建設(shè)防止船舶撞擊大壩預(yù)警系統(tǒng)的探析

陳曉蝶

【摘 要】為有效監(jiān)控庫(kù)區(qū)水域船舶，避免其撞擊大壩，提高大壩的安全性，文章探討了防止船舶撞擊大壩的預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)的必要性和可行性，并從功能性及經(jīng)濟(jì)性角度對(duì)實(shí)現(xiàn)預(yù)警系統(tǒng)幾種技術(shù)進(jìn)行比較，為實(shí)現(xiàn)建設(shè)預(yù)警系統(tǒng)提供思路。

【關(guān)鍵詞】大壩船舶預(yù)警;雷達(dá)成像;AIS;視頻監(jiān)控;激光傳感器

【中圖分類號(hào)】TV698.1 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2018）12-0032-02

1 現(xiàn)狀及必要性

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)及水利事業(yè)的不斷發(fā)展，各種水利工程項(xiàng)目變得越來(lái)越多，水利水電大壩工程建設(shè)及運(yùn)行受關(guān)注程度越來(lái)越高，人們也開(kāi)始日益重視大壩的安全。

目前，隨著水上交通運(yùn)輸?shù)牟粩喟l(fā)展，水域流量與安全的矛盾日漸突出，船舶的數(shù)量越多，航道管理的復(fù)雜性越高，對(duì)大壩安全的威脅性也越大。同時(shí)，大壩上游庫(kù)區(qū)河道上有許多打魚船、挖沙船、渡船等船舶，船舶可能會(huì)因?yàn)楣芾聿划?dāng)、水流流速的增大、風(fēng)速過(guò)大等原因脫離控制。而當(dāng)出現(xiàn)失控的船舶時(shí)，若未能及時(shí)預(yù)警和及時(shí)采取措施而任由其發(fā)展，會(huì)對(duì)大壩造成極大的安全隱患。

當(dāng)前大多數(shù)電廠對(duì)于大壩安全，往往能夠做到編制防止大型漂浮物的應(yīng)急預(yù)案及開(kāi)展演練等，但預(yù)警手段多數(shù)還是靠在洪水期人為的目測(cè)。而目測(cè)往往受到視距、視敏度、視野等因素影響，若未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并采取措施，就有可能造成大型漂浮物對(duì)下游大壩產(chǎn)生撞擊，導(dǎo)致大壩潰壩、水工建筑物受損、大壩機(jī)電設(shè)備泄洪閘門受損等，對(duì)大壩安全造成極大危害。而庫(kù)區(qū)運(yùn)行的船舶是最常見(jiàn)的大型漂浮物，因此，為保證大壩安全，構(gòu)造一種對(duì)大壩安全性造成威脅的船舶提出預(yù)警及警告的系統(tǒng)很有必要。

通過(guò)構(gòu)建預(yù)警系統(tǒng)，采用遠(yuǎn)程監(jiān)控報(bào)警代替人工報(bào)警，對(duì)進(jìn)入監(jiān)控范圍內(nèi)的船舶進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和報(bào)警，提高監(jiān)管質(zhì)量與效率，可以使得電廠決策判斷的時(shí)間更為充裕，避險(xiǎn)應(yīng)急能力大大地提高，能夠大大降低事故發(fā)生率，同時(shí)也為附近水域航行、作業(yè)等提供更可靠的保障。

2 預(yù)警的技術(shù)支持

2.1 基于雷達(dá)成像系統(tǒng)的方式

雷達(dá)的工作原理是通過(guò)對(duì)目標(biāo)發(fā)射電磁波再接收反射波來(lái)探測(cè)目標(biāo)。設(shè)備在接收反射波后進(jìn)行處理以此獲取監(jiān)測(cè)目標(biāo)與電磁波發(fā)射點(diǎn)間的距離、目標(biāo)的徑向速度、方位與高度等物理信息。雷達(dá)的基本作用是對(duì)目標(biāo)的探測(cè)、定位和跟蹤。

