橋涵標(biāo)的集控管理及其工程應(yīng)用

陳明忠

摘要：橋梁通航孔附近的橋區(qū)水域常常是通航安全的重點(diǎn)監(jiān)控水域，其中橋涵標(biāo)則是船舶駕駛?cè)藛T所要參照的重要助航設(shè)施。然而橋涵標(biāo)的管理目前還存在著一定的滯后性，其工作狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)測尚顯不足。本文在多座橋梁的橋涵標(biāo)建設(shè)工程基礎(chǔ)上，提出了開發(fā)新型橋涵標(biāo)遙測終端的技術(shù)要求，介紹了遙測終端的工程安裝方案，并運(yùn)用自行開發(fā)軟件將橋梁及其所對應(yīng)的橋涵標(biāo)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)管理，闡述了橋涵標(biāo)的集控管理模式及其特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：橋涵標(biāo) 助航設(shè)施 集控管理 通航安全

0 引言

根據(jù)內(nèi)河、海區(qū)的通航特點(diǎn)，我國先后制定有GB586493《內(nèi)河標(biāo)志》與GB24418-2009《中國海區(qū)可航行水域橋梁助航標(biāo)志》，對橋梁助航標(biāo)志的設(shè)置進(jìn)行了規(guī)范，人們通常把安裝在橋梁上的標(biāo)牌、燈光標(biāo)志等統(tǒng)稱為橋涵標(biāo)。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，四通八達(dá)的交通網(wǎng)建設(shè)促使跨江、跨海橋梁日漸增多，尤其是沿海地區(qū)，跨海連島的橋梁與沿岸通航船舶的交互影響大，如果橋涵標(biāo)的助航效能不能得到可靠保障，則可能給船舶通過橋孔造成困難，從而埋下碰撞、擱淺等安全隱患[1][2]。

航標(biāo)遙測遙控技術(shù)的廣泛應(yīng)用大大提高了人們對航標(biāo)故障的預(yù)判和及時發(fā)現(xiàn)能力[3][4]。按照GB規(guī)范設(shè)置的橋涵標(biāo)在地理空間上與水上航標(biāo)分布相比則顯得高度密集，一座多孔橋梁少則十幾個、多則數(shù)十個的標(biāo)志設(shè)置點(diǎn)，如采用慣常的單標(biāo)遙測方式，要全面實(shí)施橋涵標(biāo)的遙測遙控則面臨著建設(shè)與維護(hù)費(fèi)用高、監(jiān)控管理分散的窘境。因此研究采用集約式的橋涵標(biāo)遙測和管理系統(tǒng)，對于推廣應(yīng)用橋涵標(biāo)實(shí)時監(jiān)控技術(shù)，提高航標(biāo)管理效率和航海保障水平具有十分現(xiàn)實(shí)的意義。

1橋涵標(biāo)的樣式

1.1 內(nèi)河橋涵標(biāo)志

在內(nèi)河航標(biāo)中，橋涵標(biāo)類型有橋孔中央的迎船面標(biāo)牌（夜間為發(fā)光航標(biāo)燈）以及兩側(cè)橋柱上的橋柱燈陣列（如圖1-1）。有些新型設(shè)計方案也借鑒海區(qū)可航水域橋涵標(biāo)設(shè)置要求，在多孔內(nèi)河橋梁的禁航孔上安裝了“X”形禁航標(biāo)牌。

1.2 海區(qū)可航水域橋涵標(biāo)志

在海區(qū)可航水域助航標(biāo)志中，橋涵標(biāo)類型有雙向通航橋孔標(biāo)志、單向通航橋孔標(biāo)志、橋孔禁航標(biāo)志、橋墩警示標(biāo)志等，以上標(biāo)志夜間標(biāo)識顯示為發(fā)光的標(biāo)牌指示符或閃光燈質(zhì)。如圖1-2所示，前3種標(biāo)牌夜間由發(fā)光LED燈陣組成指示符，后3種標(biāo)志其夜間則由單盞航標(biāo)燈以燈質(zhì)來表示信號特征，或由LED陣列排列出標(biāo)牌輪廓并按規(guī)定燈質(zhì)發(fā)光。

