橋梁船撞風(fēng)險分析與防船撞系統(tǒng)的應(yīng)用

趙杰

（廣東省南粵交通投資建設(shè)有限公司，廣東廣州 510000）

0 引言

“船撞橋”是交通運輸行業(yè)的一類重大事故，主要由于跨江海大橋的大量興建、通航船舶的劇增、水上運輸業(yè)的快速發(fā)展，加之橋區(qū)環(huán)境不斷變化，橋梁船撞風(fēng)險增加，輕則發(fā)生橋梁受損的問題，重則導(dǎo)致橋梁垮塌、人員傷亡、船沉等嚴(yán)重后果。對此，必須高度重視橋梁船撞風(fēng)險，通過防船撞系統(tǒng)的合理應(yīng)用最大限度地防止船撞橋事故的發(fā)生，更好地保障區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

1 橋梁船撞風(fēng)險分析

2020年4月，國務(wù)院安全生產(chǎn)委員會印發(fā)《全國安全生產(chǎn)專項整治三年行動計劃》，將開展船舶碰撞橋梁隱患治理作為一項重要內(nèi)容?？缭胶降罉蛄菏氰F路、公路、城市道路、水路等交通運輸通道的咽喉節(jié)點，由于部分早期建設(shè)的橋梁通航凈空尺度較小、防撞標(biāo)準(zhǔn)較低、部分橋梁未按要求設(shè)置防撞設(shè)施、船舶大型化發(fā)展等原因，近年來一些橋梁與船舶不匹配的安全風(fēng)險凸顯，多次發(fā)生船舶碰撞橋梁事故，表1列舉了近年發(fā)生的三起橋梁船撞事故。

表1 橋梁船撞事故列舉

結(jié)合上述事故分析顯示，風(fēng)險是一種客觀存在的事實，船橋碰撞是一種偶然事件，也是一種客觀存在的事實，無法完全杜絕，但通過完善各類措施，包括：設(shè)置橋梁防船撞預(yù)警系統(tǒng)、船員特別是船長謹(jǐn)慎駕駛、船舶碰撞橋梁應(yīng)急處置綜合演練等，有效降低橋梁船撞風(fēng)險，防止出現(xiàn)巨大經(jīng)濟(jì)財產(chǎn)損失乃至人員傷亡。本文主要從防船撞系統(tǒng)的角度進(jìn)行分析。

2 橋梁防船撞預(yù)警系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

橋梁防船撞預(yù)警系統(tǒng)（以下簡稱“預(yù)警系統(tǒng)”）主要功能包括船舶航跡監(jiān)測、超高監(jiān)測、視頻監(jiān)測、船撞監(jiān)測、信息發(fā)布（助航信息、虛擬航標(biāo)、電子圍欄等）及預(yù)警等。系統(tǒng)通過超高監(jiān)測預(yù)警船舶的超高事件，通過航跡監(jiān)測預(yù)警船舶的偏航、超速、逆行事件，通過船撞監(jiān)測報警船撞橋事件。預(yù)警系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是船舶航跡和超高監(jiān)測，具體分析如下。

2.1 船舶航跡監(jiān)測技術(shù)

船舶航跡監(jiān)測技術(shù)主要包括AIS、微波雷達(dá)、激光雷達(dá)、圖像識別等技術(shù)。橋梁防船撞預(yù)警系統(tǒng)適合采用AIS、AI圖像和FMCW雷達(dá)監(jiān)測結(jié)合的方案。中國海事局《國內(nèi)航行船舶船載電子海圖系統(tǒng)和自動識別系統(tǒng)設(shè)備管理規(guī)定》（海船舶〔2010〕156號）要求：中國籍沿海200總噸～500總噸航行船舶，參與沿海水上水下施工作業(yè)的自航船舶，所有港作拖輪；航行于內(nèi)河長江干線、珠江干線、京杭運河及黃浦江的100總噸及以上的所有船舶，以及100總噸以下的液貨船和集裝箱船，需要安裝符合要求的A級或B級AIS設(shè)備。據(jù)統(tǒng)計，70%以上的內(nèi)河船舶已安裝AIS設(shè)備。

目前，針對開啟AIS的常規(guī)船舶航跡，宜采用AIS、圖像及雷達(dá)監(jiān)測的航跡融合的方式；對于無/關(guān)閉AIS的船舶可采用圖像、雷達(dá)監(jiān)測的航跡融合的方式，對橋區(qū)船舶航跡情況進(jìn)行監(jiān)測。

2.2 船舶超高監(jiān)測技術(shù)

船舶超高監(jiān)測技術(shù)主要包括激光、圖像識別、雷達(dá)等方法。橋梁防船撞預(yù)警系統(tǒng)適合采用雙光譜圖像識別和激光精確測距計算船舶高度的方案，有效預(yù)警距離遠(yuǎn)、精度高，全天時監(jiān)測預(yù)警。雙光譜圖像分析識別系統(tǒng)主要設(shè)置于橋墩/航道岸邊，水平、垂直檢測示意圖如圖1所示；激光掃描測距系統(tǒng)設(shè)置于橋墩處，水平、垂直檢測示意圖如圖2所示。

