感潮河段的橋梁通航安全預警技術研究與應用

陳志體+李冠鶴+黃少徐+吳曉

摘 要：為避免船舶碰撞橋梁事故的發(fā)生，保障通航安全，本文以東莞航道指揮監(jiān)測系統(tǒng)為例，介紹了該技術體系在橋梁通航安全預警中的具體應用和關鍵技術。

關鍵詞：感潮河段；橋梁通航安全預警；航道公共信息服務系統(tǒng)APP

中圖分類號：U643 文獻標識碼：A 文章編號：1006—7973（2017）11-0014-02

1 概述

近年來，隨著國內(nèi)國民經(jīng)濟的高速增長，內(nèi)河航運事業(yè)迅速發(fā)展，船舶大型化已成為發(fā)展趨勢。在珠三角等地區(qū)的航道改造過程中，由于受經(jīng)費等因素的制約，往往橋梁的通航凈高并未同步得到提升，易發(fā)船舶碰撞橋梁事故。其中最典型的事故是2007年廣東九江大橋被撞，事故直接損失2千多萬；2017年4月1日，珠海一艘載有近一千噸貨物的貨船在通過蓮溪大橋時不慎撞到橋墩，導致蓮溪大橋橋體移位，橋上的自來水管道破裂，造成了巨大的經(jīng)濟損失。

東莞航道橋梁密集，橋梁眾多，轄區(qū)內(nèi)七級以上航道共有橋梁169座，平均2.3公里就有1座，航道經(jīng)多次升級改造后，通航等級普遍提高。但按航道管理的要求，不達標橋梁96座，占比57%，該部分橋梁的防撞措施無法滿足等級多次提升的航道的安全通航要求。橋型眾多，橋區(qū)通航條件十分復雜。同時，由于東莞地處珠江下游地區(qū)，受潮汐的影響較大，轄區(qū)內(nèi)大多為感潮河段，感潮河段最顯著的特點是潮汐對水位的變化影響較大，漲潮時分，在河口段潮波向前推進時，一方面受河床上升和阻力的影響，一方面又受河水下注的阻礙，潮流能力逐漸消耗，造成水位堆疊，尤其是當上游來水較多時，上下游交界處的水位會陡然升高，船主對橋梁的通航凈高易出現(xiàn)誤判現(xiàn)象，極易造成船撞橋梁事故。2010年10月，一艘名為“恒輝01船”的千噸貨船行至東莞萬江大橋時，船舶駕駛樓碰撞到大橋通航孔底渠，事故造成一死一傷，萬江大橋的通行也一度中斷。

針對上述情況，作者依托東莞航道指揮監(jiān)測系統(tǒng)研究了一套多業(yè)務協(xié)同的橋梁通航安全預警技術體系：以航道指揮監(jiān)測系統(tǒng)為核心，采用APP和安裝在橋梁通航孔上方的LED顯示屏兩種途徑提示橋梁的通航條件，以避免船舶撞橋事故的發(fā)生。目前，該系統(tǒng)已在東莞轄區(qū)內(nèi)的東莞水道、倒運海水道等航道上進行了示范應用，對橋梁的防撞預警起到了較好的效果。

2 橋梁通航安全預警功能設計

橋梁通航安全預警的核心是實時監(jiān)測橋梁的通航條件，并將該信息發(fā)布給計劃通過該橋梁的船舶，便于船舶合理規(guī)劃航線、選擇配載，并在臨近橋梁時謹慎駕駛。

系統(tǒng)由橋梁通航條件數(shù)據(jù)的采集、處理和通航凈高顯示三部分組成。

數(shù)據(jù)采集：包括橋梁及近域航道的實時水位、航道斷面高程、橋梁設計凈寬、頂標高以及航道業(yè)務綜合數(shù)據(jù)等。

數(shù)據(jù)處理：通過相應算法處理獲取的實時水位等數(shù)據(jù)得出通航凈高數(shù)據(jù)。

通航凈高顯示：通過“航道公共信息服務系統(tǒng)”APP和安裝于橋梁通航孔上方的LED顯示屏同步展示，提醒過往船舶。

橋梁通航安全預警主要包括如下子系統(tǒng)，如圖1。

2.1 數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)的主要作用是采集橋梁通航安全最基本的三個方面數(shù)據(jù)：包括航道水位實時數(shù)據(jù)、橋梁通航孔立面和航道斷面數(shù)據(jù)。航道實時水位數(shù)據(jù)來源于指揮監(jiān)測系統(tǒng)的水位數(shù)據(jù)或安裝于橋梁附近的實時水位數(shù)據(jù)。航道通航孔和航道斷面數(shù)據(jù)來源于指揮監(jiān)測系統(tǒng)的橋梁基本信息和航道斷面數(shù)據(jù)庫。

