橋區(qū)水域船舶管控主動(dòng)預(yù)警系統(tǒng)研究

施永燦

摘 要：在橋區(qū)水域管理過(guò)程中，管理方需要對(duì)橋區(qū)水域中的船只信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并進(jìn)行反饋共享，廣播船只信息，方便附近船只了解航道情況，避免發(fā)生意外?，F(xiàn)有的防碰撞裝置主要基于紅外探測(cè)技術(shù)，監(jiān)測(cè)效果一般，精度不高，所以本文提出一種橋區(qū)水域管理裝置。該裝置可有效監(jiān)控橋區(qū)水域船舶通航情況，通過(guò)全面監(jiān)測(cè)水上和水下通航物體，防止船只誤入、危險(xiǎn)駕駛，甚至碰撞。

關(guān)鍵詞：橋區(qū)水域;船舶管控;主動(dòng)預(yù)警

Abstract： In the process of water management in the bridge area， the management side needs to monitor the ship information in the water area of the bridge area， and carry out feedback sharing and broadcast the ship information to facilitate the nearby ships to understand the channel conditions and avoid accidents. The existing anti-collision device is mainly based on infrared detection technology， with general monitoring effect and low accuracy. Therefore， this paper proposed a water area management device in bridge area. The device can effectively monitor the navigation of ships in the water area of the bridge area， and prevent the ships from entering， dangerous driving and even collision by comprehensively monitoring the navigation objects on and under the water.

Keywords： bridge area waters;ship control;active warning

近年來(lái)，隨著路網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展和完善，溝通江河兩岸的橋梁建設(shè)項(xiàng)目越來(lái)越多，大型跨河橋梁工程施工水域與航路相互交疊的情況大量出現(xiàn)，不僅改變了船舶習(xí)慣的航路，而且對(duì)大橋施工和管理的各個(gè)階段產(chǎn)生了不同程度的影響。加之船舶發(fā)展不斷趨于大型化，船舶駕駛員不能及時(shí)掌握橋區(qū)水域通航尺度，導(dǎo)致越來(lái)越多的船撞橋事故發(fā)生，橋區(qū)水域船舶安全事故已經(jīng)成為水上交通事故的重要組成部分[1-5]。例如：2017年1月8日晚，一艘散貨船途經(jīng)洪奇瀝水道時(shí)，觸碰到南沙番中公路（省道S111）洪奇瀝大橋南側(cè)橋墩。事故導(dǎo)致橋墩凹陷、鋼筋外露，所幸無(wú)人員傷亡，未造成水域污染。再如：2018年9月24日晚，一艘沙船（空船）失控撞到北環(huán)高速公路廣清立交GF匝道橋橋墩和北環(huán)高速主線白坭河大橋橋墩，其中GF匝道橋橋墩被撞擊后混凝土有較大面積剝落，主線白坭河大橋橋墩被撞擊后，懸掛在橋墩北側(cè)的直徑約1.2 m的自來(lái)水管被撞裂，肇事船被水管卡在橋墩位不能移動(dòng)。因此，研究最大程度上預(yù)防船舶碰撞橋梁事故的發(fā)生，合理地管控橋區(qū)水域船舶，構(gòu)建橋區(qū)水域船舶管控預(yù)警系統(tǒng)，具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)意義。

1 橋梁防撞設(shè)施現(xiàn)狀

橋梁防撞措施大致包括兩部分：主動(dòng)橋梁防撞和被動(dòng)橋梁防撞。主動(dòng)橋梁防撞方法包括：船舶交通服務(wù)系統(tǒng)（Vessel Traffic Services，VTS）、船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（Automatic Identification System，AIS）、船舶警戒系統(tǒng)、設(shè)置橋涵標(biāo)、設(shè)置助航標(biāo)志等。被動(dòng)橋梁防撞方法包括：采用消能緩沖材質(zhì)防撞、重力式防撞墩、人工防撞島等[6-10]。

