变形、扭曲甚至是损毁，桥梁极有可能因此坍塌，产生十分严重的后果。
中国专利公开号：CN103696401A公开了一种桥梁防护装置，包括环绕设置在桥墩四周的防撞消能圈和滑轨机构，所述滑轨机构包括若干根固定设置在桥墩上的直柱体，所述直柱体的轴线与桥墩的轴线平行，所述防撞消能圈包括若干个消能单元和连接件，所述若干个消能单元通过连接件依次相连形成环状结构，所述消能单元包括壳体和填充在壳体中的复合耗能材料，这种桥梁防护装置，防撞消能圈缓冲变形能力强，能最大程度降低大吨位船舶撞击桥墩时对船舶和桥墩造成的伤害；防撞消能圈耐腐蚀性强，围设在桥墩四周的防撞消能圈随水平面上下浮动，减小了防撞消能圈上下浮动是受到的阻力，同样还起到一定的导向作用，降低长时间在水中运行对防撞消能圈的影响。
以上装置未设置桥跨防护摄像头、水面浮漂摄像头与中控系统，无法对存在撞桥危险的船舶进行定位，并根据定位结果控制装置进行移动，也无法根据船舶的船首形状控制桥墩防护单元起伏，从而造成防护面的减少，降低实用性。
发明内容
为此，本发明提供一种高分子复合柔性桥梁防护装置，用以克服现有技术中无法对存在撞桥危险的船舶进行定位，从而造成防护面的减少的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种高分子复合柔性桥梁防护装置，包括，
桥跨防护单元，其设置在桥跨侧面，能够在桥跨一侧进行移动，用于对超过通航净高的船舶进行耗能与减速；
桥墩防护单元，其设置在桥墩周围，能够通过浮力作用调节自身在竖直方向上的位置，用于对撞击桥墩的船舶进行耗能与减速；
船舶信息接收系统，其设置在所述桥跨防护单元上方，用于接收通航船舶发送的船舶排水量、船舶航速等船舶信息；
水面浮漂摄像头，其漂浮在水面上，用于在所述船舶信息接收系统未接收到通航船舶发送的船舶信息时，对船舶排水量进行测算，并对船首形状进行图像采集，从而判定出碰撞到桥墩的位置高度；
中控系统，其设置在所述桥跨防护单元上方，所述中控系统通过信号传输线与所述桥跨防护单元、所述船舶信息接收系统相连，并通过无线电与所述桥墩防护单元、所述水面浮漂摄像头相连，中控系统根据存在撞桥危险的船舶位置控制桥跨防护单元在桥跨侧面进行水平方向上的移动，并根据船首形状控制桥墩防护单元进行在竖直方向上的位置调节，中控系统能够根据船舶排水量与船舶航速调节桥跨防护单元的防护状态，从而对船舶进行有效的耗能与减速，并在轻微碰撞的情况下对高航速船舶进行保护。
进一步地，所述桥跨防护单元，包括，
桥跨轨道，其设置在桥跨边缘位置，用于为装置提供行驶轨道；
移动装置，其设置有车轮组，所述车轮组与所述桥跨轨道相贴合，所述移动装置能够带动设置在其上的部件进行水平方向上的运动；
液压缓冲组，其设置在所述移动装置上，包括左液压缓冲机与右液压缓冲机，所述中控系统能够同时对所述左液压缓冲机与所述右液压缓冲机的活塞杆伸出长度进行调节，并能够调节左液压缓冲机与右液压缓冲机的缓冲压力；
前耗能带，其两端分别连接于所述左液压缓冲机的活塞杆与所述右液压缓冲机的活塞杆，所述前耗能带的材料为高分子复合柔性材料，所述前耗能带在不发生形变的状态下为初始形状，其中初始形状为拱形；
桥跨缓冲弹簧组，其设置在所述移动装置上，包括左缓冲弹簧与右缓冲弹簧；
后耗能带，其两端分别连接于所述左缓冲弹簧与所述右缓冲弹簧，所述后耗能带的材料为高分子复合柔性材料，所述后耗能带，在不发生形变的状态下为初始形状，其中初始形状为拱形；
桥跨防护摄像头，其设置在所述移动装置上，用于对通过桥梁的船舶进行高度测量，并观测水面上船舶行驶情况，进行撞桥预警。
进一步地，所述中控系统内设置有所述液压缓冲组的起始状态活塞杆伸出长度，当所述左液压缓冲机与所述右液压缓冲机的活塞杆以该长度作为伸出长度时，所述前耗能带的形状为初始形状；
所述中控系统能够同时改变所述左液压缓冲机与所述右液压缓冲机的活塞杆伸出长度，从而使得所述前耗能带的拱度发生变化；
所述中控系统将所述桥跨防护单元对船舶耗能的过程分为第一阶段与第二阶段，第一阶段为船舶推动所述前耗能带至其与所述后耗能带相互接触且无相互作用力的位置；
