橋梁通航凈空尺度動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)探討

余平 杜永春 莊懷博

摘? 要：以蕪申運(yùn)河安徽段航道上橋梁通航凈空尺度為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)橋梁通航凈空進(jìn)行監(jiān)測(cè)，分析收集的通航信息數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)中心對(duì)數(shù)據(jù)分析處理后通過(guò)信息平臺(tái)及時(shí)向過(guò)橋船員發(fā)布，以便船員根據(jù)實(shí)際通航信息決定行動(dòng)計(jì)劃，最大限度地避免船舶撞擊橋梁事件的發(fā)生，保護(hù)生命財(cái)產(chǎn)安全。

關(guān)鍵詞：橋梁通航;凈空尺度;動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè);預(yù)報(bào)

中圖分類(lèi)號(hào)：U446 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）32-0054-02

Abstract： Taking the navigation clearance scale of the bridge on the Anhui section of the Wushen Canal as the research object， through the monitoring of the navigation clearance of the bridge， the navigation information data collected are analyzed. After analyzing and processing the data， the data center issues it to the bridge crew in time through the information platform， so that the crew can decide the action plan according to the actual navigation information， avoid the collision of the ship into the bridge to the maximum extent， and protect the safety of life and property.

Keywords： bridge navigation; clearance scale; dynamic monitoring; prediction

1 概述

凈高和凈寬是橋梁通航凈空尺度主要指標(biāo)。因高度不足發(fā)生卡船、因?qū)挾炔蛔悖ㄆx航道）發(fā)生船撞橋墩的事故在世界各國(guó)時(shí)有發(fā)生。

為保證橋梁通航安全，建設(shè)、運(yùn)營(yíng)、海事等相關(guān)部門(mén)在橋梁上及其附近設(shè)置防撞設(shè)施及助航標(biāo)志，較好地起到了預(yù)防事故的作用。但由于橋梁建設(shè)時(shí)期不同，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一以及大霧、超載、船舶尺寸改變、違章航行、夜航等客觀原因的存在，目前急需把被動(dòng)式防護(hù)變成船舶駕駛員主動(dòng)避讓?zhuān)拍芨蟪潭壬媳苊獯矘蚴鹿实陌l(fā)生。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)橋梁凈空尺度，在橋梁及其附近建設(shè)信息化平臺(tái)，提前準(zhǔn)確告知船舶駕駛員相關(guān)信息，就成了當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。

本文以蕪申運(yùn)河安徽段信息化建設(shè)為依托，對(duì)比分析蕪申運(yùn)河橋梁現(xiàn)狀，找出最具設(shè)置實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)要求的橋梁進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并數(shù)據(jù)把實(shí)時(shí)發(fā)布到信息平臺(tái)上，提升服務(wù)能力。

2 調(diào)查研究

2.1 蕪申運(yùn)河上橋梁現(xiàn)狀和航道等級(jí)情況

已有調(diào)查表明，蕪申運(yùn)安徽段航道上存在16座橋梁，分屬市政、公路、鐵路部門(mén)。蕪申運(yùn)河航道整治工程采用限制性Ⅲ級(jí)航道標(biāo)準(zhǔn)，半徑不小于480米，最小通航水深為3.2米。其中臨江橋、蕪馬公路橋、蕪宣公路橋凈空尺度不符合限制性Ⅲ級(jí)航道標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 調(diào)查運(yùn)輸船舶