1.1 主動(dòng)橋梁防撞

1.1.1 VTS系統(tǒng)。VTS系統(tǒng)是利用甚高頻無(wú)線通信系統(tǒng)（Very High Frequency，VHF）和雷達(dá)無(wú)線感知識(shí)別的方式，結(jié)合AIS系統(tǒng)，對(duì)監(jiān)管區(qū)域內(nèi)航行的船舶進(jìn)行實(shí)時(shí)的信息管控和船舶合理調(diào)度[11-13]。在目前的通信領(lǐng)域中，各種通信日新月異，特別是數(shù)字手機(jī)通信發(fā)展迅速。但是，由于水域管理情況特殊，VHF通信在水域管理中受行業(yè)管理要求，其地位和作用無(wú)可替代。同時(shí)，VTS的建設(shè)是由國(guó)家承擔(dān)的政府公共服務(wù)之一，目前僅對(duì)海域及大型港區(qū)提供覆蓋和公共服務(wù)。

1.1.2 AIS系統(tǒng)。AIS系統(tǒng)是采用自組織時(shí)分多址鏈接技術(shù)，在規(guī)定頻段內(nèi)連續(xù)自動(dòng)地播發(fā)本船靜態(tài)、動(dòng)態(tài)、與航次相關(guān)信息及安全短消息，同時(shí)也能自動(dòng)接收周?chē)鞍l(fā)出的這些消息，并與岸基站臺(tái)進(jìn)行信息交換?！秶?guó)際海上人命安全公約》（International Convention for Safety of Life at Sea，SOLAS）規(guī)定，從事非國(guó)際航運(yùn)的500總噸及以上噸位的船舶以及不論尺度大小的客船，都必須安裝AIS系統(tǒng)。目前，內(nèi)河船舶100總噸以上船舶基本都安裝了AIS系統(tǒng)。AIS系統(tǒng)是一個(gè)較好的防撞避碰系統(tǒng)[14-16]。

1.1.3 橋涵標(biāo)。橋涵標(biāo)是橋梁業(yè)主單位建設(shè)落實(shí)的橋梁水域通航助航設(shè)施。橋涵標(biāo)設(shè)置于橋梁上，一般位于通航孔或禁航孔正上方，是規(guī)范船舶航行的重要參考設(shè)備。目前，橋涵標(biāo)的設(shè)置主要存在海區(qū)和內(nèi)河水域混淆、標(biāo)志不清晰、信息固化、在大霧等危險(xiǎn)天氣效能無(wú)法正常發(fā)揮等問(wèn)題。

1.1.4 紅外預(yù)警。目前在橋區(qū)水域管理過(guò)程中，部分業(yè)主單位采用了建立在紅外基礎(chǔ)上的主動(dòng)預(yù)警裝置，從技術(shù)上對(duì)橋區(qū)水域中的船只信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并進(jìn)行反饋共享，廣播船只信息，方便附近船只了解航道情況，避免發(fā)生意外。但是，這種防碰撞裝置主要基于紅外探測(cè)技術(shù)，監(jiān)測(cè)效果一般，精度不高，受水上條件影響較大，誤報(bào)率極高。

1.2 被動(dòng)橋梁防撞

被動(dòng)橋梁防撞也稱(chēng)為結(jié)構(gòu)防撞。傳統(tǒng)橋梁結(jié)構(gòu)防撞方式分為三種。第一種是在橋墩附近建設(shè)固定式防撞墩，船舶不慎偏離航道即將撞擊橋墩時(shí)，會(huì)先撞擊固定式防撞墩，卸去一部分的撞擊力，同時(shí)撞擊的異響會(huì)提醒船員發(fā)生了異常情況，不僅能保護(hù)橋梁自身完整，而且能保護(hù)周邊傳船只的安全。第二種是在橋墩上加裝復(fù)合緩沖材質(zhì)較好的緩沖墩，達(dá)到卸去撞擊力的效果。復(fù)合緩沖材質(zhì)一般采用纖維制成，可以有效將碰撞點(diǎn)的撞擊力向四周擴(kuò)散。第三種是采用復(fù)合材質(zhì)的特殊結(jié)構(gòu)的防撞設(shè)備，這種防撞設(shè)備首先在材質(zhì)上可以將撞擊力分散，其次在結(jié)構(gòu)上也會(huì)有一定的緩沖作用，類(lèi)似于大型彈簧[17-21]。

