CN201788591U - 一种基于ais的江海大桥主动防撞系统 - Google Patents

一种基于ais的江海大桥主动防撞系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及一种基于AIS的江海大桥主动防撞系统，包括通航信息处理单元、数据处理单元和语音信号发送单元，数据处理单元分别与通航信息处理单元和语音信号发送单元相连。通航信息处理单元用于向船舶发送通航主桥墩信息，接收船舶信息并将其传输给数据处理单元。数据处理单元根据收到的船舶信息进行运算和分析，判断船舶是否存在碰撞危险，如果存在碰撞危险则将语音警告通过语音信号发送单元发送给船舶和交管中心，如果不存在碰撞危险则将语音提示通过语音信号发送单元发送给船舶。本实用新型提高了主动防撞系统的自动化程度，降低了船撞桥事故的发生频率。

Description

一种基于AIS的江海大桥主动防撞系统
技术领域
本实用新型涉及桥梁工程防撞技术领域，特别是涉及一种基于船舶自动识别系统(简称“AIS”)的江海大桥主动防撞系统。
背景技术
随着国民经济和交通运输的迅速发展，一方面通过建造跨江跨海的大型桥梁，以缓解交通压力、促进陆路交通；另一方面增加运输船舶的吨位和数量，以提高水上运输能力。对于水上运输船舶而言，桥梁成为人工障碍物。桥梁受船舶撞击事故时有发生，由此而诱发的桥梁跨塌事件日益增多。长江大桥、跨海大桥已成为我国陆上交通的主动脉，船撞桥的问题尤其显得突出。
从国内外船撞桥事故记载资料中，分析船撞桥事故的原因，可归结为三大类：第一类是人为失误，如违反航行交通规则、操纵失误、错误地估计水流和风速等；第二类是恶劣的自然环境，如能见度不良、大洪水等；第三类是机械故障，如主机失灵，舵机失灵等。在所有事故原因中人为失误是最主要，其次是恶劣的自然环境，再次是机械故障。
桥梁的防撞措施一股可分为两种方式：主动防撞和被动防撞。被动防撞是指通过桥墩自身的加强或防护设施来抵抗船舶的撞击威胁。至目前为止，国内外对桥墩防撞领域的研究主要侧重于被动防撞措施，将桥梁保护系统直接安装在桥墩上，以防桥墩直接遭受船舶碰撞。主动防撞是指通过对船舶的航行进行管理和航行轨迹进行干预，避免船撞桥事故的发生。可见主动防撞是积极的防预措施，现有的主动防撞措施归纳起来有两类：(1)设立桥涵标。通过视觉标志，如日间标牌、夜间灯光；或通过音响信号，如雾号；或通过雷达标志，如雷达反射器和雷达应答器等，引导过往船舶认清桥墩位置，选择正确航路，安全过桥。这种方法简单易行，但受环境气候影响大，能见度差时无效。虽然雷达标志不受气候、能见度的影响，但由于雷达标志自身存在的技术局限性，也不能达到预期的效果。(2)建立安全监控系统。通过船舶交通管理系统(简称“VTS”)雷达监控、视频监控预警系统与甚高频电话配合，对大桥附近水域及驶近大桥的船舶实施24小时的人工监控，及时提醒过往船舶及早采取措施。其特点是能实时监控过往船舶的航行态势，及早发现事故隐患，但是该方法成本高，自动化程度低，过往船舶高峰时难以监控。因此，建立成本低、自动化程度高的主动防撞系统是避免人为失误造成船撞桥事故的重要措施，对江海大桥的安全运营具有重要意义。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于AIS的江海大桥主动防撞系统，能够提高主动防撞系统的自动化程度，从而避免人为失误造成船撞桥事故的发生。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于AIS的江海大桥主动防撞系统，包括通航信息处理单元、数据处理单元和语音信号发送单元，所述的数据处理单元分别与所述的通航信息处理单元和语音信号发送单元相连；所述的通航信息处理单元用于向船舶发送通航主桥墩信息，接收船舶信息并将其传输给所述的数据处理单元；所述的数据处理单元根据收到的船舶信息进行运算，对船舶的态势进行分析，判断所述的船舶是否存在碰撞危险，如果存在碰撞危险则及时将语音警告发送给所述的语音信号发送单元，如果不存在碰撞危险则及时将语音提示发送给所述的语音信号发送单元；所述的语音信号发送单元用于向所述的船舶发送收到的语音警告或提示和向船舶交通管理系统发送收到的语音警告。
所述的通航信息处理单元包括四台船舶自动识别系统，并平均安装在所述的两个通航主桥墩上或与所述的船舶交通管理系统安装在一起。
所述的数据处理单元为采用改进型哈佛体系结构的数字信号处理器。
