主動預(yù)警裝置在廣西托洲大橋中的應(yīng)用

中圖分類號：U446.2 文獻標識碼：A DOl：10.13282/j.cnki.wccst.2025.01.058

文章編號：1673-4874（2025）01-0198-03

0 引言

橋梁在公路網(wǎng)中起到跨越山河湖海的作用。隨著公路建設(shè)的發(fā)展，跨航道橋梁數(shù)量增多，而船舶與橋墩碰撞事件也時有發(fā)生，橋梁與船舶碰撞隱患治理在行業(yè)中逐步引起重視。以廣東九江大橋為例，其非通航孔橋墩被2000噸級船舶撞擊倒塌，導(dǎo)致200m橋面垮塌，8人死亡。據(jù)不完全統(tǒng)計，三大水系干線上發(fā)生的船撞橋事件已超過350起。造成碰撞事件的原因有操作失誤、船舶故障、航道狀況不佳等。對歷年事故進行統(tǒng)計分析，人為因素占 64% ，居首位。出現(xiàn)這種情況的原因是駕駛員的駕駛技術(shù)、心態(tài)以及特殊情況下對船舶的性能、橋下凈高判斷失誤等。但以往橋梁防撞以被動為主，缺乏在事故出現(xiàn)征兆前進行有效的提醒和預(yù)警[1-4]。主動預(yù)警裝置是集成自動跟蹤、監(jiān)測及預(yù)警的系統(tǒng)，能對船舶異常行為主動發(fā)出警告，所以在有傳統(tǒng)防撞設(shè)施后也有必要增加主動預(yù)警裝置，降低碰撞事故的發(fā)生。

1現(xiàn)狀分析研究

托洲大橋建成于2003年，橋跨結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，全長 530.00m ，主橋為 （50+2×90+50） m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，引橋為 8×30 m先簡支后連續(xù)預(yù)應(yīng)力混凝土T型梁。內(nèi)河Ⅱ級航道，通航孔凈寬為 60m 通航凈高為 ，現(xiàn)狀使用的通航孔為 墩之間孔。本橋在 墩設(shè)有橋涵標、橋柱燈、側(cè)面浮標等助航設(shè)施，墩身上設(shè)置由錨鏈連接浮筒組成的整體防撞設(shè)施。橋梁最近一次技術(shù)狀況評定等級為2級，結(jié)構(gòu)無安全隱患。

通過調(diào)研走訪、現(xiàn)場踏勘等方式收集通航船舶等基礎(chǔ)資料，顯示在2017一2019年三年中，平均每天通航 艘，1000噸級以上船型為主力船型。

2主動預(yù)警應(yīng)用

2.1主動預(yù)警裝置情況

橋梁主動預(yù)警系統(tǒng)主要由雷達監(jiān)測站和監(jiān)控中心構(gòu)成。雷達監(jiān)測站主要包括激光雷達、跟蹤攝像機、監(jiān)視攝像機、AIS基站、VHF電臺、聲光報警器、水位計、LED顯示屏、數(shù)據(jù)處理單元器等設(shè)備。監(jiān)控中心的組成包括系統(tǒng)服務(wù)器、系統(tǒng)工作站、顯示器、硬盤錄像機等設(shè)備。

系統(tǒng)設(shè)計的主要功能包括船舶超高、偏航、超速、水位及電子圍欄檢測報警，自動發(fā)布管制信息、數(shù)據(jù)統(tǒng)計及查找等。

系統(tǒng)采用的架構(gòu)模式是現(xiàn)場系統(tǒng)一服務(wù)器一用戶（監(jiān)管人員），即B/S模式，將現(xiàn)場控制系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)，通過光纖或4G信號上傳到服務(wù)器儲存、查詢、備份等，用戶可隨時隨地訪問預(yù)警系統(tǒng)平臺，查看各項參數(shù)信息。