結(jié)構(gòu)防撞裝置目前被橋梁業(yè)主廣泛接受。但是，從事故統(tǒng)計(jì)來(lái)看，目前發(fā)生的船舶撞橋事故中，結(jié)構(gòu)防撞裝置發(fā)揮的效能基本為零。主要原因是結(jié)構(gòu)防撞對(duì)不同水域和不同船型的效果截然不同。此外，在橋區(qū)水域增設(shè)固定式防撞墩，造成橋區(qū)水域水流繞流，影響船舶操縱，同時(shí)造成涌水現(xiàn)象，抬高橋區(qū)水域水位。主管部門(mén)出于防洪考慮，一般不同意在內(nèi)河水域橋區(qū)范圍建設(shè)結(jié)構(gòu)防撞裝置。

2 橋區(qū)水域船舶管控主動(dòng)預(yù)警系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

為了能研究出有效的電子橋梁防碰撞機(jī)制，研究者對(duì)北環(huán)白坭河船碰橋事故進(jìn)行了仔細(xì)分析。事故當(dāng)晚，船舶順流向南航行，航道彎曲，且當(dāng)時(shí)正退潮，流速約2節(jié)。肇事船舶航行入白坭河橋時(shí)航速仍保持8.1節(jié)，未使用安全航速，離橋較近時(shí)才發(fā)現(xiàn)船舶失控，撞擊白坭河橋橋墩時(shí)航速為6節(jié)左右，最后導(dǎo)致白坭河橋橋墩嚴(yán)重受損，橋上過(guò)橋水管因撞擊而被損壞。通過(guò)調(diào)查可知，船舶投入運(yùn)行后，舵系統(tǒng)發(fā)生多次故障，本次事故發(fā)生時(shí)，船舶左舵柄與舵連桿滑脫，導(dǎo)致船舶操舵時(shí)，左右兩個(gè)舵的舵角無(wú)法保持一致，船舶操舵無(wú)法獲取有效舵效，導(dǎo)致舵機(jī)失效?？梢?jiàn)，事故的主要原因是船員未按安全航速通過(guò)橋梁，并且船員對(duì)橋區(qū)的水道情況不熟悉，以較快的航速通過(guò)彎曲的航道時(shí)，才發(fā)現(xiàn)船舶失控，最終未能在一定時(shí)間內(nèi)采取有效的減速措施，導(dǎo)致事故發(fā)生[22-24]。

事故造成廣州北環(huán)高速公路廣清互通立交GF匝道白坭河大橋0-1、0-2#墩柱蓋梁項(xiàng)部往廣州方向新近位移約3～29 cm，且蓋梁左側(cè)系推算蓋梁頂部相對(duì)泥面處的傾斜量約為26.8～28.5 cm（往收費(fèi)站方向），大橋0-1、0-2#墩柱及樁基均有新鮮開(kāi)裂，且樁基裂縫寬度較大，影響結(jié)構(gòu)安全，大橋梁體暫無(wú)明顯相關(guān)性病害。依據(jù)《公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG/T H21—2011）對(duì)該橋進(jìn)行評(píng)定，該橋受損后被評(píng)定為“5類(lèi)橋”，處于危險(xiǎn)狀態(tài)，直接經(jīng)濟(jì)損失約為千萬(wàn)元。

事故造成廣州北環(huán)高速公路白坭河大橋L15-2#墩距蓋梁底面往下1.2 m處混凝土破損，大橋L15-2#墩等相關(guān)結(jié)構(gòu)物暫無(wú)明顯相關(guān)性病害。