所述的语音信号发送单元为具有自动应答功能的甚高频无线电话，将由独立的中文语音合成模块产生的语音信号发送给所述的船舶和船舶交通管理系统。
所述的通航主桥墩信息包括桥墩位置信息、桥墩名、桥墩的航向和航速，其中，桥墩位置、航向和航速由数据处理单元产生；所述的船舶信息包括船舶名、船舶位置、海上移动识别码、船舶的航向和航速。
所述的桥墩的航速为模拟航速，其速度大小设为0.3-0.5节。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本实用新型与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：利用数据处理单元对过往船舶的运动态势进行分析，预测船舶过桥时与通航主桥墩的距离，通过甚高频无线电话(简称“VHF-DSC”)用语音方式提示或警告过往船舶，使船舶驾驶员及早认清船舶的航行状况，采取有效措施安全过桥。在船舶过桥的整个过程中，只在会发生碰撞危险的情况下才实施人工监控，大大提高了整个系统的自动化程度。通航信息处理单元在向船舶发送通航主桥墩信息时，将桥墩的航速设为0.3-0.5节，提高动态信息发送频率，保证过往船舶的雷达图像具有较高的刷新频率，降低了因人为失误而造成船撞桥事故的发生频率。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是本实用新型的组成框图；
图3是本实用新型的数字信号处理器各接口连线图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本实用新型的实施方式涉及一种基于AIS的江海大桥主动防撞系统，通过AIS发送通航主桥墩的数据使过往船舶的雷达上能显示出大桥的主桥墩的位置，明确大桥的主通航孔的间距，为船舶驾驶人员摆正船位提供依据，同时通过AIS接收过往船舶的数据，经过数据处理单元的数据处理，对进入警戒区域内的过往船舶进行跟踪，判别过往船舶运动态势、预测船舶过桥时与通航主桥墩的距离，由语音信号发送单元通过语音方式提示或警告过往船舶，使船舶驾驶人员能及早认清船舶的航行状况，采取有效措施，安全过桥。对于存在撞桥危险的船舶，系统还会用语音方式通知VTS，使VTS的工作人员加强对该船舶的监管，直至船舶脱离撞桥危险。如图1所示，该主动防撞系统包括通航信息处理单元、数据处理单元和语音信号发送单元，所述的数据处理单元分别与所述的通航信息处理单元和语音信号发送单元相连；所述的通航信息处理单元用于向船舶发送通航主桥墩信息，接收船舶信息并将其传输给所述的数据处理单元；所述的数据处理单元根据收到的船舶信息进行运算对船舶的态势进行分析，判断所述的船舶是否存在碰撞危险，如果存在碰撞危险则及时将语音警告发送给所述的语音信号发送单元，如果不存在碰撞危险则及时将语音提示发送给所述的语音信号发送单元；所述的语音信号发送单元用于向所述的船舶发送收到的语音警告或提示和向船舶交通管理系统发送收到的语音警告。
图2所示的是本实用新型的组成框图。通航信息处理单元包括四台AIS，AIS选用Class A类的设备，为了使雷达图像上能清晰地显示通航主桥墩的位置，在每个通航主桥墩位置安装两台AIS，AIS将桥墩的位置数据、桥墩名(南北岸或东西岸)、航向(顺应航道的方向)和航速(航速为零)不断发送给过往船舶，在过往船舶的AIS上显示通航主桥墩信息，并在雷达屏幕上指示出两个主桥墩的位置，图2中通航信息处理单元由北岸的两台AIS和南岸的两台AIS组成。
语音信号发送单元为VHF-DSC，其发送功率为1瓦，设置为自动应答方式，并将后续的无线电通信频道设为VHF CH16或CH6，在接收到数据处理单元的提示或警告信号后，在VFH CH70频道上进行选择性呼叫，待船方DSC自动应答后在无线电通信频道上将由独立的中文语音合成模块FX-S4240产生的语音信号发送给所述的船舶和VTS。