第二阶段以第一阶段的结束为起始，船舶继续推动所述前耗能带与所述后耗能带至后耗能带与所述移动装置完全贴合，此时前耗能带同时与后耗能带完全贴合，在此过程中，前耗能带两端继续推动所述左液压缓冲机的活塞杆与所述右液压缓冲机活塞杆，并且左缓冲弹簧与右缓冲弹簧被压缩到弹簧极限位置；
所述中控系统计算出第一阶段中，所述前耗能带与所述液压缓冲组对船舶所消耗的动能，记为第一阶段耗能；
所述中控系统计算出第二阶段中，所述桥跨防护单元中各耗能部件对船舶所消耗的动能，记为第二阶段耗能，并将第一阶段耗能与第二阶段耗能进行综合计算，得到最大耗能状态时，所述桥跨防护单元对船舶消耗的动能，记为最大耗能。
进一步地，所述桥墩防护单元，包括，
滚轮套筒，其设置在桥墩外侧，通过滚轮与桥墩进行接触；
桥墩缓冲弹簧组，其设置在所述滚轮套筒外侧；
闭孔耗能筒，其设置在所述桥墩缓冲弹簧组外侧，用于接受船舶撞击，并消耗船舶的动能，所述闭孔耗能筒的材料为不吸水高分子复合柔性材料，并且其外侧设置有防水保护层，用于防止闭孔耗能筒因吸水所导致的重量变动；
海水收集装置，其设置在所述闭孔耗能筒下方，用于存储海水，从而改变所述桥墩防护单元的重量；
给水排水装置，其设置在所述海水收集装置下方，用于吸收或排除海水，从而控制所述桥墩防护单元进行竖直方向上的移动。
进一步地，所述船舶信息接收系统能够收到存在撞桥危险的船舶发送的撞桥预警与船舶信息，其中船舶信息包括，船舶排水量与船舶实时航速，船舶信息接收系统将撞桥预警与船舶信息发送至所述中控系统；
所述中控系统接收到撞桥预警，控制所述桥跨防护摄像头对存在撞桥危险的船舶进行锁定，桥跨防护摄像头将该船舶设定为危险船舶，并将危险船舶的实时位置信息发送至中控系统；
所述中控系统根据危险船舶的实时位置控制所述移动装置进行移动，从而使得所述桥跨防护单元对准危险船舶的位置，并根据所述桥跨防护摄像头回传的危险船舶的实时位置持续对移动装置进行位置微调，中控系统能够根据船舶实时航速与桥跨防护摄像头观测到该船舶的实时位置数据计算出船舶发生碰撞瞬间的碰撞速度。
进一步地，所述中控系统内保存有桥梁的通航净高；
所述桥跨防护摄像头能够检测水面上的船舶高度，并将船舶高度传递至所述中控系统；
所述中控系统将船舶高度与通航净高进行对比，
若船舶高度小于通航净高，所述中控系统判定该船舶为安全船舶；
若船舶高度大于或等于通航净高，所述中控系统在未接收到撞桥预警的情况下将该船舶设为危险船舶；
所述中控系统控制所述桥跨防护摄像头与所述水面浮漂摄像头锁定危险船舶，并对危险船舶进行双摄像头测速，将测量出的船舶实时航速传递至中控系统；
所述中控系统能够根据船舶实时航速与桥跨防护摄像头观测到该船舶的实时位置数据计算出船舶发生碰撞瞬间的碰撞速度，并控制所述桥跨防护摄像头与所述水面浮漂摄像头对锁定的危险船舶进行图像采集，并根据危险船舶的体积与吃水线对危险船舶进行排水量测算，并将测算出的船舶排水量传递至中控系统。
进一步地，所述中控系统内设有高航速参考值；
所述中控系统内保存有所述左液压缓冲机与所述右液压缓冲机的缓冲压力最大值；
所述中控系统根据船舶的碰撞速度与船舶排水量计算出船舶的碰撞动能，并将船舶的碰撞动能与第一阶段耗能进行对比分析，并计算出所述左液压缓冲机与所述右液压缓冲机的第一模拟缓冲压力，中控系统将第一模拟缓冲压力与缓冲压力最大值进行对比，
若第一模拟缓冲压力小于或等于缓冲压力最大值，所述中控系统将本次碰撞判定为轻微碰撞；
若第一模拟缓冲压力大于缓冲压力最大值，所述中控系统将本次碰撞判定为严重碰撞。
进一步地，所述中控系统将本次碰撞判定为严重碰撞后，将碰撞动能与第二阶段耗能进行对比分析，计算出所述左液压缓冲机与所述右液压缓冲机的第二模拟缓冲压力；
所述中控系统将第二模拟缓冲压力与缓冲压力最大值进行对比，
若第二模拟缓冲压力小于或等于缓冲压力最大值，所述中控系统判定本次碰撞为可控严重碰撞，并控制所述左液压缓冲机与所述右液压缓冲机以第二模拟缓冲压力的压力值作为缓冲压力的压力值；
若第二模拟缓冲压力大于缓冲压力最大值，所述中控系统判定本次碰撞为不可控严重碰撞，并控制所述左液压缓冲机与所述右液压缓冲机以缓冲压力最大值作为缓冲压力的压力值。
进一步地，所述中控系统内设有轻微碰撞护船模式，并设置有航速缓冲压力转化系数；
所述中控系统判定本次碰撞为轻微碰撞，并将碰撞速度与高航速参考值进行对比，