通過(guò)對(duì)北環(huán)白坭河橋案例及洪奇瀝大橋案例進(jìn)行分析，本系統(tǒng)需要從三個(gè)方向進(jìn)行設(shè)計(jì)，即事故前、事故中、事故后。事故前，船員并不知道前方橋梁的具體情況，或者自身沒(méi)有意識(shí)到前方有橋梁，等發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)，已經(jīng)來(lái)不及采取防范措施;事故發(fā)生時(shí)，橋梁管理人員不能及時(shí)獲取橋梁信息，也無(wú)法和船員進(jìn)行通信，導(dǎo)致事故嚴(yán)重化或者復(fù)雜化;事故發(fā)生后，執(zhí)法人員獲取追責(zé)證據(jù)的周期較長(zhǎng)，這主要是因?yàn)槿狈κ占瘶蛄鹤C據(jù)的方法，較難收取證據(jù)，不便對(duì)事故進(jìn)行判罰。該系統(tǒng)是一套較全面的電子橋梁防碰撞系統(tǒng)，從事故前預(yù)防到事故中了解現(xiàn)況，最后到事故后執(zhí)法追責(zé)，都要考慮在內(nèi)。實(shí)現(xiàn)方法是開(kāi)發(fā)一套可以收集單信息點(diǎn)有效數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，把系統(tǒng)軟硬件設(shè)備放在每一個(gè)監(jiān)管信息點(diǎn)中。通過(guò)每個(gè)監(jiān)管信息點(diǎn)收集的信息及反饋，數(shù)據(jù)中心采用大數(shù)據(jù)分析及算法處理，最后將各自通航橋梁的信息、預(yù)警信息及通航建議提供給傳播用戶、監(jiān)管部門(mén)和執(zhí)法部門(mén)。結(jié)合水上專(zhuān)用通信技術(shù)，研究并提出一種橋區(qū)水域的管理裝置，可有效監(jiān)控水域船舶通航情況，通過(guò)動(dòng)力感應(yīng)等全新技術(shù)，全面監(jiān)測(cè)水上和水下通航物體，防止船只誤入、危險(xiǎn)駕駛，甚至碰撞。

該系統(tǒng)由橋梁電子預(yù)警監(jiān)管信息點(diǎn)、數(shù)據(jù)處理中心、監(jiān)控中心、移動(dòng)終端和執(zhí)法單位預(yù)警信息接入端。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2 橋梁電子預(yù)警監(jiān)管信息點(diǎn)模塊介紹

為了達(dá)到水上安全保障功能，系統(tǒng)融合多種水上專(zhuān)用技術(shù)，硬件設(shè)計(jì)如圖2所示。

2.2.1 AIS識(shí)別模塊。結(jié)合船上現(xiàn)有的設(shè)備開(kāi)發(fā)船舶識(shí)別功能，采用AIS船舶識(shí)別技術(shù)識(shí)別接收預(yù)警區(qū)域內(nèi)所有AIS船舶的信息，并指向性發(fā)送AIS預(yù)警短報(bào)文到指定船舶。AIS技術(shù)采用標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文中規(guī)定的22種不同類(lèi)型的幀，其中不僅包括傳輸船舶動(dòng)態(tài)和靜態(tài)信息，還包括與互通各模塊或者網(wǎng)絡(luò)層傳輸?shù)男畔ⅰ?/p>

經(jīng)過(guò)后期開(kāi)發(fā)解析，將該模塊船舶信息疊加到電子海圖中，以達(dá)到船舶信息實(shí)時(shí)更新的效果。為方便業(yè)主監(jiān)管，系統(tǒng)AIS識(shí)別模塊可根據(jù)業(yè)主需求，在電子海圖中設(shè)置預(yù)警區(qū)域、虛擬航道、信號(hào)覆蓋圈等定制化功能。在特定橋區(qū)，也可以在電子海圖上顯示來(lái)往船舶的通航軌跡，方便相關(guān)部門(mén)輔助執(zhí)法。AIS識(shí)別模塊覆蓋范圍相當(dāng)廣泛，AIS船臺(tái)機(jī)也是船舶必備的安全設(shè)備。該模塊可以讓船舶第一時(shí)間接收到設(shè)備發(fā)送的橋梁信息，是該系統(tǒng)建立船橋通信的手段之一。結(jié)合北環(huán)白坭河橋的案例，假設(shè)船員在離橋安全距離內(nèi)通過(guò)系統(tǒng)發(fā)送的預(yù)警AIS信息發(fā)現(xiàn)前方有橋梁，并且了解前方的橋梁實(shí)時(shí)信息，提高警惕，提前發(fā)現(xiàn)船舶自身的問(wèn)題，那么將會(huì)有更長(zhǎng)的應(yīng)急時(shí)間處理突發(fā)問(wèn)題，及時(shí)采取良好的對(duì)應(yīng)措施。