2.2 數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)

根據(jù)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)，通過系統(tǒng)處理和相應算法，得出該橋梁的實時通航凈高，并推送給數(shù)據(jù)顯示子系統(tǒng)。

此外，為了防止由于通訊網(wǎng)絡故障及顯示設備異常等問題導致的數(shù)據(jù)誤報現(xiàn)象，系統(tǒng)具備對顯示屏數(shù)據(jù)進行二次復核的功能，對由于設備故障造成的顯示數(shù)據(jù)與系統(tǒng)數(shù)據(jù)不符等異常狀況做智能化的判別和處理，以確保通航凈高顯示數(shù)據(jù)的準確性。

2.3 數(shù)據(jù)展示子系統(tǒng)

經(jīng)系統(tǒng)處理和計算獲得的橋梁通航凈高數(shù)據(jù)，通過航道公共信息服務系統(tǒng)APP和安裝于通航孔上方的LED顯示屏兩種方式傳送給船民。

（1）指揮監(jiān)測系統(tǒng)PC端

在航道指揮監(jiān)測系統(tǒng)的PC端，系統(tǒng)以電子航道圖為載體，顯示航道中各橋梁的實時通航水位、橋梁可通航高度等信息。

（2）航道公共信息服務系統(tǒng)APP

系統(tǒng)涵蓋掌上航道圖、導航規(guī)劃、故障申報、審批查詢、航道天氣、航道新聞、航道通告和系統(tǒng)設置等內(nèi)容。

在橋梁通航安全預警方面的流程如圖2所示：

航道公共信息服務系統(tǒng)以電子航道圖為基礎，顯示當前航行路線和船舶位置，提示通航水位、橋梁通航凈高、航標以及航道通告信息等。當船民到達相應橋梁附近時，系統(tǒng)將該橋梁的通航凈高主動推送給船民，以保障橋梁的通航安全。

（3）LED顯示屏

目前在航道上，傳統(tǒng)的橋梁凈高提示方式是通過安裝于橋梁附近的水尺顯示當前的水位，船民憑經(jīng)驗判斷橋梁的通航凈高，且夜間無法觀測，極易造成誤判撞橋事故的發(fā)生。

安裝于通航孔上方的LED顯示屏將系統(tǒng)獲取的實時水位信息、航道斷面信息，結(jié)合該橋梁的通航設計高度，通過系統(tǒng)的處理和計算，將實時通航凈高顯示在屏幕上，當船舶在到達橋梁之前，可以提醒過往船舶，如圖3所示。

3 應用

目前，橋梁通航安全預警技術已在東莞航道的多處橋梁安裝應用。系統(tǒng)通過“東莞航道公共信息服務系統(tǒng)”APP和LED顯示屏發(fā)布實時通航情況，實現(xiàn)了事前預告和提醒，避免了船民對橋梁通航凈高誤判而導致的撞橋事故。此外，系統(tǒng)在橋梁上同時安裝有視頻監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)對船舶過橋的實時狀況進行全程拍攝，為事后處理提供實景證據(jù)，從船舶出發(fā)到過橋構成一整套橋梁通航安全預警支持，其業(yè)務邏輯如圖4所示。

4 結(jié)束語

橋梁通航安全預警是在航道水位、橋梁通航孔高度和航道斷面數(shù)據(jù)的基礎上，通過計算機處理和相應的算法，獲得橋梁的實時通航凈高，通過“東莞航道公共信息服務系統(tǒng)”APP和LED顯示屏兩種方式發(fā)布橋梁的通航數(shù)據(jù)，并全面監(jiān)測橋梁通航狀況。該技術有助于減少船舶撞橋事故的發(fā)生，有效地保障了橋梁的通航安全。

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