CN117351781A - 一种跨海桥梁主动防撞预警系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种跨海桥梁主动防撞预警系统及方法；其中，系统包括船舶监测系统、环境监测系统和预警系统；船舶监测系统适于对进入当前海域设定范围内的船舶进行高度、航行轨迹以及航行行为监测；环境监测系统适于对当前海域的环境状态进行监测；预警系统适于结合环境监测系统以及船舶监测系统的监测结果向当前海域内存在撞桥风险的船舶发送预警信号；其中，方法应用于上述的系统。本申请的有益效果：通过不同系统间的多源数据的融合，能够实现海上全天候的水上监测，掌握桥址区附近海域的船舶静态信息以及动态信息；可以有效的对船舶的碰撞进行提前预警。

Description

一种跨海桥梁主动防撞预警系统及方法

技术领域

本申请涉及桥梁防撞技术领域，尤其是涉及一种跨海桥梁主动防撞预警系统。

背景技术

随着海洋经济的发展，在海洋上建造的桥梁数量正在迅速增加。同时由于船舶数量和交通密度的增加，船舶与跨海桥梁之间的碰撞事故频繁发生，严重威胁着船舶和桥梁的安全。近10余年来的统计资料表明，世界范围内发生的船桥碰撞重大事故已有100多起，事故数量连年居高不下。

通过采取适当的桥梁防撞措施可以起到保护桥梁的作用。桥梁防撞技术分为主动防撞技术和被动防撞技术两类，前者指通过对船舶的航行管理和航行轨迹干预，避免船撞桥事故发生，后者通过桥墩自身的加强或防护设施来抵抗船舶的撞击威胁。

目前，国内外对于桥梁的主动防撞技术主要适用于内河桥梁。大海上环境复杂多变，更容易出现大雾、大风、雷电等极端天气，且跨海桥梁需要防护船舶碰撞的桥体长度远大于内河桥梁，使得内河桥梁的主动防撞技术无法直接应用于跨海桥梁。基于此，现在急需一种能够对跨海桥梁进行主动防撞的预警系统。

发明内容

本申请的其中一个目的在于提供一种能够解决上述背景技术中至少一个缺陷的跨海桥梁主动防船撞预警系统。

本申请的另一个目的在于提供一种能够解决上述背景技术中至少一个缺陷的跨海桥梁主动防船撞预警方法。

为达到上述的目的，本申请采用的技术方案为：一种跨海桥梁主动防撞预警系统，包括船舶监测系统、环境监测系统和预警系统；所述船舶监测系统适于对进入当前海域设定范围内的船舶进行高度、航行轨迹以及航行行为监测；所述环境监测系统适于对当前海域的环境状态进行监测；所述预警系统适于结合所述环境监测系统以及所述船舶监测系统的监测结果向当前海域内存在撞桥风险的船舶发送预警信号。

优选的，所述船舶监测系统包括雷达和AIS接收模块；所述雷达以及所述AIS接收模块分别将获取的船舶位置信息发送至所述预警系统，所述预警系统适于对所述雷达以及所述AIS接收模块提供的船舶位置信息进行融合，进而得到船舶的当前运行轨迹并进行轨迹预测；针对存在越界航行或轨迹异常的船舶，所述预警系统适于发送预警信号。

优选的，所述船舶监测系统还包括图像检测模块；基于所述雷达以及所述AIS接收模块的船舶位置信息，所述图像检测模块适于自动捕获待测船舶进行图像采集并进行发送；所述预警系统适于接收采集的图像信息，计算出船舶位于水面之上的实际高度，以及识别出船舶的航行行为信息；针对存在过桥风险或航行行为异常的船舶，所述预警系统适于发送预警信号。

优选的，所述图像检测模块包括可见光相机、红外热成像仪以及激光测距仪；所述可见光相机于光照条件良好的情况下对船舶进行图像采集；所述红外热成像仪于光照条件较差的情况下对船舶进行图像采集；所述激光测距仪适于检测进行图像采集的船舶至所述图像采集模块的距离以用于船舶的高度计算。