2橋涵標(biāo)遙測終端（RTU）的選用

2.1 通用航標(biāo)遙測終端

橋涵標(biāo)的遙測其目的是對橋梁上所布設(shè)的航標(biāo)燈器、標(biāo)志牌的發(fā)光狀態(tài)及其工作參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測。目前在海區(qū)航標(biāo)管理中普遍使用的航標(biāo)遙測遙控終端有兩種類型：一種為內(nèi)置式終端，整合在航標(biāo)燈器內(nèi)，結(jié)構(gòu)緊湊，現(xiàn)場安裝步驟少；另一種為外置式終端，安裝于燈器外部，不依賴燈器接口，通過互感器及分立的外置天線與安裝部件來采集信息，工作時對燈器影響小。這兩類終端所采集并回傳的數(shù)據(jù)主要為燈器的工作電流、工作電壓以及位置信息，一般一個終端只能采集一盞航標(biāo)燈的工作數(shù)據(jù)。

2.2 橋涵標(biāo)遙測終端的開發(fā)

對于海區(qū)通航要求的橋梁來說，由于標(biāo)牌間距小則30～40米，大則超過100米，整座橋梁的標(biāo)志分布呈現(xiàn)數(shù)量多、排列集中的特點(diǎn)，如以通用的航標(biāo)遙測終端來實(shí)現(xiàn)橋涵標(biāo)的遙測，則需在每面標(biāo)牌或者航標(biāo)燈器上分別配置一個或多個RTU終端來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和回傳。因此一座海區(qū)通航要求的橋梁其橋涵標(biāo)需配置的遙測終端數(shù)量就比較龐大，普及安裝的投入大、成本高。如實(shí)現(xiàn)一個終端（RTU）同時采集多路標(biāo)牌工作數(shù)據(jù)則可大大減少終端（RTU）的使用量，從而減少終端的經(jīng)費(fèi)投入和運(yùn)維成本。為此，我們與相關(guān)企業(yè)聯(lián)合研制了具有遙測遙控功能的GKDY07型LED標(biāo)牌驅(qū)動器，該產(chǎn)品采用一體化模塊式設(shè)計，既能驅(qū)動和控制LED標(biāo)牌的發(fā)光，也整合了多路數(shù)據(jù)的采集和遙測遙控功能，這樣就可對標(biāo)牌的發(fā)光陣列進(jìn)行更精細(xì)的監(jiān)測，比如對發(fā)光陣列組合的每個筆畫是否正常進(jìn)行監(jiān)測以判定故障部位，也可以根據(jù)驅(qū)動通道的占用情況同時接入兩面以上的標(biāo)牌或多臺航標(biāo)燈器。該型號驅(qū)動及遙測控制器的特點(diǎn)具體如下：

（1）具有8個獨(dú)立的LED陣列驅(qū)動通道；

（2）可分別采集8個通道的電流值及1個通道的電壓值；

（3）可采集GPS位置信息；

（4）可感光控制電源通斷；

（5）可回傳常用遙測數(shù)據(jù)：位置、工作電壓、工作電流；

（6）可接受遙控指令：上報時間間隔、設(shè)備ID編號、燈亮度等；

（7）雙通道遠(yuǎn)程通信，兩通道互為備份；

（8）過熱保護(hù)；

（9）密封防水。

該型驅(qū)動器支持DC12V～DC36V寬電壓幅值，每通道最大驅(qū)動電流3A，如橋涵標(biāo)以交流電為供電電源則需通過電源轉(zhuǎn)換后接入，如以太陽能和蓄電池組合供電則可直接輸入電源接口。在市電供電情況下，其典型安裝方式如圖2-1所示，在標(biāo)志間距合理情況下可通過電源引出線同時驅(qū)動多路標(biāo)志。