2.2 基于AIS系統(tǒng)的方式

船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（AIS系統(tǒng)）是由岸基（基站）設(shè)施和船載設(shè)備共同作用組成的一套系統(tǒng)，是基于衛(wèi)星定位的設(shè)備，能夠自動(dòng)發(fā)射和接收船舶識(shí)別信息。AIS消息提供的數(shù)據(jù)包含船舶類型、船長(zhǎng)寬、航行方向、航行速度、航行軌跡等。其主要功能有為對(duì)安裝AIS船載設(shè)備的船舶進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別和信息交流，從而能有效避免船舶碰撞，同時(shí)對(duì)船舶進(jìn)行持續(xù)的監(jiān)視及搜集航行信息。

2.3 基于視頻監(jiān)控系統(tǒng)的方式

視頻監(jiān)控系統(tǒng)是利用視頻技術(shù)來(lái)探測(cè)、監(jiān)視一定區(qū)域并實(shí)時(shí)顯示、記錄現(xiàn)場(chǎng)圖像的電子系統(tǒng)。一般情況下，完整的視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)由攝像、傳輸、控制、顯示和記錄五大部分設(shè)備構(gòu)成。攝像設(shè)備采集視頻圖像信號(hào)后，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)線纜或同軸視頻電纜將視頻圖像傳輸?shù)娇刂圃O(shè)備，控制設(shè)備再將視頻信號(hào)分配到各顯示設(shè)備，以及將視頻圖像信息記錄到存儲(chǔ)設(shè)備中。

2.4 基于激光傳感器的系統(tǒng)

激光作為一種能量高度集中的光源，按照單邊發(fā)射，單邊接收的方式工作，廣泛應(yīng)用于各種復(fù)雜環(huán)境，是現(xiàn)代安防及智能化領(lǐng)域重要的探測(cè)設(shè)備。激光由激光發(fā)射機(jī)發(fā)射出后由激光接收機(jī)接收并處理，形成單束或多束激光束，以此為警戒線，采用遮擋主動(dòng)入侵警報(bào)方式進(jìn)行警報(bào)。

3 各種手段的優(yōu)缺點(diǎn)

雷達(dá)：其最主要的優(yōu)點(diǎn)是受能見(jiàn)度影響小、監(jiān)測(cè)的范圍廣，無(wú)論白天還是黑夜都能監(jiān)測(cè)到遠(yuǎn)距離目標(biāo)，精度高，能較容易地獲取船舶信息，穿透能力強(qiáng)，其作為一種主動(dòng)的監(jiān)測(cè)手段能實(shí)現(xiàn)主動(dòng)監(jiān)測(cè)，但其信號(hào)存在盲區(qū)，對(duì)于被遮擋的目標(biāo)很難監(jiān)測(cè)到，采集到的模擬信號(hào)無(wú)準(zhǔn)確物理含義的關(guān)鍵信息，在惡劣天氣易受雨雪干擾，受復(fù)雜情況影響會(huì)產(chǎn)生假回波等情況。

AIS：其最主要的優(yōu)點(diǎn)在于不存在盲區(qū)，天氣與河道情況影響小，沒(méi)有假回波，有較高的穩(wěn)定性和可靠性，可以克服障礙物遮擋，所監(jiān)測(cè)到船舶的信息比較完善。缺點(diǎn)主要其屬于被動(dòng)式監(jiān)管，只有安裝了AIS設(shè)備的船舶才能被監(jiān)測(cè)到，而且費(fèi)用不低，內(nèi)河航運(yùn)大多數(shù)船舶承擔(dān)不起設(shè)備費(fèi)用，目前還達(dá)不到在我國(guó)內(nèi)河航運(yùn)普遍實(shí)施的條件。

視頻監(jiān)控：目前的視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)能在復(fù)雜的背景中自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)，對(duì)進(jìn)入其監(jiān)測(cè)范圍的目標(biāo)能對(duì)其自動(dòng)識(shí)別，并作出自動(dòng)報(bào)警與判斷。但監(jiān)控視頻的監(jiān)控范圍小盲區(qū)較大。且視頻監(jiān)控機(jī)器視覺(jué)算法不夠精確，需結(jié)合人工輔助才能完成目標(biāo)監(jiān)測(cè)和最終判斷。其主要缺點(diǎn)在于系統(tǒng)受自然環(huán)境條件影響較大，受能見(jiàn)度影響較大，只有天氣晴朗、日照條件良好的情況下才能比較準(zhǔn)確的反映船舶情況，黑夜、雨雪天氣等都會(huì)嚴(yán)重影響它的效果。

