探索建設(shè)橋梁通航橋孔實時凈空高度采集與發(fā)布預(yù)警系統(tǒng)

王松

摘 要：通航橋孔凈空高度是船舶可否安全穿越橋梁的重要參數(shù)之一。本文重點探索建設(shè)橋梁通航橋孔實時凈空高度數(shù)據(jù)采集與發(fā)布預(yù)警系統(tǒng)的研究，通過AIS（船舶自動識別系統(tǒng)）向過往船舶播發(fā)實時數(shù)據(jù)、預(yù)警信息等，在橋梁通航水域推廣，可大大降低船舶撞橋事故風(fēng)險。

關(guān)鍵詞：橋梁 橋涵標 凈空高度 AIS

1.研究現(xiàn)狀

隨著國家對交通設(shè)施的大力投入及沿海地區(qū)經(jīng)濟的飛速發(fā)展，已建成的橋梁便利了陸路交通，卻一定程度制約了橋下通航水域使用。船舶如果碰撞橋梁，將危及雙方的安全，防止船舶碰撞橋梁一直是海事管理部門亟待解決的問題。

目前為了保障橋區(qū)水域船舶通航安全所采取的保障措施大致如下：①加強橋區(qū)施工期間的管理，落實安全通航措施；②調(diào)整和完善助航標志、橋涵標的設(shè)置；③完善航路設(shè)置；④安裝橋梁防撞裝置、采用船舶撞橋報警系統(tǒng)等減少船舶撞擊橋梁的損失；⑤采用避碰雷達、測速雷達等對船舶的實時速度進行檢測；⑥采用CCTV監(jiān)控系統(tǒng)對船舶進行實時監(jiān)控等。這些安全保障措施起到了一定的安全保障作用，但由于大多數(shù)是采用被動防撞措施，仍無法保障船舶的安全航行，無法杜絕各類撞船事故的發(fā)生，尤其是駕駛員對橋梁信息掌握不充分而造成的碰撞事故時有發(fā)生。

2.目前橋梁凈空高度獲取的局限性

目前國內(nèi)橋梁數(shù)量巨大，自身監(jiān)管壓力大，橋梁凈空尺度普遍偏低，橋梁的相關(guān)標識不齊全等。對于水文信息，可通過VTS中心、航道部門查詢當日的水位情況，但水位往往是航道的整體水位，并非指特定航段的水位信息。有些水域水位變化大，橋孔凈空不足的危險段，相關(guān)部門在橋墩上設(shè)置倒水尺（見圖1）。過往船舶可通過讀取倒水尺刻度提前掌握橋梁的凈空高度和水深情況，判斷船舶是否可以安全通過通航橋孔。但由于倒水尺安裝在橋梁附近，船舶在白天、能見度良好的前提下，距離橋梁較近時才能獲取橋梁凈空信息。對于大型船舶在了解到該信息時，往往已經(jīng)錯過安全避碰的時間，并且天氣狀況差的情況下難以滿足需求。迫切需要采取措施實時采集橋梁凈空高度并提前告知船舶操縱人員，以便作出安全的回避措施。

3.橋梁凈空高度實時采集與傳輸系統(tǒng)

3.1橋梁凈空高度采集裝置

橋梁凈空高度采集裝置包括設(shè)在橋面下部的激光束發(fā)生模塊、正對激光束發(fā)生模塊下方隨水面浮動的漂浮體、漂浮體上部激光反射面、激光檢測模塊、激光束發(fā)生模塊與漂浮體之間的管道等5部分組成，通過激光檢測模塊計算出橋梁實時凈空高度（見圖2）。

橋梁通航孔凈空高度測量裝置，是通過橋面下部的激光束發(fā)生模塊向其下方的水面漂浮體激光反射面發(fā)射激光，激光束發(fā)生模塊發(fā)射出的激光經(jīng)被浮標的反射后又被激光檢測模塊接收，通過同時記錄激光往返的時間，經(jīng)過換算后，就是激光束發(fā)生模塊和被測量物體之間的距離。