若碰撞速度小于高航速参考值，所述中控系统判定不开启轻微碰撞护船模式，并控制所述左液压缓冲机与所述右液压缓冲机以第一模拟缓冲压力作为缓冲压力的压力值；
若碰撞速度大于或等于高航速参考值，所述中控系统判定开启轻微碰撞护船模式，并根据航速缓冲压力转化系数、碰撞速度与高航速参考值的差值对缓冲压力进行计算，并控制所述左液压缓冲机与所述右液压缓冲机以计算出的轻微碰撞护船模式下的缓冲压力数值进行缓冲。
进一步地，所述桥墩防护单元未收集海水时，其上设置的闭孔耗能筒完全漂浮在水面之上，能够覆盖整个桥墩；
所述桥跨防护摄像头观测危险船舶发生撞击的位置为桥墩位置时，将桥墩撞击信息发送至所述中控系统；
所述中控系统控制所述水面浮漂摄像头对船首形状进行图像采集，
若碰撞桥墩的船首位置在水面上时，所述中控系统不对外发出指令；
若碰撞桥墩的船首位置在水面下时，所述中控系统船根据首形状图像信息计算出碰撞桥墩发生的水下深度,根据水下深度计算出所述给水排水装置需要吸收的海水容量，并控制给水排水装置吸收该容量的海水。
与现有技术相比，本发明的有益效果：通过设置桥跨防护摄像头、水面浮漂摄像头与中控系统，对存在撞桥危险的船舶进行定位，并根据定位结果控制装置进行移动，极大程度上提高了装置对桥跨的防护面积，并且减少了防护装置的数量，降低了防护成本，并能够根据船舶的船首形状控制桥墩防护单元起伏，从而使得装置能够对发生桥墩碰撞的位置位于水面以下的碰撞情况进行防护，提高了装置的可靠性与实用性；
通过设置移动装置，使得桥跨防护单元能够在桥跨一侧进行移动，极大程度上提高了装置对桥跨的防护面积，将避免了防护装置过多造成的桥梁负重过载，并节约了防护成本；
中控系统通过对船舶碰撞的过程进行分阶段，从而对碰撞的严重程度分类提供了数据基础；
通过设置滚轮套筒，使得碰撞船舶对所述桥墩防护单元撞击时，桥墩防护单元能够旋转，通过旋转对船舶行驶方向进行小范围引导调整，从而极大程度的降低了碰撞船舶对桥墩的破坏；
中控系统通过对碰撞瞬间的碰撞速度进行计算，从而使得系统能够精准计算出碰撞瞬间的动能，从而控制桥跨防护单元中液压缓冲机的缓冲压力，使得防护效果符合真实碰撞时的防护需求；
桥跨防护摄像头通过对水面上的船舶高度进行检测，从而使得中控系统在未收到撞桥预警的情况下，仍然能够将存在碰撞危险的船舶设为危险船舶，并控制移动装置向碰撞位置进行移动，从而提高了装置紧急处理能力；
中控系统通过分析碰撞时的碰撞动能、桥跨防护单元对船舶耗能的第一阶段、第二阶段的耗能，从而计算出第一模拟缓冲压力与第二模拟缓冲压力，并将第一模拟缓冲压力与第二模拟缓冲压力与缓冲压力最大值进行对比，将碰撞的级别划分为轻微碰撞、可控严重碰撞与不可控严重碰撞，使得中控系统能够精准控制各个液压缓冲机的缓冲压力，提高了装置的适应性；
中控系统通过对轻微碰撞的船舶进行速度分析，从而判定是否需要对船舶进行缓慢减速，在确保了桥梁安全的情况下保护了船舶的安全，提高了装置的应用范围。
附图说明
图1为本发明实施例中所述高分子复合柔性桥梁防护装置的结构示意图；
图2为本发明实施例中所述桥跨防护单元的结构示意图；
图3为本发明实施例中所述桥墩防护单元的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“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；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1所示，图1为本发明实施例中一种高分子复合柔性桥梁防护装置的结构示意图；
本发明提供一种高分子复合柔性桥梁防护装置，包括，
桥跨防护单元1，其设置在桥跨侧面，能够在桥跨一侧进行移动，用于对超过通航净高的船舶进行耗能与减速；
桥墩防护单元2，其设置在桥墩周围，能够通过浮力作用调节自身在竖直方向上的位置，用于对撞击桥墩的船舶进行耗能与减速；
船舶信息接收系统3，其设置在所述桥跨防护单元1上方，用于接收通航船舶发送的船舶排水量、船舶航速等船舶信息；
水面浮漂摄像头，其漂浮在水面上，用于在所述船舶信息接收系统3未接收到通航船舶发送的船舶信息时，对船舶排水量进行测算，并对船首形状进行图像采集，从而判定出碰撞到桥墩的船首位置高度；
