專利名稱：防止物體撞擊橋梁的預警方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及預警技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及ー種防止物體撞擊橋梁的預警方法。
背景技術(shù)：
為了防止物體，例如船舶，撞擊橋梁，而造成財產(chǎn)損失和阻礙水路交通，有必要設(shè)置預警系統(tǒng)，對物體的撞擊提前進行預警。船舶交通管理系統(tǒng)(VTS系統(tǒng))可以對數(shù)公里至數(shù)百公里的水面區(qū)域中的多個目標進行有效地定位、跟蹤。因此，可以借鑒VTS的經(jīng)驗，在橋基上布設(shè)雷達設(shè)備，來監(jiān)控橋址區(qū)域的船舶航行行為。VTS系統(tǒng)預先判斷撞擊危險，對可能撞擊橋梁的船舶提前發(fā)出警報，從而降低船舶撞擊橋梁的危險。但是，目前采用VTS系統(tǒng)存在以下不足(I)VTS系統(tǒng)中的雷達為微波雷達設(shè)備，造價高昂；(2)雷達建立跟蹤的時間太長，達ー個天線掃描周期，這不適于對港區(qū)內(nèi)機動目標快速建立穩(wěn)態(tài)跟蹤；(3)雷達適于在大范圍的水面區(qū)域進行跟蹤，而對于交通密集的港口水域的目標，跟蹤混跡現(xiàn)象較嚴重，兩船間檢測和跟蹤的分辨率較低；(4)雷達設(shè)備不能探測出船舶的外形尺寸數(shù)據(jù)，從而無法確定船舶是否會撞擊橋梁所需的船舶外形這個基本數(shù)據(jù)，也就無法準確地進行預警；(5) VTS系統(tǒng)是對大范圍水面區(qū)域進行檢測的船舶交通管理系統(tǒng)，并非專門為檢測橋梁的撞擊而設(shè)計的。因此，將VTS系統(tǒng)用于檢測橋梁，檢測效果并不理想，但成本又極高。因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員一直致力于開發(fā)一種成本低、預測精度高的防止物體撞擊橋梁的預警方法。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種成本低廉、預測準確的防止物體撞擊橋梁的預警方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了ー種防止物體撞擊橋梁的預警方法，包括以下步驟A)、利用探測裝置實時探測并獲得物體的位置數(shù)據(jù)和尺寸數(shù)據(jù)。B)、記錄并存儲所述物體的位置數(shù)據(jù)和尺寸數(shù)據(jù)。C)、根據(jù)所述位置數(shù)據(jù)和所述尺寸數(shù)據(jù)，分析所述物體過去的運行狀態(tài)和當前的運行狀態(tài)。D)、根據(jù)所述物體過去的運行狀態(tài)和當前的運行狀態(tài)，預測所述物體未來的運行狀態(tài)。E)、根據(jù)所述物體未來的運行狀態(tài)，估算所述物體未來撞擊橋梁的可能性。
F)、如果所述物體未來撞擊橋梁的可能性大于或等于預設(shè)的閥值時，啟動報警；如果所述物體未來撞擊橋梁的可能性小于所述預設(shè)的閥值吋，則返回步驟A)。
進ー步地，所述步驟F)后還包括步驟G)，所述物體進行自矯正；如果所述物體的自矯正成功，則解除報警。進ー步地，所述步驟G)后還包括步驟H)，所述物體的自矯正失敗，則對所述物體進行外力干預并解除報警。進ー步地，所述外力干預為對所述物體進行攔截。進ー步地，所述報警的方式為顯示屏顯示報警信息、聲音報警、激光掃射報警的其中之一或所述報警方式的任意結(jié)合。進ー步地，所述物體的所述運行狀態(tài)的數(shù)據(jù)包括所述物體的速度、所述物體的方向和所述物體的運行軌跡。進ー步地，所述物體的所述運行狀態(tài)的數(shù)據(jù)還包括所述物體的加速度。 進ー步地，所述探測裝置包括激光測距儀和紅外探測設(shè)備。進ー步地，所述紅外探測設(shè)備包括紅外熱像儀。進ー步地，所述探測裝置還包括可見光探測設(shè)備。本發(fā)明的預警方法還可以進行物體的自矯正，使物體回到預定的運動軌跡上，以正常的速度和方向運行。本發(fā)明的預警方法在物體自矯正失敗的情況下，可以進行外力干預，使物體回到預定的運動軌跡上，以正常的速度和方向運行。本發(fā)明的預警方法采用紅外探測設(shè)備，尤其是在晚上或是霧天，能準確地探測到船舶的外形尺寸數(shù)據(jù)。本發(fā)明的預警方法采用可見光探測設(shè)備，能在天氣狀況較好的白天準確地探測到船舶的外形尺寸數(shù)據(jù)?？梢姽馓綔y設(shè)備可滿足一般氣候條件下的目標成像，硬件成本較低，易于維護。