在激光束發(fā)生模塊與漂浮體之間設(shè)有用于防止測量干擾的管道，管道內(nèi)尺寸略大于漂浮體的外尺寸。在實踐中發(fā)現(xiàn)，如果沒有管道，會造成激光折射和散射，影響測量精度。管道長度要大于歷史最低水位到橋面下部的距離，保證漂浮體一直處于管道之中。由于船舶一般是從橋孔中間通過，為不影響船舶航行，激光束發(fā)生模塊一般設(shè)置在靠近橋墩的位置。

3.2橋梁凈空高度數(shù)據(jù)發(fā)布及預(yù)警系統(tǒng)

橋梁凈空高度數(shù)據(jù)發(fā)布及預(yù)警系統(tǒng)主要由電源系統(tǒng)、凈空高度播發(fā)系統(tǒng)、AIS航標助航系統(tǒng)、AIS短信和聲光警示系統(tǒng)、VHF語音警示系統(tǒng)、系統(tǒng)控制器等部分組成。（見圖3）

電源系統(tǒng)：系統(tǒng)實現(xiàn)AC220V和DC12V的智能切換，保證系統(tǒng)在任何情況下的正常工作；

凈空高度播發(fā)系統(tǒng)：橋梁凈空高度采集裝置采集到的實時數(shù)據(jù)，通過控制器傳送到AIS航標，AIS航標通過14號報文將橋梁凈空高度數(shù)據(jù)播發(fā)，船舶通過AIS設(shè)備接收并顯示；也可通過船舶AIS系統(tǒng)或系統(tǒng)服務(wù)器直接向通訊模塊發(fā)送檢測請求觸發(fā)實時的凈空高度采集，這樣就可以在真正需要時進行實時測量

AIS航標助航系統(tǒng)：系統(tǒng)裝有一套數(shù)字化AIS航標通信管理終端，發(fā)布橋墩AIS航標相關(guān)信息，讓船舶通過AIS設(shè)備接收并顯示在電子海圖上；

AIS短信和聲光警示系統(tǒng)：系統(tǒng)自動判斷駛近或駛離船舶，當船舶駛近橋梁500米（距離可調(diào)）時，系統(tǒng)開始通過AIS航標向目標船舶播發(fā)警示信息，如“前方橋梁，注意避讓”等信息，當駛近100米（距離可調(diào)）時啟動聲光警示系統(tǒng)，此時AIS短信和聲光警示系統(tǒng)處于同時工作狀態(tài)；

VHF語音警示系統(tǒng)：系統(tǒng)通過VHF值守頻道播發(fā)VHF警示信息，讓進入橋梁附近的船舶提高警惕；

系統(tǒng)控制器：系統(tǒng)設(shè)有專業(yè)控制器（控制器內(nèi)包含系統(tǒng)軟件），負責(zé)各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)的采集、運算、管理、控制。

4.展望

橋梁通航橋孔實時凈空高度采集與發(fā)布預(yù)警系統(tǒng)簡單易實施、安全可靠、實用性強，能夠及時有效的檢測通航橋孔凈空高度，并向過往船舶發(fā)布，讓船舶駕駛員提前獲取橋梁實時數(shù)據(jù)，并正確判斷船舶能否安全通過橋梁。它能夠很好的從源頭上解決船舶超高造成的撞船事故，大大提高船舶通航的安全性，有效避免橋梁的被撞造成的人員傷亡及經(jīng)濟損失。

目前，該系統(tǒng)正在進一步擴展及優(yōu)化，特別加入船舶檢測模塊，達到獲取船舶超出水面高度數(shù)據(jù)，準確判斷船舶是否能夠安全通過橋梁，從根本上減少船舶超高撞擊橋梁事故發(fā)生。

參考文獻：

[1]潘放.華南理工大學(xué)博士論文.通航橋梁船撞風(fēng)險分析與規(guī)避措施研究與應(yīng)用.

[2]黃喆.大連海事大學(xué)碩士論文.橋區(qū)船舶安全通航與高度測量系統(tǒng)研究.

[3]郭義浩.橋梁凈空高度實時檢測與綜合報告系統(tǒng)及其應(yīng)用.水道港口第38卷第1期2017年2月.