优选的，所述环境监测系统包括气象感知模块和水位检测模块；所述气象感知模块适于获取当前海域的气象水文信息并进行发送；所述水位检测模块适于对桥梁通航孔的水位高度进行实时检测并进行发送；所述预警系统适于接收气象信息并及时向当前海域的船舶发送恶劣天气的预警信号；以及接收水位信息计算出桥梁的实际通航净高，并结合所述船舶监测系统的检测结果，对不满足通航高度的船舶发送预警信号。

优选的，所述跨海桥梁主动防撞预警系统还包括视频监测系统；所述视频监测系统的多个视频单元适于沿桥梁的全段按照设定的间距进行间隔布置；所述视频监测系统适于对桥梁附近的船舶进行动态跟踪以补偿所述船舶监测系统的检测盲区，同时还适于对船桥碰撞事故进行记录。

优选的，所述预警系统包括预警平台、报警模块和数字孪生平台；所述预警平台适于接收所述船舶监测系统以及所述环境监测系统的信息，并控制所述报警模块向存在碰撞风险的船舶发送预警信号；所述数字孪生平台适于根据所述预警平台以及所述视频监测系统的信息于控制中心进行预警视频和报警信息的展示。

一种跨海桥梁主动防撞预警方法，包括如下步骤：

S100：对当前海域按照距离桥梁的距离远近划分多个风险区域；

S200：结合环境信息对进入当前海域的船舶进行监测；根据船舶的行为异常程度以及所处的风险区域向船舶发送不同程度的预警信息；

S300：结合船舶的当前航行轨迹对船舶的航行轨迹进行预测，根据预测的轨迹计算船舶的实时碰撞概率，对超过碰撞概率预警值的船舶根据所处风险区域发送相应程度的预警信息。

优选的，船舶的航行行为异常包括超高、偏航、超速、违规掉头以及AIS关闭；预警信息的程度包括无预警、三级预警、二级预警和一级预警；其中，三级预警向船舶发送消息通知；二级预警向船舶发送消息通知、VHF呼叫以及爆闪警示灯；一级预警向船舶发送消息通知、VHF呼叫、爆闪警示灯以及定向扬声器警告。

优选的，对当前海域的船舶进行超高判断的过程如下：

S210：对目标船舶进行图像采集，得到船舶位于水上部分的像素尺寸；

S220：对目标船舶垂直方向的成像尺寸进行计算，并对计算的结果进行中值滤波；

S230：利用图像坐标系转换算法矫正图像采集设备的视角误差；

S240：根据目标船舶与图像采集设备的距离，利用透镜成像原理标定计算像素的实际尺寸，进而得到目标船舶水上部分的实际高度；

S250：将目标船舶水上部分的实际高度与桥梁通航孔的净通航高度进行对比。

与现有技术相比，本申请的有益效果在于：

(1)通过不同系统间的多源数据的融合，能够实现海上全天候的水上监测，掌握桥址区附近海域的船舶静态信息以及动态信息；可以有效的对船舶的碰撞进行报警以及预警。

(2)本申请的报警机制综合考虑了海域风险等级、报警类型以及船撞风险概率，在实际应用中能有针对性地对风险船只进行报警，并且在一定程度上避免虚警的产生。

附图说明

图1为本申请的系统模块示意图。

图2为本申请中不同风险区域对应不同报警类型的预警等级表格图。

图3为本申请中不同风险区域对应不同桥梁撞击风险的预警等级表格图。

图中：船舶100、船舶监测系统200、AIS接收模块210、雷达220、图像检测模块230、环境监测系统300、气象感知模块310、水位检测模块320、预警系统400、预警平台410、报警模块420、数字孪生平台430、视频监测系统500。

具体实施方式

下面，结合具体实施方式，对本申请做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

在本申请的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”、“横向”、“纵向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本申请和简化描述，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、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本申请的具体保护范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