激光：激光測(cè)距傳感器有較強(qiáng)的實(shí)時(shí)性、速度較快、探測(cè)距離長(zhǎng)，能保證遠(yuǎn)距離的工作，在同等環(huán)境下，激光的傳輸衰減遠(yuǎn)小于其他同類探測(cè)器，惡劣天氣時(shí)依然能保持較強(qiáng)的穿透能力，減少惡劣天氣時(shí)的誤報(bào)率，監(jiān)測(cè)信息的精度較高，安全可靠隱蔽性好，激光束發(fā)射功率密度大，激光束的方向性極好，因此光能集中，傳輸效率高，同時(shí)它的成本較低，性價(jià)比高。

4 建議

當(dāng)預(yù)算較低時(shí)可以采取激光傳感器系統(tǒng)，比較經(jīng)濟(jì)且性價(jià)比較高。當(dāng)預(yù)算較充裕時(shí)可以幾種技術(shù)相結(jié)合互補(bǔ)，例如在河道上監(jiān)測(cè)船舶的地點(diǎn)設(shè)置雷達(dá)設(shè)備、抓拍控制器、視頻監(jiān)控?cái)z像機(jī)、閃光燈等設(shè)備用于船舶檢測(cè)，同時(shí)捕捉船舶圖片，將采集到的信息存儲(chǔ)至管理機(jī)，并由管理機(jī)進(jìn)行分析后完成兩類信息傳輸，一是將超速船舶信息傳輸給交換機(jī)，二是將采集的超速船舶完整信息和拍照?qǐng)D像傳輸給監(jiān)控中心。同時(shí)，最好是能設(shè)置兩道預(yù)警系統(tǒng)，第一道設(shè)在離大壩較遠(yuǎn)的上游處，能初步的對(duì)船舶信息進(jìn)行分析，第二道設(shè)在離大壩較近的地方，能更加精確地判斷船舶的危險(xiǎn)性。定報(bào)警標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，也可以多定幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，例如5 km預(yù)警、3 km預(yù)警、2 km一般報(bào)警、1 km緊急報(bào)警、500 m緊急報(bào)警等并給出報(bào)警提示和處置措施。

目前，在橋梁防撞、橋墩防撞方面已經(jīng)有不少研究和實(shí)際應(yīng)用的例子可以借鑒參考，當(dāng)建設(shè)大壩防撞系統(tǒng)時(shí)可以以此為參考。

5 預(yù)警后處置

預(yù)警只是手段，當(dāng)出現(xiàn)失控船舶有撞擊大壩的風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，如何在有效預(yù)警的前提下做好處置工作才能真正有效地保證大壩的安全。當(dāng)收到有可疑船舶預(yù)警，首先要判斷該船舶是否失控，若只是正常行駛，可正常通過(guò)引航道、船閘到下游河道，若船舶已失控，在聯(lián)系相關(guān)部門的基礎(chǔ)上，判斷是否滿足臨時(shí)錨泊的條件，若滿足可對(duì)船舶進(jìn)行臨時(shí)錨泊，若錨泊不了且繼續(xù)失控向大壩方向前進(jìn)，在確認(rèn)船上無(wú)人員的情況下可以通過(guò)降低庫(kù)水位，控制閘門開(kāi)度引導(dǎo)船舶通過(guò)溢洪道往下游排，并通知下游大壩管理部門做好準(zhǔn)備。

6 結(jié)語(yǔ)

本文從現(xiàn)狀分析了防止船舶撞擊大壩的預(yù)警的必要性，通過(guò)對(duì)雷達(dá)、AIS、視頻監(jiān)控、激光幾種技術(shù)分析了防止船舶撞擊大壩的預(yù)警的可行性，目前從技術(shù)角度來(lái)看防止船舶撞擊大壩的預(yù)警已經(jīng)能實(shí)現(xiàn)，但是目前實(shí)際應(yīng)用的實(shí)例非常少，除了資金方面的因素，管理方面的因素也是很值得我們探討的。

參 考 文 獻(xiàn)

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