中控系统4，其设置在所述桥跨防护单元1上方，所述中控系统4通过信号传输线与所述桥跨防护单元1、所述船舶信息接收系统3相连，并通过无线电与所述桥墩防护单元、所述水面浮漂摄像头相连，中控系统4根据存在撞桥危险的船舶位置控制桥跨防护单元1在桥跨侧面进行水平方向上的移动，并根据船首形状控制桥墩防护单元进行在竖直方向上的位置调节，中控系统4能够根据船舶排水量与船舶航速调节桥跨防护单元1的防护状态，从而对船舶进行有效的耗能与减速。
进一步地，所述桥跨防护单元1，包括，
桥跨轨道11，其设置在桥跨边缘位置，用于为装置提供行驶轨道；
移动装置12，其设置有车轮组121，所述车轮组121与所述桥跨轨道11相贴合，所述移动装置12能够带动设置在其上的部件进行水平方向上的运动；
液压缓冲组，其设置在所述移动装置12上，包括左液压缓冲机13与右液压缓冲机14，所述中控系统4能够同时对所述左液压缓冲机13与所述右液压缓冲机14的活塞杆伸出长度进行调节，并能够调节左液压缓冲机13与右液压缓冲机14的缓冲压力；
前耗能带15，其两端分别连接于所述左液压缓冲机13的活塞杆与所述右液压缓冲机14的活塞杆，所述前耗能带15的材料为高分子复合柔性材料，所述前耗能带15在不发生形变的状态下为初始形状，其中初始形状为拱形；
桥跨缓冲弹簧组，其设置在所述移动装置12上，包括左缓冲弹簧16与右缓冲弹簧17；
后耗能带18，其两端分别连接于所述左缓冲弹簧16与所述右缓冲弹簧17，所述后耗能带18的材料为高分子复合柔性材料，所述后耗能带18，在不发生形变的状态下为初始形状，其中初始形状为拱形；
所述前耗能带15与所述后耗能带18的材料为高分子纤维柔性材料；
桥跨防护摄像头19，其设置在所述移动装置12上，用于对通过桥梁的船舶进行高度测量，并观测水面上船舶行驶情况，进行撞桥预警。
通过设置移动装置12，使得桥跨防护单元1能够在桥跨一侧进行移动，极大程度上提高了装置对桥跨的防护面积，将避免了防护装置过多造成的桥梁负重过载，并节约了防护成本。
进一步地，所述中控系统4内设置有所述液压缓冲组的起始状态活塞杆伸出长度L0，当所述左液压缓冲机13与所述右液压缓冲机14的活塞杆以L0为伸出长度时，所述前耗能带15的形状为初始形状；
所述中控系统4能够同时改变所述左液压缓冲机13与所述右液压缓冲机14的活塞杆伸出长度，从而使得所述前耗能带15的拱度发生变化；
所述中控系统4内保存有耗能带弹性系数c，耗能带弹性系数表示所述前耗能带15与所述后耗能带两端夹紧或拉伸每单位距离所产生的弹力变化；
所述中控系统4将所述桥跨防护单元1对船舶耗能的过程分为第一阶段与第二阶段，第一阶段为船舶推动所述前耗能带15至其与所述后耗能带18相互接触且无相互作用力的位置；
第二阶段以第一阶段的结束为起始，船舶继续推动所述前耗能带15与所述后耗能带18至后耗能带18与所述移动装置12完全贴合，此时前耗能带15同时与后耗能带18完全贴合，在此过程中，前耗能带两端继续推动所述左液压缓冲机13的活塞杆与所述右液压缓冲机活塞杆，并且左缓冲弹簧16与右缓冲弹簧17被压缩到弹簧极限位置；
所述中控系统4计算出第一阶段中，所述前耗能带15与所述液压缓冲组对船舶所消耗的动能，记为第一阶段耗能；
所述中控系统4计算出第二阶段中，所述桥跨防护单元1中各耗能部件对船舶所消耗的动能，记为第二阶段耗能，并将第一阶段耗能与第二阶段耗能进行综合计算，得到最大耗能状态时，所述桥跨防护单元1对船舶消耗的动能，记为最大耗能；
中控系统4通过对船舶碰撞的过程进行分阶段，从而对碰撞的严重程度分类提供了数据基础；
当所述左液压缓冲机13与所述右液压缓冲机14的活塞杆的伸出长度为L1时,所述前耗能带15与所述后耗能带18相互接触且无相互作用力，所述中控系统4将船舶推动所述前耗能带15至其与所述后耗能带18相互接触且无相互作用力的位置的过程设为所述桥跨防护单元1对船舶耗能的第一阶段，并计算出所述液压缓冲组的缓冲压力为F情况下，所述前耗能带15与所述液压缓冲组对船舶所消耗的动能，记为第一阶段耗能；
前耗能带15产生的耗能带弹性势能为并且Er(L1)＝2c(L1-L0)2，其中L为耗能带形变量；