本申请的一个方面提供了一种跨海桥梁主动防撞预警系统，如图1所示，其中一个优选的实施例包括船舶监测系统200、环境监测系统300和预警系统400。船舶监测系统200可以对进入当前海域设定范围内的船舶100进行高度、航行轨迹以及航行行为等进行监测。环境监测系统300可以对当前海域的环境状态进行监测。预警系统400可以接收船舶监测系统200以及环境监测系统300的监测信息，并结合二者的监测结果向当前海域内存在撞桥风险的船舶100发送预警信号。通过多系统之间的数据融合，能够实现海上全天候的水上监测，掌握桥址区域附近海域的船舶100的静态信息以及动态信息；可以有效的对存在撞桥风险的船舶100进行报警以及预警，进而降低或避免船舶100撞桥事故的发生。

应当知道的是，随着海面水位的变化，桥梁下方的通航孔的通航净高(通航孔顶端至海面的距离)是持续变化的。因此，对于桥梁附近海域船舶100的高度需要实时的进行监测，同时桥梁通航孔的通航净高也需要实时的进行监测，以确保必须符合桥梁当前通航孔的通航净高要求的船舶100才能够进行过桥通航。

同时，船舶100的航行轨迹一般是需要遵循航行规则的，但也会存在航行轨迹偏航的情况，这可能会导致船舶100与桥梁发生碰撞。因此，需要对桥梁附近海域的船舶100的航行轨迹进行监测，以判断船舶100是否发生越界通航行为。船舶100的航行轨迹数据代表了船舶100在一段时间内的空间位置变化，表现为经纬度变化，并伴随着船舶100的航速与航向变化。通常情况下，船舶100的机动能力较弱，属于中低速运动的对象，因此，利用船舶100最近一段时间内的运动轨迹通常可以预测下一时刻轨迹的走向，以保证船舶100在发生越界通航前得到预警，进而提前进行轨迹纠正，以避免由于船舶100的机动力不足导致的纠正不及时而发生撞桥事故。

船舶100的航行违规行为一般包括违规停船、超速以及违规掉头等。由于船舶100的排水量一般都比较大，可以达数千吨乃至数万吨，这就导致船舶100的减速比较的迟缓；所以，对于桥梁附近海域的船舶100需要对其进行航速监测，以避免在发生异常状况时，船舶100由于超速而无法及时进行避让等情况的发生。同时，对于桥梁的一些特定区域是不允许船舶100进行停泊和掉头的，违规停船和违规掉头会影响到其他船舶100的正常航行，进而导致撞船或者撞桥事故的发生。

基于此，对于桥梁附近海域的船舶100在进行过桥通行时，需要通过船舶监测系统200主动对其进行船高、航行轨迹以及航行违规行为监测，同时还需要通过环境监测系统300对桥梁附近海域的环境状态进行监测，以确保船舶监测系统200对船舶100的监测结果的准确性。根据监测结果，对于存在撞桥风险的船舶100需要通过报警系统400对其进行报警甚至预警，以使得船舶100在可能发生的撞桥事故前对自身的异常行为进行及时的纠正。相比较传统内河桥梁的预警方法，本申请通过信息采集系统的布置，采集桥址区海域的通航信息，利用智能算法与预判规则处理，构建多源数据融合的信息处理机制，能够在跨海大桥防护区域形成一套功能可靠、技术先进、成熟稳定的预警保护机制。

本申请的其中一个实施例，如图1所示，船舶监测系统200包括雷达220和AIS接收模块210。雷达220以及AIS接收模块210分别将获取的船舶100位置信息发送至预警系统400，预警系统400可以对雷达220以及AIS接收模块210提供的船舶100位置信息进行融合，进而得到船舶100的当前运行轨迹并进行轨迹预测；针对存在越界航行或轨迹异常的船舶100，预警系统400可以发送预警信号。