蕪申運(yùn)河規(guī)劃船型為1頂2×1000t船隊(duì)、1000t貨船。隨著航道等級(jí)的提高，江海直達(dá)輪進(jìn)入內(nèi)河，大宗貨物運(yùn)輸對(duì)公路的破壞造成社會(huì)成本增加等，客觀上造成運(yùn)輸船舶大型化趨勢(shì)。受船閘寬度的影響，船舶大型化的先期趨勢(shì)是加大吃水深度和船長(zhǎng)，這對(duì)通航安全都提出了考驗(yàn)。通過(guò)對(duì)蕪申運(yùn)河安徽段運(yùn)輸船舶的調(diào)查得知，單艘船運(yùn)量及其構(gòu)成比例如下：水位較高時(shí)通行船舶最大噸位達(dá)2800噸，其船舶尺寸也大于規(guī)劃船型尺寸，特別是吃水深度達(dá)到2.5m～3.0m，數(shù)量約占5%左右;900噸～1300噸是常見(jiàn)船舶，船舶尺寸與規(guī)劃船型尺寸相當(dāng)，數(shù)量約占50%;其它比規(guī)劃船舶小的船舶，數(shù)量約占45%。

大型船舶駕駛員如果對(duì)橋梁通航凈高、凈寬信息不能及時(shí)撐握，就不能根據(jù)自己船舶的實(shí)際尺寸及時(shí)做出決策，給內(nèi)河航運(yùn)安全會(huì)帶來(lái)不利的影響。“互聯(lián)網(wǎng)+”和航道信息化的發(fā)展，使得船舶駕駛員根據(jù)通航信息做出主動(dòng)避讓成為可能。

3 橋梁通航凈空尺度監(jiān)測(cè)及預(yù)報(bào)系統(tǒng)應(yīng)用

3.1 橋梁通航凈空尺度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

3.1.1 凈高

根據(jù)《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，凈高起算面為設(shè)計(jì)最高通航水位。通航凈空高度數(shù)值為代表船型空載水線以上至最高固定點(diǎn)高度與富余高度之和。當(dāng)凈高大于橋梁最低點(diǎn)至河床頂面距離與設(shè)計(jì)船舶吃水深度之差時(shí)，則有可能擱淺。所以得出：

Hm

Hm>Hz-Hc......②擱淺報(bào)警

Hz-Hc？芏Hm？芏Hz-Hs......③正常航行

蕪申運(yùn)河安徽段臨江橋梁底最低高程15.21m，查航道設(shè)計(jì)圖河床設(shè)計(jì)高程為-1.7m，因此Hz=15.21-（-1.7）=16.91m;設(shè)計(jì)最高水位9.60m。

Hm<16.91-9.6-1.7=5.61（m）......④橋卡船報(bào)警;

Hm>15.21-（-1.7）-3.2=13.71（m）......⑤擱淺報(bào)警;

5.61？芨Hm？芨13.71......⑥不報(bào)警，船舶正常通行。

3.1.2 凈寬

蕪申運(yùn)河安徽段通航孔是單孔單向通航，根據(jù)《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》，當(dāng)橋梁軸線的法線方向與水流方向夾角小于5°時(shí)，通航凈寬可以按下列公式計(jì)算：

Bm1

其中BF=Bs+Lsinβ.........⑧

式中：Bm1-單孔單向通航凈寬（m）;BF-船舶或船隊(duì)航跡帶寬度（m）;ΔBm-船舶或船隊(duì)與兩側(cè)橋墩間的富裕寬度（m），Ⅰ～Ⅴ級(jí)航道取0.6倍航跡寬度;Pd-下行船舶或船隊(duì)的偏航距（m）;Bs-船舶或船隊(duì)寬度（m）;Β-船舶或船隊(duì)的航行漂角（°），Ⅰ～Ⅴ級(jí)航道取6°。

所以公式⑦代入數(shù)據(jù)后變?yōu)椋築m1=10.8+160×sin6°+0.6×（10.8+160×sin6°）+10=10.8+160×0.104+0.6×（10.8+160×0.104）+10=53.904m。

即實(shí)測(cè)通航孔兩橋墩內(nèi)緣間距離B<53.904m通航寬度時(shí)報(bào)警。

3.2 信息采集、傳輸與發(fā)布

3.2.1 數(shù)據(jù)采集

以?xún)舾邽槔?，?duì)比分析各種儀器可知，雷達(dá)水位計(jì)不受溫度、風(fēng)、蒸汽等影響，抗干擾能力強(qiáng)，安裝、使用、維護(hù)方便，無(wú)機(jī)械磨損，壽命長(zhǎng)，比較適合。