2.2.2 甚高頻通信（VHF）模塊。本系統(tǒng)的VHF采用技術(shù)加裝，覆蓋水域可調(diào)控，僅對(duì)橋區(qū)水域船舶進(jìn)行指向性管理，避免VHF通信干擾。VHF主要應(yīng)用在水上通信領(lǐng)域，主要工作頻率為156～174 MHz，是重要的水上通信手段。其主要功能是實(shí)現(xiàn)與來(lái)往船舶的通信預(yù)警功能，當(dāng)船舶進(jìn)入預(yù)警橋區(qū)水域后，該模塊可自動(dòng)向船舶發(fā)送橋區(qū)情況，輔助船舶安全通航。為了解決監(jiān)管部門(mén)與船舶通信的問(wèn)題，目前開(kāi)發(fā)了可將陸地上數(shù)字通信與水上無(wú)線電通信相融合的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與船舶之間的有效通信，是突發(fā)情況監(jiān)管部門(mén)與船舶應(yīng)急通信的重要工具。船舶需要根據(jù)海事部門(mén)規(guī)定使用VHF作為水上通信手段。

VHF無(wú)線電通信是船舶的通信方式，在船舶行駛過(guò)程中，必須24 h開(kāi)著VHF無(wú)線電通信設(shè)備。利用甚高頻通信（VHF）模塊能更加有效地將橋梁信息或者預(yù)警信息告知給船員，使船員安全通航。即使船舶因疏忽沒(méi)能及時(shí)留意AIS模塊發(fā)送的信息，VHF通信模塊也會(huì)將安全信息以語(yǔ)音的形式告知船員。

2.2.3 雷達(dá)識(shí)別模塊。本系統(tǒng)采用定制化小目標(biāo)精測(cè)雷達(dá)，雷達(dá)識(shí)別運(yùn)用微波偵測(cè)技術(shù)，對(duì)預(yù)警區(qū)域進(jìn)行精確掃描。當(dāng)船舶進(jìn)入雷達(dá)掃描范圍時(shí)，雷達(dá)將掃描到的信息通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)傳送到數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心通過(guò)數(shù)學(xué)模型解析出目標(biāo)的位置、距離、方位、速度等信息，將目標(biāo)在電子海圖上實(shí)時(shí)顯示出來(lái)，并顯示其運(yùn)動(dòng)軌跡。若發(fā)現(xiàn)異常情況，則發(fā)出報(bào)警信息至后臺(tái)監(jiān)管平臺(tái)，同時(shí)在軟件端發(fā)出報(bào)警，并聯(lián)動(dòng)橋區(qū)甚高頻通信（VHF）模塊、LED大屏等告警模塊對(duì)異常船舶進(jìn)行提醒。

2.2.4 檢測(cè)模塊。對(duì)于橋區(qū)水域自然環(huán)境動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)檢測(cè)模塊，采用紅外感知技術(shù)及水流感應(yīng)技術(shù)等制作出凈空測(cè)高模塊及紅外測(cè)高模塊等數(shù)種高精密實(shí)時(shí)傳感器，全天候采集橋區(qū)預(yù)警水域的橋區(qū)情況，如風(fēng)速、流速及實(shí)時(shí)凈空高度等。采集數(shù)據(jù)經(jīng)處理后上傳到數(shù)據(jù)中心進(jìn)行保存與分析。

2.2.5 預(yù)警模塊。系統(tǒng)采用高性能處理單元，將橋區(qū)的實(shí)時(shí)信息與數(shù)據(jù)中心橋區(qū)的信息進(jìn)行匹配，進(jìn)行判斷并作出反饋。若輸出異常信息，則要通過(guò)通信模塊把指令下發(fā)給信息點(diǎn)、監(jiān)管中心及執(zhí)法部門(mén)，各信息點(diǎn)收到指令后執(zhí)行告警操作。