所述中控系能够控制所述液压缓冲组的缓冲压力F，当所述前耗能带15的拱顶受到船舶冲击时，前耗能带15挤压两端液压缓冲机的活塞杆，并推动活塞杆的伸出长度至L1时，所述前耗能带15与所述液压缓冲组对该船舶所消耗的动能为Ek1(L1)＝2FL1-L0+Er(L1)，并且Ek1(L1)＝2FL1+2c(L1-L0)2；
所述中控系内保存有所述左缓冲弹簧16与所述右缓冲弹簧17的弹簧弹性系数k，当所述后耗能带18的拱顶受到所述前耗能带15挤压时，后耗能带18挤压两端的缓冲弹簧，所述左缓冲弹簧16与所述右缓冲弹簧17发生弹性形变，当弹簧形变量为a1时，左缓冲弹簧16与右缓冲弹簧17被压缩到弹簧极限位置，所述后耗能带18与所述移动装置12完全贴合，并且所述左液压缓冲机13与所述右液压缓冲机14的活塞杆的伸出长度为L2，所述前耗能带15与后耗能带18完全贴合，中控系统4将该状态设定为最大耗能状态，最大耗能状态时，所述前耗能带15与所述液压缓冲组对该船舶所消耗的动能为Ek1(L2)＝2FL2+2c(L2-L0)2，后耗能带18与所述桥跨缓冲弹簧组对该船舶所消耗的动能为并且Ek2(a1)＝(k+2c)a12；
所述中控系统4能够将最大耗能状态时，所述桥跨防护单元1对船舶消耗的动能Emax进行计算，设定Emax＝Ek1(L2)+Ek2(a1)。
进一步地，所述桥墩防护单元2，包括，
滚轮套筒21，其设置在桥墩外侧，通过滚轮与桥墩进行接触；
桥墩缓冲弹簧组22，其设置在所述滚轮套筒21外侧；
闭孔耗能筒23，其设置在所述桥墩缓冲弹簧组22外侧，用于接受船舶撞击，并消耗船舶的动能，所述闭孔耗能筒23的材料为不吸水高分子复合柔性材料，并且其外侧设置有防水保护层，用于防止闭孔耗能筒23因吸水所导致的重量变动；
海水收集装置24，其设置在所述闭孔耗能筒23下方，用于存储海水，从而改变所述桥墩防护单元2的重量；
给水排水装置25，其设置在所述海水收集装置24下方，用于吸收或排除海水，从而控制所述桥墩防护单元2进行竖直方向上的移动。
若未设置滚轮套筒21，当碰撞船舶对所述桥墩防护单元2进行撞击时，桥墩防护单元2无法旋转，导致了船舶对桥墩防护单元2的摩擦力增大，从而使得碰撞船舶对桥墩的破坏无法得到有效降低，通过设置滚轮套筒21，使得碰撞船舶对所述桥墩防护单元2撞击时，桥墩防护单元2能够旋转，通过旋转对船舶行驶方向进行小范围引导调整，从而极大程度的降低了碰撞船舶对桥墩的破坏。
进一步地，所述船舶信息接收系统3能够收到存在撞桥危险的船舶发送的撞桥预警与船舶信息，其中船舶信息包括，船舶排水量m与船舶实时航速vrt，船舶信息接收系统3将撞桥预警与船舶信息发送至所述中控系统4；
所述中控系统4接收到撞桥预警，控制所述桥跨防护摄像头19对存在撞桥危险的船舶进行锁定，桥跨防护摄像头19将该船舶设定为危险船舶，并将危险船舶的实时位置信息发送至中控系统4；
所述中控系统4根据危险船舶的实时位置控制所述移动装置12进行移动，从而使得所述桥跨防护单元1对准危险船舶的位置，并根据所述桥跨防护摄像头19回传的危险船舶的实时位置持续对移动装置12进行位置微调，中控系统4能够根据船舶实时航速与桥跨防护摄像头19观测到该船舶的实时位置数据计算出船舶发生碰撞瞬间的碰撞速度vd。
若未计算出船舶发生碰撞瞬间的碰撞速度，在对碰撞船舶进行动能计算时无法精准得到碰撞瞬间的动能，从而导致防护效果不符合真实碰撞时的防护需求，中控系统4通过对碰撞瞬间的碰撞速度进行计算，从而使得系统能够精准计算出碰撞瞬间的动能，从而控制桥跨防护单元1中液压缓冲机的缓冲压力，使得防护效果符合真实碰撞时的防护需求。
进一步地，所述中控系统4内保存有桥梁的通航净高H；
所述桥跨防护摄像头19能够检测水面上的船舶高度h，并将船舶高度传递至所述中控系统4；
所述中控系统4将船舶高度h与通航净高H进行对比，
若h＜H，所述中控系统4判定该船舶为安全船舶；
若h≥H，所述中控系统4在未接收到撞桥预警的情况下将该船舶设为危险船舶；
所述中控系统4控制所述桥跨防护摄像头19与所述水面浮漂摄像头锁定危险船舶，并对危险船舶进行双摄像头测速，将测量出的船舶实时航速vrt传递至中控系统4；