3.2.2 信息傳輸

通信網(wǎng)絡(luò)主要包括有線通信和無(wú)線通信兩種方式。橋梁通航凈空尺度采集地點(diǎn)大多在野外，地點(diǎn)分散，傳輸距離大，有線通信方式布線困難，且成本較高，因此橋梁通航凈空高度測(cè)量系統(tǒng)中采用無(wú)線通信的方式進(jìn)行傳輸比較合適。4G LTE系統(tǒng)能夠以100Mbps的速度下載，比撥號(hào)上網(wǎng)快，上傳的速度也能達(dá)到50Mbps，并能夠滿(mǎn)足幾乎所有用戶(hù)對(duì)于無(wú)線服務(wù)的要求。橋梁凈空尺度的信息采用無(wú)線4G作為數(shù)據(jù)傳輸手段，將來(lái)升級(jí)改造也相對(duì)容易。

3.2.3 信息發(fā)布

目前船民獲取信息的方式主要有手機(jī)短信、岸邊電子顯示屏、AIS短消息、VHF對(duì)講、公眾服務(wù)網(wǎng)站、通航服務(wù)APP等。針對(duì)船民航行分散的特點(diǎn)，以及信息發(fā)布具有實(shí)時(shí)性的要求，采用通航服務(wù)APP的方式較好。結(jié)合航道管理信息化平臺(tái)，可以將船舶運(yùn)行軌跡疊加到電子航道圖上，通過(guò)語(yǔ)音形式報(bào)送提醒信息。

3.3 發(fā)布報(bào)警地點(diǎn)及等待區(qū)設(shè)置

船舶接收到預(yù)警后，就要有個(gè)停泊等待區(qū)。停泊等待區(qū)與橋梁的距離以不降低橋址段航道的通過(guò)能力、并保證航行安全來(lái)確定。其距離可取以下兩種方法計(jì)算結(jié)果2的大值。按“上游：頂推船隊(duì)長(zhǎng)度4倍或拖帶船隊(duì)3倍;下游：頂推船隊(duì)長(zhǎng)度2倍或拖帶船隊(duì)1.5倍”進(jìn)行計(jì)算就是上游：640m;下游：320m。

按“Ⅱ～Ⅴ級(jí)航道5min航程+L”計(jì)算（內(nèi)河船舶航行平均12節(jié)，最大20節(jié)，?。?2+20）/2=16節(jié)中高水平，即8.23m/s;不利季節(jié)水流取1.5m/s）為5×60×9.73+160=3079m。由于受青弋江水流影響，蕪申運(yùn)河安徽段部分河段水流不是一直朝一個(gè)方向流，所以距離應(yīng)按上游大值控制。取3079m整數(shù)，建議報(bào)警地點(diǎn)設(shè)在離橋梁3000m以外，等待區(qū)設(shè)在離橋梁640m～3000m之間。

4 結(jié)論

本文以蕪申運(yùn)河安徽段航道整治工程信息化建設(shè)為依托，以臨江橋、蕪馬公路橋、蕪宣公路橋不符合限制性Ⅲ級(jí)航道標(biāo)準(zhǔn)為事實(shí)基礎(chǔ)提出橋梁通航凈空尺度監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)應(yīng)用，得出如下結(jié)論：

（1）通航凈高：HmHz-Hc擱淺報(bào)警;Hz-Hc？芏Hm？芏Hz-Hs正常航行。

（2）單孔單向通航凈寬：Bm1

（3）建議在離橋3000m外發(fā)布警報(bào)信息。

（4）建議等待區(qū)地點(diǎn)在離橋梁640m～3000m間設(shè)置。

（5）通過(guò)“互聯(lián)網(wǎng)+”可以實(shí)現(xiàn)橋梁通航信息的采集、傳輸和發(fā)布。

參考文獻(xiàn)：

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