2.2.6 CCTV監(jiān)控模塊。CCTV監(jiān)控模塊采用水上高精密紅外夜視攝像設(shè)備，聯(lián)動(dòng)雷達(dá)識(shí)別模塊，自動(dòng)抓拍來(lái)往異常行為，并且實(shí)時(shí)將信息上傳到數(shù)據(jù)處理中心。

2.2.7 外延裝置模塊。橋區(qū)水域管理裝置包括設(shè)置在橋梁或岸/船基上的向過(guò)往船舶發(fā)送和接收信息的AIS模塊，用于發(fā)送給過(guò)往船舶信息的VHF模塊及設(shè)置在橋梁或岸/船基上的預(yù)警信息裝置。其中，預(yù)警信息裝置包括設(shè)置在橋梁或岸/船基一側(cè)的控制箱，控制箱頂端一側(cè)設(shè)有聲光報(bào)警器和光電雷達(dá)?？刂葡鋬蓚?cè)均連接有無(wú)線信號(hào)裝置，且兩個(gè)無(wú)線信號(hào)裝置與水上設(shè)置的不等距分布的浮標(biāo)裝置無(wú)線連接。浮標(biāo)裝置內(nèi)部設(shè)置無(wú)線網(wǎng)絡(luò)收發(fā)模塊;頂部設(shè)有檢測(cè)裝置，且檢測(cè)裝置內(nèi)部設(shè)置有AIS模塊、VHF模塊和檢測(cè)傳感器;浮標(biāo)裝置底部設(shè)有動(dòng)力傳感器?？刂葡涞撞?jī)蛇呂恢锰幘袃A斜設(shè)置的超聲波速度傳感器，控制箱一側(cè)中間位置處設(shè)有高清攝像頭，控制箱內(nèi)設(shè)有微處理器以及與微處理器進(jìn)行電性連接的供電模塊，微處理器連接有無(wú)線網(wǎng)絡(luò)收發(fā)模塊，且微處理器通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)收發(fā)模塊與AIS模塊和VHF模塊進(jìn)行通信連接，高清攝像頭、超聲波速度傳感器和聲光報(bào)警器均與微處理器形成電性連接。

使用時(shí)，將控制箱安裝到橋梁或岸/船基的一邊，保持高清攝像頭處于水平狀態(tài)。當(dāng)船只靠近延伸的浮標(biāo)裝置時(shí)，檢測(cè)傳感器反饋信號(hào)，根據(jù)不同檢測(cè)傳感器反饋的信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)船只位置的定位;通過(guò)超聲波速度傳感器反饋船只的速度情況;通過(guò)高清攝像頭采集船只照片，并與標(biāo)準(zhǔn)照片進(jìn)行比對(duì)，結(jié)合光電雷達(dá)采集的信息，反饋船只是否有撞擊橋梁或岸/船的危險(xiǎn)，通過(guò)聲光報(bào)警器進(jìn)行預(yù)警，通過(guò)VHF模塊和AIS模塊傳播船只信息。預(yù)警裝置示意圖如圖3所示。

2.2.8 移動(dòng)終端。移動(dòng)終端或APP或小程序是系統(tǒng)不可或缺的重要組成部分。船舶使用者可以通過(guò)移動(dòng)終端，實(shí)時(shí)輸入船舶信息及方位，主動(dòng)了解橋梁通航情況，以實(shí)現(xiàn)安全通航。若船舶在當(dāng)前預(yù)警水域偏航或者超高，也可以通過(guò)AIS短報(bào)文或VHF兩種方式接收來(lái)自系統(tǒng)的告警信息。結(jié)合北環(huán)白坭河橋的案例，如果船員收到了移動(dòng)終端的智能提示，發(fā)現(xiàn)船舶偏航或者無(wú)法控制，可以立刻在移動(dòng)終端上聯(lián)系相關(guān)部門(mén)，相關(guān)部門(mén)第一時(shí)間收到求救或者緊急信息，及時(shí)調(diào)動(dòng)系統(tǒng)信息定位船舶位置，從而進(jìn)行救援;或者結(jié)合橋梁現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備及情況，告知船員有效的應(yīng)對(duì)方法，避免事故發(fā)生。