所述中控系统4能够根据船舶实时航速与桥跨防护摄像头19观测到该船舶的实时位置数据计算出船舶发生碰撞瞬间的碰撞速度vd，并控制所述桥跨防护摄像头19与所述水面浮漂摄像头对锁定的危险船舶进行图像采集，并根据危险船舶的体积与吃水线对危险船舶进行排水量测算，并将测算出的船舶排水量m传递至中控系统4。
若桥跨防护摄像头19未对水面上的船舶高度进行检测，中控系统4在未收到撞桥预警的情况下，无法将存在碰撞危险的船舶设为危险船舶，从而降低了装置的实用性，桥跨防护摄像头19通过对水面上的船舶高度进行检测，从而使得中控系统4在未收到撞桥预警的情况下，仍然能够将存在碰撞危险的船舶设为危险船舶，并控制移动装置12向碰撞位置进行移动，从而提高了装置紧急处理能力。
进一步地，所述中控系统4内设有高航速参考值vs；
所述中控系统4内保存有所述左液压缓冲机13与所述右液压缓冲机14的缓冲压力最大值Fmax；
所述中控系统4根据船舶的碰撞速度vd与船舶排水量m计算出船舶的碰撞动能Ed，其中
所述中控系统4根据碰撞动能Ed判定本次碰撞中，碰撞的等级，中控系统4计算出所述左液压缓冲机13与所述右液压缓冲机14的第一模拟缓冲压力F1，其中并将第一模拟缓冲压力F1与缓冲压力最大值Fmax进行对比，
若F1≤Fmax，所述中控系统4将本次碰撞判定为轻微碰撞；
若F1＞Fmax，所述中控系统4将本次碰撞判定为严重碰撞。
进一步地，所述中控系统4将本次碰撞判定为严重碰撞，并根据碰撞动能Ed计算出所述左液压缓冲机13与所述右液压缓冲机14的第二模拟缓冲压力F2，其中中控系统4将第二模拟缓冲压力F2与缓冲压力最大值Fmax进行对比，
若F2≤Fmax，所述中控系统4判定本次碰撞为可控严重碰撞，并控制所述左液压缓冲机13与所述右液压缓冲机14以F2作为缓冲压力；
若F2＞Fmax，所述中控系统4判定本次碰撞为不可控严重碰撞，并控制所述左液压缓冲机13与所述右液压缓冲机14以Fmax作为缓冲压力。
中控系统4通过分析碰撞时的碰撞动能、桥跨防护单元1对船舶耗能的第一阶段、第二阶段的耗能，从而计算出第一模拟缓冲压力与第二模拟缓冲压力，并将第一模拟缓冲压力与第二模拟缓冲压力与缓冲压力最大值进行对比，将碰撞的级别划分为轻微碰撞、可控严重碰撞与不可控严重碰撞，使得中控系统4能够精准控制各个液压缓冲机的缓冲压力，提高了装置的适应性。
进一步地，所述中控系统4内设有轻微碰撞护船模式，并设置有航速缓冲压力转化系数p；
所述中控系统4判定本次碰撞为轻微碰撞，并将碰撞速度vd与高航速参考值vs进行对比，
若vd＜vs，所述中控系统4判定不开启轻微碰撞护船模式，并控制所述左液压缓冲机13与所述右液压缓冲机14以F1作为缓冲压力；
若vd≥vs，所述中控系统4判定开启轻微碰撞护船模式，所述左液压缓冲机13与所述右液压缓冲机14以F3作为缓冲压力，设定F3＝F1-p×(vd-vs)。
中控系统4通过对轻微碰撞的船舶进行速度分析，从而判定是否需要对船舶进行缓慢减速，在确保了桥梁安全的情况下保护了船舶的安全，提高了装置的应用范围。
进一步地，所述桥墩防护单元2未收集海水时，其上设置的闭孔耗能筒23完全漂浮在水面之上，能够覆盖整个桥墩；
所述桥跨防护摄像头19观测危险船舶发生撞击的位置为桥墩位置时，将桥墩撞击信息发送至所述中控系统4；
所述中控系统4控制所述水面浮漂摄像头对船首形状进行图像采集，
若碰撞桥墩的船首位置在水面上时，所述中控系统4不对外发出指令；
若碰撞桥墩的船首位置在水面下时，所述中控系统4根据船首形状图像信息计算出碰撞桥墩发生的水下深度T,并根据水下深度T计算出所述给水排水装置25需要吸收的海水容量B，设定B＝(ρgsT-G1)÷ρg，其中ρ为海水密度，g为重力加速度，s为桥墩防护单元2的底面积，G1为桥墩防护单元2未收集海水时的重力；
所述中控系统4控制给水排水装置25吸收B容量的海水。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高分子复合柔性桥梁防护装置，其特征在于，包括，
桥跨防护单元，其设置在桥跨侧面，能够在桥跨一侧进行移动，用于对超过通航净高的船舶进行耗能与减速；
桥墩防护单元，其设置在桥墩周围，能够通过浮力作用调节自身在竖直方向上的位置，用于对撞击桥墩的船舶进行耗能与减速；
船舶信息接收系统，其设置在所述桥跨防护单元上方，用于接收通航船舶发送的船舶排水量、船舶航速船舶信息；