应当知道的是，雷达220在进行目标的跟踪时，由于自身技术的限制，目标跟踪过程中存在盲区，且雷达220的信号探测易受到海上不良气象条件的影响，比如恶劣气象和海况等，导致雷达220接收信号的分辨率低，目标跟踪精度差。而AIS系统恰好能弥补雷达系统目标跟踪的缺陷，提供更加丰富且精度较高的目标跟踪信息；此外，AIS系统的稳定性较高，不易受客观环境的影响，不存在目标跟踪的盲区。AIS系统包括安装于船舶100的AIS设备以及安装于桥梁的AIS接收模块210；因此，AIS系统也存在一定的局限性，只能对安装了AIS设备的目标进行跟踪和探测。而雷达220通过发射和接收雷达电磁波进行目标探测，不需要被测目标装载雷达设备；因此，本系统可以将雷达220的探测数据与AIS接收模块210接收的数据进行融合，形成数据上的优势互补，进而可以显著提高主动防撞预警系统的信号采集精度。

本实施例中，对于船舶100的动态轨迹预测，可以采用基于深度学习和意图识别相结合的船舶动态轨迹预测方法，具有准确率高、实时性强，且能在特定场景(如极端气象环境、突发事故)下对船舶动态轨迹做出较准确的预测的优点。

本实施例中，对于雷达220的安装，需要安装在没有遮挡的位置，且尽量安装在高处；若安装于桥面上，则可安装在桥面门架上方。对于AIS接收模块210的安装，由于AIS接收模块210的监测范围可达几十海里，其安装位置没有特别要求。AIS接收模块210一般采用AIS信息接收器。

本实施例中，如图1所示，船舶监测系统200还包括图像检测模块230；基于雷达220以及AIS接收模块210的船舶100位置信息，图像检测模块230可以自动捕获待测船舶100进行图像采集并进行发送至预警系统400。预警系统400可以接收采集的图像信息，计算出船舶100位于水面之上的实际高度，以及识别出船舶100的航行行为信息；针对存在过桥风险或航行行为异常的船舶100，预警系统400可以发送预警信号。

可以理解的是，常见的图像检测模块230有重载转台，在雷达220以及AIS接收模块210确定了船舶100的位置后，预警系统400可以根据船舶100的航行位置控制重载转台自动对准待采集的船舶100，然后重载转台可以精准的对目标船舶100进行图像采集，并结合采集的图像以及算法对船舶100位于水面之上的实际高度进行计算，并将计算得到的船舶100的航行高度与基于环境监测得到的桥梁通航孔的通航净高进行对比，以判断出目标船舶100是否存在超高。对于存在超高的船舶100需要通过预警系统400进行预警。

对于重载转台的安装，一般布置于桥梁的通航孔位置，可以根据现场的安装条件布置一台(布置于梁底)或两台(分别布置于桥面两侧)。

具体的，图像检测模块230包括可见光相机、红外热成像仪以及激光测距仪；可见光相机于光照条件良好的情况下对船舶100进行图像采集；红外热成像仪于光照条件较差的情况下对船舶100进行图像采集；激光测距仪可以检测进行图像采集的船舶100至图像采集模块的距离以用于船舶100的高度计算。

可以理解的是，利用图像检测模块230进行船舶100的高度检测的具体过程如下：图像检测模块230在采集到船舶100的图像信息后发送至预警系统400，预警系统400可以利用船舶100的图像信息自动检测船体水上部分的像素尺寸，然后对目标船舶100垂直方向的成像尺寸检测结果进行中值滤波，剔除虚警；然后利用图像坐标系转换算法矫正相机的视角误差，最后结合高精度激光测距仪的测距信息，并根据透镜成像原理标定计算像素实际尺寸，进而完成船舶100的水上部分实际高度测量。

应当知道的是，在白天光照良好的情况下，可以采用可见光相机对船舶100进行图像采集，可见光相机的图像采集有效距离范围一般为1km至9km。在夜间低光照情况下，可见光相机的图像采集能力将大大折扣，此时需要通过红外热成像仪来对船舶100进行图像采集，红外热成像仪的图像采集有效距离范围一般为1km至5km。通过可见光相机和红外热成像仪的相互配合，可以实现对桥梁当前海域的船舶100进行实时图像采集，以确保对当前海域船舶100的高度进行全天候的监测。