主動預(yù)警系統(tǒng)通過以下流程進行工作（圖1）：從某個事件開始，雷達調(diào)取任務(wù)區(qū)域參數(shù)進入警戒模式 → 雷達進行任務(wù)區(qū)域內(nèi)目標檢測、跟蹤 → 雷達跟蹤運動目標形成航跡 → 雷達引導(dǎo)攝像機進入自動跟蹤模式 → 攝像機輪巡跟蹤 → 攝像機自動抓拍 → 提供分析取證圖像 → 目標超高、超速、偏航監(jiān)測 → 超高、超速、偏航預(yù)警 → VFH/廣播聯(lián)動警告、LED信息聯(lián)動顯示 → 結(jié)束。同時在雷達監(jiān)測中進行算法跟蹤模式。

2.2主動預(yù)警裝置在托洲大橋的應(yīng)用

托洲大橋 和 孔為通航孔，故該項目在大橋現(xiàn)場僅對 墩安裝雷達監(jiān)測站各一套。在點位1、2處即 墩頂上下游側(cè)各安裝1套激光雷達、1臺跟蹤攝像機、2套監(jiān)視攝像機，在定位2、3處即通航孔跨中安裝2套聲光報警器、1套水位計、2套LED顯示屏，在點位5處即橋臺安裝1套AIS船舶自動識別系統(tǒng)基站、1套VHF電臺等設(shè)備，詳見圖2。部分關(guān)鍵設(shè)備參數(shù)見表

監(jiān)控中心設(shè)備組成包括：一臺系統(tǒng)服務(wù)器用于設(shè)置云平臺服務(wù)器；一臺系統(tǒng)工作站用于安裝預(yù)警平臺軟件；現(xiàn)場設(shè)置一套橋梁防撞主動預(yù)警系統(tǒng)平臺用于現(xiàn)場設(shè)備實現(xiàn)船舶助航預(yù)警、船舶資料實時查詢、虛擬航標、偏航事件、電子圍欄、檢測設(shè)備、圖片上傳等功能；一套激光雷達船舶三維掃描系統(tǒng)，用于通過激光雷達設(shè)備，對航道通行實行超高偏航監(jiān)測，點云三維識別技術(shù)生成船舶立體三維圖像，發(fā)現(xiàn)超高偏航船舶觸發(fā)報警，保護橋梁、橋墩。

設(shè)備安裝完畢后，操作人員還需要在預(yù)警系統(tǒng)平臺對預(yù)警水位、船速等聞值進行設(shè)定，并對橋區(qū)周圍水域按照下游預(yù)警區(qū)域、上游預(yù)警區(qū)域、上游偏航區(qū)域及下游偏航區(qū)域進行劃分，讓系統(tǒng)有效識別各類事件。托洲大橋主動預(yù)警系統(tǒng)各項性能指標如下。

（1）系統(tǒng)檢測能力：在晴天的氣象條件下，系統(tǒng)應(yīng)能可靠監(jiān)視雷達監(jiān)測區(qū)域內(nèi)100GT及以上船舶的運動狀態(tài)；在16mm/h降雨的氣象條件下，系統(tǒng)應(yīng)能可靠監(jiān)視雷達監(jiān)測域內(nèi)500GT及以上船舶的運動狀態(tài)。

（2）系統(tǒng)跟蹤能力：具有高速船監(jiān)測能力，系統(tǒng)應(yīng)能跟蹤目標最高速度 ；應(yīng)能自動引導(dǎo)攝像機聯(lián)動跟蹤航行船舶。在航道上，船舶上、下行航向測量準確率為 100% o

（3）系統(tǒng)識別能力：具有航行船舶識別能力，系統(tǒng)聯(lián)動視頻跟蹤時，應(yīng)能指示雷達目標與對應(yīng)在視頻畫面上的船舶目標，并有指示標識，對應(yīng)指示準確率為 100% 。