水面浮漂摄像头，其漂浮在水面上，用于在所述船舶信息接收系统未接收到通航船舶发送的船舶信息时，对船舶排水量进行测算，并对船首形状进行图像采集，从而判定出碰撞到桥墩的位置高度；
中控系统，其设置在所述桥跨防护单元上方，所述中控系统通过信号传输线与所述桥跨防护单元、所述船舶信息接收系统相连，并通过无线电与所述桥墩防护单元、所述水面浮漂摄像头相连，中控系统根据存在撞桥危险的船舶位置控制桥跨防护单元在桥跨侧面进行水平方向上的移动，并根据船首形状控制桥墩防护单元进行在竖直方向上的位置调节，中控系统能够根据船舶排水量与船舶航速调节桥跨防护单元的防护状态，从而对船舶进行有效的耗能与减速，并在轻微碰撞的情况下对高航速船舶进行保护。
2.根据权利要求1所述的高分子复合柔性桥梁防护装置，其特征在于，所述桥跨防护单元，包括，
桥跨轨道，其设置在桥跨边缘位置，用于为装置提供行驶轨道；
移动装置，其设置有车轮组，所述车轮组与所述桥跨轨道相贴合，所述移动装置能够带动设置在其上的部件进行水平方向上的运动；
液压缓冲组，其设置在所述移动装置上，包括左液压缓冲机与右液压缓冲机，所述中控系统能够同时对所述左液压缓冲机与所述右液压缓冲机的活塞杆伸出长度进行调节，并能够调节左液压缓冲机与右液压缓冲机的缓冲压力；
前耗能带，其两端分别连接于所述左液压缓冲机的活塞杆与所述右液压缓冲机的活塞杆，所述前耗能带的材料为高分子复合柔性材料，所述前耗能带在不发生形变的状态下为初始形状，其中初始形状为拱形；
桥跨缓冲弹簧组，其设置在所述移动装置上，包括左缓冲弹簧与右缓冲弹簧；
后耗能带，其两端分别连接于所述左缓冲弹簧与所述右缓冲弹簧，所述后耗能带的材料为高分子复合柔性材料，所述后耗能带，在不发生形变的状态下为初始形状，其中初始形状为拱形；
桥跨防护摄像头，其设置在所述移动装置上，用于对通过桥梁的船舶进行高度测量，并观测水面上船舶行驶情况，进行撞桥预警。
3.根据权利要求2所述的高分子复合柔性桥梁防护装置，其特征在于，所述中控系统内设置有所述液压缓冲组的起始状态活塞杆伸出长度，当所述左液压缓冲机与所述右液压缓冲机的活塞杆以该长度作为伸出长度时，所述前耗能带的形状为初始形状；
所述中控系统能够同时改变所述左液压缓冲机与所述右液压缓冲机的活塞杆伸出长度，从而使得所述前耗能带的拱度发生变化；
所述中控系统将所述桥跨防护单元对船舶耗能的过程分为第一阶段与第二阶段，第一阶段为船舶推动所述前耗能带至其与所述后耗能带相互接触且无相互作用力的位置；
第二阶段以第一阶段的结束为起始，船舶继续推动所述前耗能带与所述后耗能带至后耗能带与所述移动装置完全贴合，此时前耗能带同时与后耗能带完全贴合，在此过程中，前耗能带两端继续推动所述左液压缓冲机的活塞杆与所述右液压缓冲机活塞杆，并且左缓冲弹簧与右缓冲弹簧被压缩到弹簧极限位置；
所述中控系统计算出第一阶段中，所述前耗能带与所述液压缓冲组对船舶所消耗的动能，记为第一阶段耗能；
所述中控系统计算出第二阶段中，所述桥跨防护单元中各耗能部件对船舶所消耗的动能，记为第二阶段耗能，并将第一阶段耗能与第二阶段耗能进行综合计算，得到最大耗能状态时，所述桥跨防护单元对船舶消耗的动能，记为最大耗能。
4.根据权利要求3所述的高分子复合柔性桥梁防护装置，其特征在于，所述桥墩防护单元，包括，
滚轮套筒，其设置在桥墩外侧，通过滚轮与桥墩进行接触；
桥墩缓冲弹簧组，其设置在所述滚轮套筒外侧；
闭孔耗能筒，其设置在所述桥墩缓冲弹簧组外侧，用于接受船舶撞击，并消耗船舶的动能，所述闭孔耗能筒的材料为不吸水高分子复合柔性材料，并且其外侧设置有防水保护层，用于防止闭孔耗能筒因吸水所导致的重量变动；
海水收集装置，其设置在所述闭孔耗能筒下方，用于存储海水，从而改变所述桥墩防护单元的重量；
给水排水装置，其设置在所述海水收集装置下方，用于吸收或排除海水，从而控制所述桥墩防护单元进行竖直方向上的移动。
5.根据权利要求4所述的高分子复合柔性桥梁防护装置，其特征在于，所述船舶信息接收系统能够收到存在撞桥危险的船舶发送的撞桥预警与船舶信息，其中船舶信息包括，船舶排水量与船舶实时航速，船舶信息接收系统将撞桥预警与船舶信息发送至所述中控系统；