同时，对于船舶100进行高度检测过程中的距离检测，可以使用前述的雷达220以及AIS系统，但雷达220和AIS系统的测量受自身使用条件的限制测量精度并不高；所以，可以通过单独的激光测距仪来进行目标船舶100的距离测量；当然，为了进一步的提高船舶100的距离测量精度，可以将雷达220和AIS系统与激光测距仪进行结合使用。

本申请的其中一个实施例，如图1所示，环境监测系统300包括气象感知模块310和水位检测模块320。气象感知模块310可以获取当前海域的气象水文信息并进行发送至预警系统400。水位检测模块320可以对桥梁通航孔的水位高度进行实时检测并进行发送至预警系统400。预警系统400可以根据气象信息及时向当前海域的船舶100发送恶劣天气的预警信号；以及接收水位信息计算出桥梁的实际通航净高，并结合船舶监测系统200的检测结果，对不满足通航高度的船舶100发送预警信号。

应当知道的是，气象感知模块310可以通过互联网从附近的气象站或直接现场监测等方法对桥梁附近海域的气象水文信息进行获取，第一时间获取浓雾、大风、暴雨等异常气象信息，根据气象天气的等级进行航道管理，及时在通过预警系统400向附近船舶100发布恶劣天气的预警信息。

同时，水位检测模块320可以采集桥梁通航孔处的当前水位高度信息并发送至预警系统400，进而预警系统400可以根据桥梁的设计通航高度计算出桥梁的实际通航净高并告知附近需要通过桥梁的船舶100，提示其注意安全，并为船舶100的超高识别提供基础数据。

还应当知道的是，气象感知模块310和水位检测模块320的具体结构有多种，且均为本领域技术人员的公知技术。一般来说，气象感知模块310可以采用气象仪，水位检测模块320可以采用雷达液位计。气象仪可以根据桥梁情况安装于合适位置，雷达液位计需安装在通航孔附近。

本申请的其中一个实施例，如图1所示，跨海桥梁主动防撞预警系统400还包括视频监测系统500。视频监测系统50的多个视频单元可以沿桥梁的全段按照设定的间距进行间隔布置；视频监测系统500可以对桥梁附近的船舶100进行动态跟踪以补偿船舶监测系统200的检测盲区，同时还可以对船桥碰撞事故进行记录。

可以理解的是，对于船舶100的违规锚泊、违规掉头、超速等行为，只采用船舶监测系统200进行监测，可能存在一些盲区，以及监测的不准确。因此，本申请通过视频监测系统500和船舶监测系统200的相互配合，可以利用视频监测、雷达数据或接收船舶的AIS信号来采集桥梁附近所有船舶100的位置和速度信息，一旦发现有船舶100非法停泊在桥区禁停区域或存在超速、违规掉头等行为，预警系统400将对这些违规行为及时记录并自动向船舶100发出告警信号。

同时，对于桥梁附近发生的事故，视频监测系统500可以及时的进行监控并记录，以便于后续的事故监管和事故取证等。

本实施例中，视频监测系统500包括中载云台、枪型摄像机和全景相机。中载云台可以对当前海域进行大范围的检测，则可以沿桥梁的全段进行较大距离的间隔设置。枪型摄像机可以用于对通航孔处桥墩的实时监控，则枪型摄像机可以沿桥梁的通航孔两侧进行部署。全景相机采集到的是以大桥为中心360度的全景视频，利用图像拼接技术可以实现沿桥轴线两侧设计范围内海域的实时图像获取，对桥梁近处的船舶100进行动态跟踪，弥补了雷达220盲区对系统有效性的影响；则可以沿桥梁的全段每隔设定的距离布置一台全景相机。一旦发生船桥碰撞事故，枪型摄像机及全景相机将能及时记录事故视频，作为取证依据。