圖1 雙光譜圖像分析識別系統(tǒng)檢測示意圖

圖2 激光掃描測距系統(tǒng)檢測示意圖

3 橋梁防船撞系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1 項目概況

湛江東海島至雷州高速公路位于廣東省西南沿海地區(qū)，是廣東省湛江市“四通三環(huán)”大交通格局系統(tǒng)規(guī)劃中“灣區(qū)外環(huán)”的一段，項目橫跨通明海，連接?xùn)|海島與雷州，將沈海高速公路（湛江至徐聞段）、規(guī)劃中的環(huán)雷州半島一級路、湛江海灣大橋西延線等湛江市重要交通干線連接起來。其中，主線跨海大橋橫跨通明海，稱為通明海特大橋，主橋采用半封閉鋼箱組合梁、A形索塔斜拉橋結(jié)構(gòu)，跨徑布置為146m+338m+146m=630m，邊中跨比為0.431∶1，塔的高跨比為0.358∶1。主橋中跨位于R=20000m的豎曲線范圍內(nèi)，與兩側(cè)邊跨順接（縱坡1.8%）。

3.2 防撞智能預(yù)警系統(tǒng)架構(gòu)

橋梁防碰撞智能預(yù)警系統(tǒng)軟件總體架構(gòu)可分為：展現(xiàn)層、業(yè)務(wù)層、數(shù)據(jù)采集/處理層、傳感器設(shè)備層。

系統(tǒng)主要功能指標(biāo)為：（1）具備通航船只航跡、高度、速度檢測功能；（2）具備船只偏航、超高、超速預(yù)警功能；（3）具備事故報警功能；（4）具備事故視頻記錄功能；（5）具備系統(tǒng)設(shè)備自診斷功能；（6）具備云管理平臺，可實現(xiàn)遠(yuǎn)程管理、訪問；（7）具備數(shù)據(jù)備份、查詢、管理功能；（8）具備聲光報警功能；（9）具備助航信息發(fā)布功能；（10）超速預(yù)警距離：AIS系統(tǒng)≥3km；微波雷達(dá)≥3km；（11）超高監(jiān)測距離≥1.5km；偏航監(jiān)測距離≥1.5km。

3.3 防撞智能預(yù)警系統(tǒng)設(shè)備

（1）視頻監(jiān)控設(shè)備：含高清攝像頭、雙光全景攝像機(jī)、NVR（網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)）等，用于監(jiān)視河道及記錄過往船只、事故取證等。

（2）雷達(dá)：用于遠(yuǎn)距離發(fā)現(xiàn)船只，并測量船只距離、角度、速度，輔助“船舶超高、偏航智能檢測設(shè)備”完成偏航、超速檢測。

（3）船舶超高、偏航智能檢測設(shè)備：采用“三光合一”的智能光電吊艙實現(xiàn)船只超高、偏航檢測。

（4）周邊組件：①AIS系統(tǒng)：用于接收船載AIS信息，并給通航船只發(fā)布助航信息；②VHF語音系統(tǒng)：與過往實現(xiàn)語音交互；③水位傳感器：可實時測量河道水位，測算通航高度；④振動傳感器：用于檢測事故，啟動視頻系統(tǒng)進(jìn)行視頻記錄；⑤高音喇叭：用于提醒過往船只，引導(dǎo)過往船只安全通行；⑥LED情報板：發(fā)布助航信息，引導(dǎo)過往船只安全通行。

3.4 防撞智能預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)用效果

本項目中的橋梁防撞智能預(yù)警系統(tǒng)利用智能光電吊艙、微波雷達(dá)、AIS系統(tǒng)等設(shè)備對過往船舶的高度、航跡、航行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，并遠(yuǎn)程管理平臺報送監(jiān)測數(shù)據(jù)。如發(fā)生超高、偏航事件，則通過聲、光等技術(shù)發(fā)出報警信號，同時通過VHF無線電臺、AIS警告相關(guān)船舶，引導(dǎo)船只安全航行，并且自動錄像取證。

大橋防碰撞智能預(yù)警管理平臺（云端系統(tǒng)）能實時查看大橋設(shè)備運行狀態(tài)，可及時發(fā)現(xiàn)預(yù)警事件及事故發(fā)生，以及對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、回放、大數(shù)據(jù)分析，可預(yù)防事故、提高系統(tǒng)運行效率，以及為有關(guān)業(yè)務(wù)部門提供有效的數(shù)據(jù)支撐。

4 結(jié)語

綜上所述，在交通運輸系統(tǒng)中橋梁發(fā)揮著樞紐作用，然而就水上運輸情況來看，船舶撞擊橋梁事故屢有發(fā)生，其不僅受到橋梁建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的影響，也會因為環(huán)境氣候變化、船員操作失誤等導(dǎo)致。基于此情況，為進(jìn)一步降低橋梁船撞風(fēng)險，合理應(yīng)用防船撞系統(tǒng)十分關(guān)鍵，通過實時、全方位監(jiān)測與及時預(yù)警，更好地保障橋梁安全，避免出現(xiàn)不必要損失，確保區(qū)域穩(wěn)定發(fā)展。