所述中控系统接收到撞桥预警，控制所述桥跨防护摄像头对存在撞桥危险的船舶进行锁定，桥跨防护摄像头将该船舶设定为危险船舶，并将危险船舶的实时位置信息发送至中控系统；
所述中控系统根据危险船舶的实时位置控制所述移动装置进行移动，从而使得所述桥跨防护单元对准危险船舶的位置，并根据所述桥跨防护摄像头回传的危险船舶的实时位置持续对移动装置进行位置微调，中控系统能够根据船舶实时航速与桥跨防护摄像头观测到该船舶的实时位置数据计算出船舶发生碰撞瞬间的碰撞速度。
6.根据权利要求5所述的高分子复合柔性桥梁防护装置，其特征在于，所述中控系统内保存有桥梁的通航净高；
所述桥跨防护摄像头能够检测水面上的船舶高度，并将船舶高度传递至所述中控系统；
所述中控系统将船舶高度与通航净高进行对比，
若船舶高度小于通航净高，所述中控系统判定该船舶为安全船舶；
若船舶高度大于或等于通航净高，所述中控系统在未接收到撞桥预警的情况下将该船舶设为危险船舶；
所述中控系统控制所述桥跨防护摄像头与所述水面浮漂摄像头锁定危险船舶，并对危险船舶进行双摄像头测速，将测量出的船舶实时航速传递至中控系统；
所述中控系统能够根据船舶实时航速与桥跨防护摄像头观测到该船舶的实时位置数据计算出船舶发生碰撞瞬间的碰撞速度，并控制所述桥跨防护摄像头与所述水面浮漂摄像头对锁定的危险船舶进行图像采集，并根据危险船舶的体积与吃水线对危险船舶进行排水量测算，并将测算出的船舶排水量传递至中控系统。
7.根据权利要求6所述的高分子复合柔性桥梁防护装置，其特征在于，所述中控系统内设有高航速参考值；
所述中控系统内保存有所述左液压缓冲机与所述右液压缓冲机的缓冲压力最大值；
所述中控系统根据船舶的碰撞速度与船舶排水量计算出船舶的碰撞动能，并将船舶的碰撞动能与第一阶段耗能进行对比分析，并计算出所述左液压缓冲机与所述右液压缓冲机的第一模拟缓冲压力，中控系统将第一模拟缓冲压力与缓冲压力最大值进行对比，
若第一模拟缓冲压力小于或等于缓冲压力最大值，所述中控系统将本次碰撞判定为轻微碰撞；
若第一模拟缓冲压力大于缓冲压力最大值，所述中控系统将本次碰撞判定为严重碰撞。
8.根据权利要求7所述的高分子复合柔性桥梁防护装置，其特征在于，所述中控系统将本次碰撞判定为严重碰撞后，将碰撞动能与第二阶段耗能进行对比分析，计算出所述左液压缓冲机与所述右液压缓冲机的第二模拟缓冲压力；
所述中控系统将第二模拟缓冲压力与缓冲压力最大值进行对比，
若第二模拟缓冲压力小于或等于缓冲压力最大值，所述中控系统判定本次碰撞为可控严重碰撞，并控制所述左液压缓冲机与所述右液压缓冲机以第二模拟缓冲压力的压力值作为缓冲压力的压力值；
若第二模拟缓冲压力大于缓冲压力最大值，所述中控系统判定本次碰撞为不可控严重碰撞，并控制所述左液压缓冲机与所述右液压缓冲机以缓冲压力最大值作为缓冲压力的压力值。
9.根据权利要求8所述的高分子复合柔性桥梁防护装置，其特征在于，所述中控系统内设有轻微碰撞护船模式，并设置有航速缓冲压力转化系数；
所述中控系统判定本次碰撞为轻微碰撞，并将碰撞速度与高航速参考值进行对比，
若碰撞速度小于高航速参考值，所述中控系统判定不开启轻微碰撞护船模式，并控制所述左液压缓冲机与所述右液压缓冲机以第一模拟缓冲压力作为缓冲压力的压力值；
若碰撞速度大于或等于高航速参考值，所述中控系统判定开启轻微碰撞护船模式，并根据航速缓冲压力转化系数、碰撞速度与高航速参考值的差值对缓冲压力进行计算，并控制所述左液压缓冲机与所述右液压缓冲机以计算出的轻微碰撞护船模式下的缓冲压力数值进行缓冲。
10.根据权利要求9所述的高分子复合柔性桥梁防护装置，其特征在于，所述桥墩防护单元未收集海水时，其上设置的闭孔耗能筒完全漂浮在水面之上，能够覆盖整个桥墩；
所述桥跨防护摄像头观测危险船舶发生撞击的位置为桥墩位置时，将桥墩撞击信息发送至所述中控系统；
所述中控系统控制所述水面浮漂摄像头对船首形状进行图像采集，
若碰撞桥墩的船首位置在水面上时，所述中控系统不对外发出指令；
若碰撞桥墩的船首位置在水面下时，所述中控系统船根据首形状图像信息计算出碰撞桥墩发生的水下深度,根据水下深度计算出所述给水排水装置需要吸收的海水容量，并控制给水排水装置吸收该容量的海水。
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