应当知道的是，视频设备根据其应用场景的不同，其有效的观测距离也不同，一般来说，对于桥梁近处海域监测的最佳范围在300-800m，优选为500m；即通过全景相机利用图像拼接技术可以实现沿桥轴线两侧500m海域的实时图像获取。监控中心的值班人员可以随时观察全桥两侧500m海域的实时图像，掌握桥梁近处海域的船舶100的动态，大大提升了桥梁主动防撞系统的可靠性。为了保证桥梁全段的监测效果，相邻全景相机之间的设置距离可以在400-800m，优选采用600m。而中载云台的摄像范围较广，相邻中载云台之间的距离可以设置为1.5-3km，优选采用2km。

本申请的其中一个实施例，如图1所示，预警系统400包括预警平台410、报警模块420和数字孪生平台430。预警平台410可以接收船舶监测系统200以及环境监测系统300的信息，并控制报警模块420向存在碰撞风险的船舶100发送预警信号。数字孪生平台430可以根据预警平台410以及视频监测系统500的信息于控制中心进行预警视频和报警信息的展示。

本实施例中，预警平台410、数字孪生平台430以及报警模块420的具体结构和工作原理为本领域技术人员的公知技术，故不在此进行详细的阐述。常见的报警模块420包括高亮LED爆闪灯、定向扬声器以及甚高频(VHF)无线电设备。高亮LED爆闪灯和定向扬声器可以沿全桥间隔一定距离布置，优选的布置距离为1-2km；甚高频(VHF)无线电设备通信范围较广，可根据桥梁情况安装于合适位置。

本申请的另一个方面提供了一种跨海桥梁主动防撞预警方法，其中一个优选的实施例包括如下步骤：

S100：对当前海域按照距离桥梁的距离远近划分多个风险区域。

S200：结合环境信息对进入当前海域的船舶100进行监测；根据船舶100的行为异常程度以及所处的风险区域向船舶100发送不同程度的预警信息。

S300：结合船舶100的当前航行轨迹对船舶100的航行轨迹进行预测，根据预测的轨迹计算船舶100的实时碰撞概率，对超过碰撞概率预警值的船舶100根据所处风险区域发送相应程度的预警信息。

应当知道的是，对于靠近桥梁附近海域的船舶100，其风险行为发现的越早，则出现撞桥的可能性越小。因此，可以根据船舶100风险行为发生地与桥梁之间的距离远近来进行不同程度的预警。风险行为距离桥梁越近，则报警等级越高，反之报警等级越低。

本实施例中，只有进入到船舶监测系统200的监测范围内的船舶100才能够进行识别；则风险区域的划分应当在船舶监测系统200的监测范围内。则按照距离桥梁由远至近，如图2和图3所示，可以将船舶监测系统200的监测海域划分为风险区域为Ⅴ、Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ。同时，船舶100的航行行为异常包括超高、偏航、超速、违规掉头以及AIS关闭等。预警信息的程度包括无预警、三级预警、二级预警和一级预警；其中，三级预警向船舶100发送消息通知；二级预警向船舶100发送消息通知、VHF呼叫以及爆闪警示灯；一级预警向船舶100发送消息通知、VHF呼叫、爆闪警示灯以及定向扬声器警告。

具体的，如图2所示，由于船舶100的超高一般无法进行消除，则对于船舶100的超高行为需要在进入监测范围的初始即风险区域Ⅴ时就进行预警提醒，以提醒超高的船舶100能够及时的调整航线；若超高的船舶100依旧向当前桥梁进行航行，则随着风险海域的距离越近，预警系统400的预警等级逐渐增加。如在进入风险区域Ⅳ时，预警等级可以提升至二级预警；进入风险区域Ⅲ以内时，预警等级直接提升至一级预警。

而对于偏航、超速、违规掉头以及AIS关闭等异常风险行为，其可以通过船舶100自身进行纠正，则具有上述异常风险行为的船舶100在进入监测范围的较远距离如风险区域Ⅴ时，可以不做提醒；随后，每前进一个风险区域，对船舶100的预警等级增加一级。当然，对于AIS关闭的行为，其本身对船舶100的过桥行驶不会产生较大的影响，则船舶100存在AIS关闭行为时，其在风险区域Ⅲ和Ⅱ的预警等级都为二级预警，只有在风险区域Ⅰ时才进行一级预警。