2.3 數(shù)據(jù)處理中心

設(shè)備的信息處理及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)離不開(kāi)計(jì)算服務(wù)器及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備，系統(tǒng)的運(yùn)算能力取決于數(shù)據(jù)中心的整體綜合計(jì)算能力。數(shù)據(jù)處理中心是系統(tǒng)的核心。因此，為了提高系統(tǒng)的安全性、冗余性及可拓展性，數(shù)據(jù)處理中心采用雙處理中心——“云服務(wù)+本地服務(wù)中心”架構(gòu)，主數(shù)據(jù)處理中心設(shè)置在本地中心機(jī)房，副數(shù)據(jù)處理中心設(shè)置在云上。遇到突發(fā)情況，硬件設(shè)備做到主備中心無(wú)間斷切換，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境上做到自動(dòng)計(jì)算最優(yōu)路徑，加快系統(tǒng)計(jì)算能力，保障系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

系統(tǒng)與數(shù)據(jù)中心的用戶接口設(shè)計(jì)成B/S架構(gòu)。B/S架構(gòu)的全稱(chēng)為Browser/Server，即瀏覽器/服務(wù)器結(jié)構(gòu)。Browser指的是Web瀏覽器，極少數(shù)事務(wù)邏輯在前端實(shí)現(xiàn)，但主要事務(wù)邏輯在服務(wù)器端實(shí)現(xiàn)。B/S架構(gòu)的系統(tǒng)無(wú)須特別安裝，只有Web瀏覽器即可。

B/S架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：客戶端無(wú)須安裝，有Web瀏覽器即可。B/S架構(gòu)可以直接放在廣域網(wǎng)上，通過(guò)一定的權(quán)限控制實(shí)現(xiàn)多客戶訪問(wèn)的目的，交互性較強(qiáng)。B/S架構(gòu)無(wú)須升級(jí)多個(gè)客戶端，升級(jí)服務(wù)器即可?？梢噪S時(shí)更新版本，而無(wú)須用戶重新下載更新。

2.4 橋區(qū)水域船舶管控主動(dòng)預(yù)警系統(tǒng)內(nèi)嵌人工智能

從微觀角度來(lái)看，每一個(gè)橋梁監(jiān)控信息點(diǎn)都是擁有獨(dú)立計(jì)算能力的橋梁電子防撞系統(tǒng)，根據(jù)預(yù)警區(qū)域的實(shí)時(shí)情況，將本地橋梁及船舶情況反饋給橋梁監(jiān)管部門(mén)或者船舶駕駛員。從宏觀的角度，每一個(gè)橋梁水域監(jiān)控信息點(diǎn)可以理解成一個(gè)局部的“感知器”。這些“感知器”將接收到的信息傳達(dá)給數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的智能學(xué)習(xí)、分析、演算后，形成范圍內(nèi)擁有人工智能預(yù)警能力的橋區(qū)水域船舶管控主動(dòng)預(yù)警系統(tǒng)。

對(duì)于復(fù)雜的橋區(qū)水域通航環(huán)境，船舶多數(shù)會(huì)憑借經(jīng)驗(yàn)通過(guò)橋梁水域。但是，船舶碰撞橋梁事故往往都是由于經(jīng)驗(yàn)不足或經(jīng)驗(yàn)太充分導(dǎo)致罔顧安全而導(dǎo)致的。橋區(qū)水域船舶管控主動(dòng)預(yù)警系統(tǒng)可以從兩方面達(dá)到預(yù)警船舶避碰的功能：第一，通過(guò)AIS、VHF通信模塊，將橋梁的實(shí)時(shí)通航情況通過(guò)AIS短報(bào)文及VHF語(yǔ)音播報(bào)在規(guī)定的無(wú)線電頻道傳達(dá)給來(lái)往船舶;第二，船舶駕駛者可通過(guò)移動(dòng)終端實(shí)時(shí)輸入自己船舶的信息及方位，主動(dòng)了解橋梁通航情況，以實(shí)現(xiàn)安全通航。若船舶在當(dāng)前預(yù)警水域偏航或者超高，也可以通過(guò)AIS、VHF接收到來(lái)自系統(tǒng)的告警信息。

