探索建設(shè)橋梁通航橋孔實(shí)時(shí)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(diǎn)探索建設(shè)橋梁通航橋孔實(shí)時(shí)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(guò)AIS（船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)）向過(guò)往船舶播發(fā)實(shí)時(shí)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(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：橋梁 橋涵標(biāo) 凈空高度 AIS

1.研究現(xiàn)狀

隨著國(guó)家對(duì)交通設(shè)施的大力投入及沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)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(mén)亟待解決的問(wèn)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(qiáng)橋區(qū)施工期間的管理，落實(shí)安全通航措施；②調(diào)整和完善助航標(biāo)志、橋涵標(biāo)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(bào)警系統(tǒng)等減少船舶撞擊橋梁的損失；⑤采用避碰雷達(dá)、測(cè)速雷達(dá)等對(duì)船舶的實(shí)時(shí)速度進(jìn)行檢測(cè)；⑥采用CCTV監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)船舶進(jìn)行實(shí)時(shí)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(dòng)防撞措施，仍無(wú)法保障船舶的安全航行，無(wú)法杜絕各類撞船事故的發(fā)生，尤其是駕駛員對(duì)橋梁信息掌握不充分而造成的碰撞事故時(shí)有發(fā)生。

2.目前橋梁凈空高度獲取的局限性

目前國(guó)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(biāo)識(shí)不齊全等。對(duì)于水文信息，可通過(guò)VTS中心、航道部門(mén)查詢當(dāng)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(xiǎn)段，相關(guān)部門(mén)在橋墩上設(shè)置倒水尺（見(jiàn)圖1）。過(guò)往船舶可通過(guò)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(guò)通航橋孔。但由于倒水尺安裝在橋梁附近，船舶在白天、能見(jiàn)度良好的前提下，距離橋梁較近時(shí)才能獲取橋梁凈空信息。對(duì)于大型船舶在了解到該信息時(shí)，往往已經(jīng)錯(cuò)過(guò)安全避碰的時(shí)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(shí)時(shí)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(shí)時(shí)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(duì)激光束發(fā)生模塊下方隨水面浮動(dòng)的漂浮體、漂浮體上部激光反射面、激光檢測(cè)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(guò)激光檢測(cè)模塊計(jì)算出橋梁實(shí)時(shí)凈空高度（見(jiàn)圖2）。

橋梁通航孔凈空高度測(cè)量裝置，是通過(guò)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(biāo)的反射后又被激光檢測(cè)模塊接收，通過(guò)同時(shí)記錄激光往返的時(shí)間，經(jīng)過(guò)換算后，就是激光束發(fā)生模塊和被測(cè)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(cè)量干擾的管道，管道內(nèi)尺寸略大于漂浮體的外尺寸。在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，如果沒(méi)有管道，會(huì)造成激光折射和散射，影響測(cè)量精度。管道長(zhǎng)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(guò)，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(biāo)助航系統(tǒng)、AIS短信和聲光警示系統(tǒng)、VHF語(yǔ)音警示系統(tǒng)、系統(tǒng)控制器等部分組成。（見(jiàn)圖3）

電源系統(tǒng)：系統(tǒng)實(shí)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過(guò)控制器傳送到AIS航標(biāo)，AIS航標(biāo)通過(guò)14號(hào)報(bào)文將橋梁凈空高度數(shù)據(jù)播發(fā)，船舶通過(guò)AIS設(shè)備接收并顯示；也可通過(guò)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(cè)請(qǐng)求觸發(fā)實(shí)時(shí)的凈空高度采集，這樣就可以在真正需要時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量

AIS航標(biāo)助航系統(tǒng)：系統(tǒng)裝有一套數(shù)字化AIS航標(biāo)通信管理終端，發(fā)布橋墩AIS航標(biāo)相關(guān)信息，讓船舶通過(guò)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(dòng)判斷駛近或駛離船舶，當(dāng)船舶駛近橋梁500米（距離可調(diào)）時(shí)，系統(tǒng)開(kāi)始通過(guò)AIS航標(biāo)向目標(biāo)船舶播發(fā)警示信息，如“前方橋梁，注意避讓”等信息，當(dāng)駛近100米（距離可調(diào)）時(shí)啟動(dòng)聲光警示系統(tǒng)，此時(shí)AIS短信和聲光警示系統(tǒng)處于同時(shí)工作狀態(tài)；

VHF語(yǔ)音警示系統(tǒng)：系統(tǒng)通過(guò)VHF值守頻道播發(fā)VHF警示信息，讓進(jìn)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(fù)責(zé)各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)的采集、運(yùn)算、管理、控制。

4.展望

橋梁通航橋孔實(shí)時(shí)凈空高度采集與發(fā)布預(yù)警系統(tǒng)簡(jiǎn)單易實(shí)施、安全可靠、實(shí)用性強(qiáng)，能夠及時(shí)有效的檢測(cè)通航橋孔凈空高度，并向過(guò)往船舶發(fā)布，讓船舶駕駛員提前獲取橋梁實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并正確判斷船舶能否安全通過(guò)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(jì)損失。

目前，該系統(tǒng)正在進(jìn)一步擴(kuò)展及優(yōu)化，特別加入船舶檢測(cè)模塊，達(dá)到獲取船舶超出水面高度數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確判斷船舶是否能夠安全通過(guò)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(xiàn)：

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