本实用新型采用数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称“DSP”)作为数据处理单元，如选用TI公司生产的TMS320LF2407 DSP芯片。由于DSP是一种采用改进型哈佛体系结构的嵌入式微处理器，使其运算速度更快，并具有丰富的硬件资源，现已广泛应用于数据处理、通信、语音合成和图像处理等领域。图3所示的是DSP各个接口连线图。为了使过往船舶的雷达能够提提供更为清晰的通航主桥墩图像，DSP将给AIS产生三种动态的通航主桥墩信息让其发送：桥墩的位置信号、航向信号和航速信号。由于在通航主桥墩上安放AIS不仅影响大桥的美观，而且日后的维护与保养也有不便，因此主动防撞系统AIS没有必要一定安放在桥墩上，故只需安放在任何便于管理的地方即可，如与VTS安装在一起。而通航主桥墩的上下游位置信号可以由DSP产生模拟信号，并输入到各台AIS的GPS信号接口，这样不仅省去四台GPS接收机，还不影响主桥的美观。为了使船舶雷达图像上显示桥墩位置的三角形上矢量指向与航道一致，DSP要产生四个航向信号分别提供给AIS1-AIS4的航向输入接口。DSP还产生一个模拟的航速信号，航速选择在0.3～0.5节，这是因为船舶在锚泊状态时AIS的动态数据将是3分钟发送一次，为了提高动态信息的发送频率，提供一个航速信号后使北南岸AIS1-AIS4在每12秒就可发送一次，保证过往船舶的雷达图像可较高的刷新频率。DSP系统单元通过AIS1-AIS4中的任意一台数据输出接口接收船舶的AIS数据，图3中为AIS4，然后从AIS数据中提取船名、船舶位置、航向、航速及海上移动识别码(简称“MMSI”)等相关信息。当过往船舶进入警戒区域后，DSP经过运算后对来船的态势进行分析，并通过VHF-DSC进行选择性呼叫，在后续的VHF CH16(跨海大桥用)或VHF CH6(长江大桥)频道上向来船用语音作提醒。若来船对桥墩存在碰撞危险，DSP立即发出报警，一方面提示VTS管理员，采取应急措施，另一方面向船方提出警告，必须立即采用避碰措施，并主动向VTS报告。
DSP各数据接口均采用国际电工委员会(简称“IEC”)制订了IEC61162通信协议(与美国航海电子协会的NMEA0183标准兼容)。DSP从AIS1-AIS4中的任意一个输出接口获取过往船舶的位置和航向，经过计算如果过往船舶进入警戒区，即大桥上游A号灯浮至大桥下游B号灯浮间(视大桥具体情况定)，DSP开始跟踪该船舶，并以固定的时间间隔对该过往船舶的运动态势进行分析，依据安全距离dsafe判断是否存在碰撞危险。当dB＜dsafe或dA＜dsafe时，则说明存在碰撞桥墩的危险，DSP向VHF-DSC发送该船的MMSI，并在CH70频道上呼叫该船舶，在后续的电话通信中，将语音警告通知该过往船舶，采取有效的防撞避碰措施。同时从扬声器发出报警，通知VTS值班人员对该过往船舶采取措施。对进入警戒区无碰撞危险的船舶，系统会发出一个语音提示信息，提醒船舶加强警戒，以现在的航向安全通过大桥。其中，dB是指过往船舶距离下游B号灯浮的距离，dA是指过往船舶距离上游A号灯浮的距离。以苏通大桥为例，在本实用新型安装前，仅从雷达图像上无法确定大桥的主桥墩位置和主通航孔间距，船舶通过大桥时驾驶人员只能依靠肉眼来鉴定和辨别主桥墩位置，在能见度不良或夜间时，辨别主桥墩困难，存在船撞桥的安全隐患。在安装了本实用新型后，通过AIS数据与雷达图像相的结合指示了大桥的主桥墩位置，明确了大桥的主通航孔，加上必要的无线电话的语音提示或警告，在有险情时还提醒VTS，VTS加强对船舶的监管，使船舶驾驶人员能及早采取措施，安全通过大桥，从而提高了主动防撞系统的自动化程度，降低了因人为失误而造成船撞桥事故的发生频率。

Claims (4)

1.一种基于AIS的江海大桥主动防撞系统，包括通航信息处理单元、数据处理单元和语音信号发送单元，其特征在于，所述的数据处理单元分别与所述的通航信息处理单元和语音信号发送单元相连；所述的通航信息处理单元用于向船舶发送通航主桥墩信息，接收船舶信息并将其传输给所述的数据处理单元；所述的语音信号发送单元用于向所述的船舶发送收到的语音警告或提示和向船舶交通管理系统发送收到的语音警告。
2.根据权利要求1所述的基于AIS的江海大桥主动防撞系统，其特征在于，所述的通航信息处理单元包括四台船舶自动识别系统，并平均安装在两个通航主桥墩上或与所述的船舶交通管理系统安装在一起。
3.根据权利要求1所述的基于AIS的江海大桥主动防撞系统，其特征在于，所述的数据处理单元为采用改进型哈佛体系结构的数字信号处理器。
4.根据权利要求1所述的基于AIS的江海大桥主动防撞系统，其特征在于，所述的语音信号发送单元为具有自动应答功能的甚高频无线电话，将由独立的中文语音合成模块产生的语音信号发送给所述的船舶和船舶交通管理系统。 
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