3橋涵標(biāo)的布設(shè)與遙測終端的安裝

3.1 橋涵標(biāo)設(shè)置方案

以福建省閩江通海航道上的魁岐大橋?yàn)槔?，該橋橋區(qū)航道按內(nèi)河2級通航標(biāo)準(zhǔn)維護(hù)，通航孔按單孔雙向通航1000T海輪標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，橋墩間距270m，通航孔凈空高度24.0m，凈空寬度181.0m，設(shè)計最高通航水位6.89m，其余橋孔均為非通航孔，禁止通航。按GB標(biāo)準(zhǔn)其橋涵標(biāo)布設(shè)方案如圖3-1、圖3-2所示，通航孔左、右側(cè)標(biāo)牌中間分別安裝紅、綠閃光航標(biāo)燈，雙向通航標(biāo)牌由LED陣列組成，夜間燈質(zhì)為綠色定光，禁航孔標(biāo)牌為黃底紅色“X”形，夜間燈質(zhì)為紅色“X”形定光。

3.2 遙測控制柜安裝方案

橋梁兩側(cè)的橋涵標(biāo)設(shè)置及安裝方式基本相同，發(fā)光標(biāo)牌由市電經(jīng)UPS在線方式供電，橋墩警示燈樁由太陽能電池獨(dú)立供電。橋梁單側(cè)標(biāo)牌的驅(qū)動及遙測控制柜安裝方案如圖3-3所示，雙向通航標(biāo)志及左右側(cè)航標(biāo)燈可由同一個GKDY07型控制柜驅(qū)動發(fā)光并遙測，共占用驅(qū)動器的4個支路；魁岐大橋1號標(biāo)牌距離其他標(biāo)志較遠(yuǎn)，為簡化施工布線作業(yè)可單獨(dú)安裝一個控制柜；魁岐大橋13號、15號標(biāo)牌可共用一個控制柜，每個標(biāo)牌占用4個通道分別驅(qū)動“X”形的4個筆畫，可用滿8個驅(qū)動通道。以上每個控制柜各使用一張SIM卡，采集的各通道數(shù)據(jù)通過GPRS/GSM公網(wǎng)回傳，從而實(shí)現(xiàn)橋涵標(biāo)的遙測遙控。endprint

4多橋梁的橋涵標(biāo)集控管理

4.1 常用的航標(biāo)遙測系統(tǒng)

目前常用的航標(biāo)遙測管理系統(tǒng)多以電子海圖疊加航標(biāo)及其遙測數(shù)據(jù)的方式來實(shí)施監(jiān)控，如要查詢橋涵標(biāo)工作情況只能輸入具體的航標(biāo)名稱或編號來查找，其遙測管理和橋梁之間缺乏直接的關(guān)聯(lián)，因此隨著橋梁及其橋涵標(biāo)數(shù)量的增多，系統(tǒng)對橋涵標(biāo)的監(jiān)測和查詢常常需要熟練的專業(yè)人員輔助才能實(shí)現(xiàn)，這也給值班人員的培訓(xùn)和應(yīng)急判斷造成諸多不便，管理短板顯而易見。

4.2橋涵標(biāo)集控管理系統(tǒng)

4.2.1 數(shù)據(jù)庫內(nèi)容

針對橋涵標(biāo)的管理特點(diǎn)，我們結(jié)合多橋梁條件下遙測終端的安裝使用，開發(fā)了橋涵標(biāo)集控管理系統(tǒng)，以提高監(jiān)控和應(yīng)急反應(yīng)的及時性和便利性。該系統(tǒng)所構(gòu)建的橋涵標(biāo)管理數(shù)據(jù)庫內(nèi)容包括：

（1）用戶（操作）權(quán)限：用戶名、密碼、類別、權(quán)限；

（2）操作行為日志（時間、用戶ID、動作）；

（3）報警表（實(shí)時和歷史報警數(shù)據(jù)）；

（4）橋涵標(biāo)標(biāo)牌顯示筆畫或燈器與控制器編碼關(guān)系表；

（5）水文采集數(shù)據(jù)表（流速、流向和凈空高）

（6）氣象采集數(shù)據(jù)表（風(fēng)速、風(fēng)向、溫度和濕度）；

（7）助航標(biāo)志表（航標(biāo)編碼、經(jīng)緯度、坐標(biāo)）；

（8）控制器信息表（控制器IP、電話號碼、工作狀態(tài)）、實(shí)時/歷史；

（9）航標(biāo)類型表（單向、雙向、禁航、橋柱等）；

（10）橋梁信息表（省、市、橋梁名稱、通航孔寬度、凈空高）。

4.2.2 系統(tǒng)功能特點(diǎn)