（4）系統(tǒng)抓拍能力：具有航行船舶抓拍能力，系統(tǒng)應(yīng)能自動抓拍航行船舶，并存儲和輸出抓拍圖。實時船舶通過圖像采集準確率 298% 。

（5）系統(tǒng)預(yù)警能力：具有偏航預(yù)警能力，系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)航行船舶偏離航道時，應(yīng)能自動聲音預(yù)警和偏離區(qū)域變色預(yù)警。

（6）系統(tǒng)流量監(jiān)測能力：具有密度觀測能力，系統(tǒng)應(yīng)能統(tǒng)計雙向航行船舶數(shù)量，形成流量統(tǒng)計表輸出。在航船舶（包含船隊）數(shù)量測量準確率 298% 。

（7）信息記錄重放能力：系統(tǒng)應(yīng)具有雷達數(shù)據(jù)、AIS數(shù)據(jù)的多媒體同步記錄與重放能力，記錄信息可異地利用通用媒體播放器重放，連續(xù)記錄時間應(yīng)保證雷達數(shù)據(jù)、AIS數(shù)據(jù)等

（8）系統(tǒng)擴展能力：系統(tǒng)雷達數(shù)據(jù)處理、綜合處理等應(yīng)具有進一步擴展的能力；系統(tǒng)硬件應(yīng)易于更新、軟件應(yīng)易于升級。

（9）系統(tǒng)工作可靠性：系統(tǒng)有效度"≥99.9% ，系統(tǒng)每年故障失效的時間應(yīng)"

（10）工作環(huán)境：轄區(qū)自然條件惡劣，濕度、風(fēng)速較大，對設(shè)備的工作環(huán)境要求較高，系統(tǒng)工作環(huán)境主要考慮抗大雨、大風(fēng)和高濕度、溫度、鹽度和粉塵的要求。具體在下列環(huán)境條件下，系統(tǒng)應(yīng)能正常工作：在風(fēng)速為 45m/s時系統(tǒng)能正常工作，在風(fēng)速為""s時不損壞；系統(tǒng)有夜間和霧天服務(wù)能力；室外設(shè)備在濕度為 98% 、室內(nèi)設(shè)備在濕度為 95%時能正常工作，系統(tǒng)具有抗鹽霧和粉塵能力；室外設(shè)備在""、室內(nèi)設(shè)備在5""時能正常工作。

2.3主動預(yù)警系統(tǒng)實施效果

主動預(yù)警系統(tǒng)運行后，托洲大橋通航安全性得到提高，取得如下效果：

（1）主動預(yù)警系統(tǒng)對過往船舶進行通航播報及安全預(yù)警提示，從2023年1月正式運行以來，全年共發(fā)出預(yù)警總數(shù)23657次，超速261次，偏航4346次，超高6次。

（2）主動預(yù)警系統(tǒng)平臺可查看船舶軌跡、資料等信息，并能通過攝像頭實時查看現(xiàn)場情況。

（3）提前預(yù)警能有效預(yù)防運營期橋梁被船撞的概率，延長橋梁的使用年限，保障橋梁安全。

（4）實現(xiàn)對橋梁本身、周圍環(huán)境等可視化管理，提升養(yǎng)護水平。

（5）主動預(yù)警系統(tǒng)運行以來各項設(shè)備穩(wěn)定且訪問便捷，用戶可隨時隨地訪問平臺，掌握橋梁通航情況。

3結(jié)語

主動預(yù)警裝置的加裝，實現(xiàn)了對橋區(qū)水情、通航孔凈空尺度及船舶狀態(tài)的實時檢測，對異常情況能及時發(fā)出預(yù)警信號，尤其是通航凈空尺寸不足的情況下，大大降低了人為引起的事故。同時，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果，按照規(guī)范要求增加通航凈高標牌、主標志、通航凈高標尺、橋名標志、實時凈空高度值顯示標志等通航標識。

參考文獻

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