系統(tǒng)后臺(tái)可記錄各橋梁的實(shí)時(shí)信息，包括實(shí)時(shí)凈空高度、船舶信息、實(shí)時(shí)水域監(jiān)控視頻、異常通告等。要為監(jiān)管部門(mén)提供可視化的操作后臺(tái)，方便監(jiān)管部門(mén)了解各地橋梁的情況。一旦收到某橋區(qū)的異常告警，監(jiān)管部門(mén)可通過(guò)軟件或者Web界面告知執(zhí)法部門(mén)異常情況，對(duì)異常情況進(jìn)行緊急處理。對(duì)于橋梁管理方或者船舶駕駛者來(lái)說(shuō)，事前預(yù)警，哪怕只是一個(gè)溫馨提示，都可以在事故發(fā)生前的關(guān)鍵時(shí)刻發(fā)揮關(guān)鍵作用，其價(jià)值往往不可限量。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)施場(chǎng)景

3.1 實(shí)施場(chǎng)景A

將外延裝置安裝在橋區(qū)水域兩岸，也可以安裝在橋區(qū)水域浮標(biāo)系統(tǒng)中，該模塊的作用是擴(kuò)大預(yù)警防撞的預(yù)警范圍。本文以外延浮標(biāo)裝置為例進(jìn)行說(shuō)明。浮標(biāo)裝置包括頂部設(shè)置的航標(biāo)燈，航標(biāo)燈連接有浮標(biāo)體，且浮標(biāo)體底部卡接有中空半球罩，浮標(biāo)裝置之間通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接。

本裝置可更精準(zhǔn)反饋水上和水下通航物體位置、型寬、水線以上高度等數(shù)據(jù)，測(cè)量水流流速、水位等情況，能有效管理水域，預(yù)防船只碰撞。

通過(guò)設(shè)置的浮標(biāo)裝置，結(jié)合設(shè)置的各種檢測(cè)傳感器、聲吶式液位傳感器，可以更加精準(zhǔn)地反饋船只位置及水位情況，精度更高，能更加有效地預(yù)防船只碰撞;結(jié)合設(shè)置的速度傳感器，方便檢測(cè)船只速度;結(jié)合設(shè)置的聲光報(bào)警器，方便即時(shí)預(yù)警，避免船只與橋梁或岸/船發(fā)生碰撞;結(jié)合設(shè)置的電機(jī)和葉輪，方便調(diào)整浮標(biāo)的位置，操作簡(jiǎn)單。

3.2 實(shí)施場(chǎng)景B

將各個(gè)浮標(biāo)裝置設(shè)置在水下利用導(dǎo)線連接，將浮標(biāo)裝置與控制箱實(shí)行有線電連接，這樣既可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線信號(hào)的連接，又可以實(shí)現(xiàn)有線控制。其余裝置的連接方法、設(shè)置方法和功能原理與實(shí)施例1相同。

4 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的橋梁水域主動(dòng)管控系統(tǒng)，能讓船舶駕駛員提前了解當(dāng)?shù)貥蛄旱默F(xiàn)狀，使管理人員清楚當(dāng)?shù)氐脴蛄杭八驅(qū)崟r(shí)情況，也可使執(zhí)法部門(mén)通過(guò)有效的視頻、音頻等證據(jù)，追究相應(yīng)人員的責(zé)任。同時(shí)，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了“互聯(lián)網(wǎng)+大數(shù)據(jù)+人工智能”，在一定程度上保障了水上航運(yùn)及陸上橋梁交通的協(xié)同發(fā)展，對(duì)未來(lái)實(shí)現(xiàn)智慧交通具有一定的參考作用。

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