如圖4-1所示，以已完成工程建設(shè)并入網(wǎng)的7座橋梁為例，該系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)了幾大功能：

（1）平臺以橋梁為管理對象，增加了對橋梁通航數(shù)據(jù)的管理，達(dá)到多橋梁聯(lián)網(wǎng)管理目的；

（2）每座橋梁所附屬的橋涵標(biāo)工作狀態(tài)以平面圖或?qū)嵕皥D顯示如圖4-2，易于識別，監(jiān)控管理操作簡便；

（3）接入數(shù)據(jù)庫的橋涵標(biāo)遇有故障將予以及時報警；

（4）可通過傳感器采集橋區(qū)水文氣象及凈空高等助航數(shù)據(jù)，為改善橋區(qū)通航環(huán)境拓展助航信息服務(wù)內(nèi)容。

（5）根據(jù)管理單位需要，橋梁和對應(yīng)的橋涵標(biāo)數(shù)據(jù)庫可不斷新增與擴(kuò)充，達(dá)到實(shí)時監(jiān)控和集控管理目的。

5 結(jié)語

橋區(qū)水域的通航安全關(guān)系重大，橋涵標(biāo)具有指引明晰、提前預(yù)示的助航作用，因此橋涵標(biāo)的監(jiān)控管理應(yīng)作為橋區(qū)通航安全的重點(diǎn)監(jiān)管范疇予以重視。由于在常用的航標(biāo)遙測遙控管理平臺上僅將每座橋梁對應(yīng)的橋涵標(biāo)當(dāng)作孤立的一座座普通航標(biāo)來管理，難以直觀展示或識別一座橋梁標(biāo)志的整體工作狀況，管理的針對性不強(qiáng)、局限性較為明顯。橋涵標(biāo)集控管理模式可通過建立橋梁數(shù)據(jù)庫，在硬件上開發(fā)一種可采集多路數(shù)據(jù)的橋涵標(biāo)遙測終端，降低了工程成本，并能更準(zhǔn)確地監(jiān)測橋涵標(biāo)標(biāo)牌的局部（如：筆畫）故障；在軟件上開發(fā)了橋涵標(biāo)集控管理系統(tǒng)平臺，將橋梁數(shù)據(jù)及其對應(yīng)的橋涵標(biāo)遙測數(shù)據(jù)實(shí)行聯(lián)網(wǎng)管理，可直觀監(jiān)控每座橋梁所對應(yīng)的橋涵標(biāo)工作狀態(tài)。這種管理模式操作便捷，工作狀態(tài)直觀明了，故障報警及時，可不斷擴(kuò)充需監(jiān)測的橋梁及橋涵標(biāo)數(shù)量，而且橋涵標(biāo)遙測終端的布設(shè)成本低，易于實(shí)現(xiàn)集約式監(jiān)測橋涵標(biāo)工作狀態(tài)，保障橋區(qū)水域通航安全的。

對于已經(jīng)完成橋涵標(biāo)建設(shè)但尚未實(shí)現(xiàn)遙測功能的橋梁，在并入集控管理平臺時，為避免大規(guī)模更換標(biāo)牌或燈器的驅(qū)動設(shè)備而增加改造成本，可在保持原設(shè)備不變情況下，開發(fā)一種外置式多路數(shù)據(jù)采集與回傳的遙測終端，并簡化遙測型GKDY07驅(qū)動器中所附帶的燈器驅(qū)動功能，達(dá)到降低改造成本并實(shí)現(xiàn)集控管理的目的，這也是我們進(jìn)一步在做的工作。

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