应当知道的是，现有的船桥碰撞概率计算模型大多是服务于桥梁设计，计算结果一般是一座桥一年内被船舶碰撞的总体概率，无法适应桥梁主动防船撞预警系统对每一艘船舶实时碰撞概率分析的需要。本申请在船舶100异常行为预警的基础上，可以结合船舶高度监测及轨迹预测的结果，对桥址附近的每一艘船舶实时撞桥概率进行计算分析，并对超出碰撞概率预警值的船舶及时进行告警，进而将船舶撞击桥梁的风险调整到可控的范围之内。

具体的，如图3所示，可以将船舶100的碰撞概率分为五个阶梯：＜20％、20％～40％、40％～60％、60％～80％以及＞80％。

对于碰撞概率小于20％的船舶100，可以判断其不会与桥梁发生碰撞，因此可以无需进行预警。

对于碰撞概率为20％～40％的船舶100，其与桥梁发生碰撞的概率较小，可以在距离较近如位于风险区域Ⅰ时对其进行三级预警，以提醒其注意航行安全；其余风险区域可以无需进行预警。

对于碰撞概率为40％～60％的船舶100，其与桥梁发生碰撞的概率一般，可以在距离较近如位于风险区域Ⅱ时对其进行三级预警，在位于风险区域Ⅰ时进行二级预警，其余风险区域则可以无需进行预警。

对于碰撞概率为60％～80％的船舶100，其与桥梁发生碰撞的概率较高，可以在距离一般如位于风险区域Ⅲ时对其进行二级预警，在位于风险区域Ⅱ和Ⅰ时进行一级预警，其余风险区域则可以无需进行预警。

对于碰撞概率大于80％的船舶100，其与桥梁发生碰撞的概率很高，可以在距离较远如位于风险区域Ⅳ时对其进行三级预警，在位于风险区域Ⅲ时进行二级预警，超过风险区域Ⅲ则进行一级预警。

相比较传统方式，本申请的预警报警机制综合考虑了海域风险等级、报警类型以及船撞风险概率，在实际应用中能有针对性地对风险船只进行报警，并且在一定程度上避免虚警的产生。

本实施例中，对当前海域的船舶100进行超高判断的过程如下：

S210：对目标船舶100进行图像采集，得到船舶100位于水上部分的像素尺寸。

S220：对目标船舶100垂直方向的成像尺寸进行计算，并对计算的结果进行中值滤波。

S230：利用图像坐标系转换算法矫正图像采集设备的视角误差。

S240：根据目标船舶100与图像采集设备的距离，利用透镜成像原理标定计算像素的实际尺寸，进而得到目标船舶100水上部分的实际高度。

S250：将目标船舶100水上部分的实际高度与桥梁通航孔的净通航高度进行对比。

以上描述了本申请的基本原理、主要特征和本申请的优点。本行业的技术人员应该了解，本申请不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本申请的原理，在不脱离本申请精神和范围的前提下本申请还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本申请的范围内。本申请要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种跨海桥梁主动防撞预警系统，其特征在于，包括：

船舶监测系统；所述船舶监测系统适于对进入当前海域设定范围内的船舶进行高度、航行轨迹以及航行行为监测；

环境监测系统；所述环境监测系统适于对当前海域的环境状态进行监测；以及

预警系统；所述预警系统适于结合所述环境监测系统以及所述船舶监测系统的监测结果向当前海域内存在撞桥风险的船舶发送预警信号。

2.如权利要求1所述的跨海桥梁主动防撞预警系统，其特征在于，所述船舶监测系统包括：

雷达；所述雷达适于获取船舶的位置信息并进行发送；以及

AIS接收模块；所述AIS接收模块适于获取船舶的位置信息并进行发送；

所述预警系统适于接收所述雷达以及所述AIS接收模块提供的船舶位置信息并进行融合，进而得到船舶的当前运行轨迹并进行轨迹预测；针对存在越界航行或轨迹异常的船舶，所述预警系统发送预警信号。

3.如权利要求2所述的跨海桥梁主动防撞预警系统，其特征在于：所述船舶监测系统还包括图像检测模块；

基于所述雷达以及所述AIS接收模块的船舶位置信息，所述图像检测模块适于自动捕获待测船舶进行图像采集并进行发送；

所述预警系统适于接收采集的图像信息，计算出船舶位于水面之上的实际高度，以及识别出船舶的航行行为信息；针对存在过桥风险或行为异常的船舶，所述预警系统发送预警信号。

4.如权利要求3所述的跨海桥梁主动防撞预警系统，其特征在于，所述图像检测模块包括：

可见光相机；所述可见光相机于光照条件良好的情况下对船舶进行图像采集；

红外热成像仪；所述红外热成像仪于光照条件较差的情况下对船舶进行图像采集；以及

激光测距仪；所述激光测距仪适于检测进行图像采集的船舶至所述图像采集模块的距离以用于船舶的高度计算。

5.如权利要求1所述的跨海桥梁主动防撞预警系统，其特征在于，所述环境监测系统包括：

气象感知模块；所述气象感知模块适于获取当前海域的气象水文信息并进行发送；以及

水位检测模块；所述水位检测模块适于对桥梁通航孔的水位高度进行实时检测并进行发送；

所述预警系统适于接收气象信息并及时向当前海域的船舶发送恶劣天气的预警信号；以及接收水位信息计算出桥梁的实际通航净高，并结合所述船舶监测系统的检测结果，对不满足通航高度的船舶发送预警信号。

6.如权利要求1-5任一项所述的跨海桥梁主动防撞预警系统，其特征在于：所述跨海桥梁主动防撞预警系统还包括视频监测系统；所述视频监测系统的多个视频单元适于沿桥梁的全段按照设定的间距进行间隔布置；

所述视频监测系统适于对桥梁附近的船舶进行动态跟踪以补偿所述船舶监测系统的检测盲区，同时还适于对船桥碰撞事故进行记录。

7.如权利要求6所述的跨海桥梁主动防撞预警系统，其特征在于，所述预警系统包括：

预警平台；所述预警平台适于接收所述船舶监测系统以及所述环境监测系统的信息；

报警模块；所述报警模块适用于向存在碰撞风险的船舶发送预警信号；以及

数字孪生平台；所述数字孪生平台适于根据所述预警平台以及所述视频监测系统的信息于控制中心进行预警视频和报警信息的展示。

8.一种跨海桥梁主动防撞预警方法，其特征在于，包括如下步骤：

S100：对当前海域按照距离桥梁的距离远近划分多个风险区域；

S200：结合环境信息对进入当前海域的船舶进行监测；根据船舶的行为异常程度以及所处的风险区域向船舶发送不同程度的预警信息；

S300：结合船舶的当前航行轨迹进行轨迹预测，根据预测的轨迹计算船舶的实时碰撞概率，对超过碰撞概率预警值的船舶根据所处风险区域发送相应程度的预警信息。

9.如权利要求8所述的跨海桥梁主动防撞预警方法，其特征在于：船舶的航行行为异常包括超高、偏航、超速、违规掉头以及AIS关闭；

预警信息的程度包括无预警、三级预警、二级预警和一级预警；其中

三级预警向船舶发送消息通知；

二级预警向船舶发送消息通知、VHF呼叫以及爆闪警示灯；

一级预警向船舶发送消息通知、VHF呼叫、爆闪警示灯以及定向扬声器警告。

10.如权利要求9所述的跨海桥梁主动防撞预警方法，其特征在于，对当前海域的船舶进行超高判断的过程如下：

S210：对目标船舶进行图像采集，得到船舶位于水上部分的像素尺寸；

S220：对目标船舶垂直方向的成像尺寸进行计算，并对计算的结果进行中值滤波；

S230：利用图像坐标系转换算法矫正图像采集设备的视角误差；

S240：根据目标船舶与图像采集设备的距离，利用透镜成像原理标定计算像素的实际尺寸，进而得到目标船舶水上部分的实际高度；

S250：将目标船舶水上部分的实际高度与桥梁通航孔的净通航高度进行对比。