由于紅外探測設(shè)備和可見光探測設(shè)備能探測獲得船舶的外形尺寸數(shù)據(jù)，從而可克服跟蹤混跡現(xiàn)象，提高船舶檢測和跟蹤的分辨率。本發(fā)明的預警方法采用激光測距儀，與VTS系統(tǒng)的微波雷達設(shè)備相比，成本大幅度降低，且建立跟蹤所需的時間短。激光測距儀能全天候、全天時地對運動目標，也即物體，進行高精度的測角和測距，獲得物體的位置數(shù)據(jù)。以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進ー步說明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。


圖I是本發(fā)明的預警方法的第一實施方式的流程示意圖。圖2是本發(fā)明的預警方法的第二實施方式的流程示意圖。圖3是本發(fā)明的預警方法的第三實施方式的流程示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明的防止物體撞擊橋梁的預警方法以防止船舶撞擊橋梁為例，但本發(fā)明并不局限于此，任何有撞擊橋梁可能性的物體，例如石塊、飛機、不明飛行物等都適用于本發(fā)明。如圖I所示為本發(fā)明的第一實施方式的流程示意圖，包括以下步驟
S11、利用探測裝置實時探測并獲得物體的位置數(shù)據(jù)和尺寸數(shù)據(jù)探測裝置包括激光測距儀和紅外探測設(shè)備。激光測距儀對船舶進行捕獲和跟蹤，獲得船舶的位置數(shù)據(jù)。激光測距儀將船舶的位置數(shù)據(jù)傳送給紅外探測設(shè)備。當船舶的紅外輻射足夠強時，紅外探測設(shè)備中的紅外熱像儀識別并跟蹤船舶，船舶的圖像經(jīng)處理后獲得船舶外形的尺寸數(shù)據(jù)。本發(fā)明中采用的激光測距儀，與VTS系統(tǒng)的微波雷達設(shè)備相比，設(shè)備成本大幅降低。S12、記錄并存儲船舶的位置數(shù)據(jù)和尺寸數(shù)據(jù)將激光測距儀探測到的船舶的位置數(shù)據(jù)實時儲存至數(shù)據(jù)庫中，將紅外探測設(shè)備探測并處理后所得的船舶外形的尺寸數(shù)據(jù)也存儲至數(shù)據(jù)庫中。S13、根據(jù)船舶的位置數(shù)據(jù)和尺寸數(shù)據(jù)，分析船舶過去的運行狀態(tài)和當前的運行狀 態(tài)運行狀態(tài)的數(shù)據(jù)包括船舶的速度、船舶的方向和船舶的運行軌跡。關(guān)于船舶的速度和船舶的方向，船舶運行狀態(tài)分析裝置從數(shù)據(jù)庫中取出由激光測距儀探測到的船舶的位置數(shù)據(jù)(Xi (t)，yi(t))，結(jié)合時間融合算法，獲得船舶的速度(Xi ’(t)，y/ (t))的快慢和船舶的速度(Xi ’(t)，y/ (t))的方向。通過對船舶過去的和當前的速度快慢和速度方向的分析，可以獲知船舶的速度快慢和速度方向是否都正常，是否在預設(shè)的范圍之內(nèi)。關(guān)于船舶的運行軌跡，實際也即是船舶的位置數(shù)據(jù)。船舶運行狀態(tài)分析裝置分析船舶過去的和當前的運行軌跡是否在船舶的預設(shè)航線范圍之內(nèi)。此外，運行狀態(tài)的數(shù)據(jù)還可以包括船舶的加速度。船舶運行狀態(tài)分析裝置從數(shù)據(jù)庫中取出由激光測距儀探測到的船舶的位置數(shù)據(jù)(Xi(t)，yi(t))，結(jié)合時間融合算法，獲得船舶的加速度(Xi”(t)，y/’(t))。通過對船舶過去的和單簽的加速度的分析，可以進一歩獲知船舶的加速度是否正常，是否在預設(shè)的范圍之內(nèi)。時間融合算法為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的技術(shù)，在此不再贅述。S14、根據(jù)船舶過去的運行狀態(tài)和當前的運行狀態(tài)，預測船舶未來的運行狀態(tài)根據(jù)船舶過去的運行狀態(tài)和當前的運行狀態(tài)的分析，也即船舶的速度、船舶的方向和船舶的運行軌跡、船舶的加速度的分析，船舶運行狀態(tài)預測裝置對船舶未來的運行狀態(tài)進行預測，也即對未來的船舶的速度的快慢、船舶的方向、船舶的運行軌跡和船舶的加速度進行預測。S15、根據(jù)船舶未來的運行狀態(tài)，估算船舶未來撞擊橋梁的可能性船舶撞擊橋梁可能性估算裝置根據(jù)預測的船舶未來的運行狀態(tài)，估算船舶未來是否有可能撞擊橋梁。S16、如果船舶未來撞擊橋梁的可能性大于或等于預設(shè)的閥值時，啟動報警；如果船舶未來撞擊橋梁的可能性小于預設(shè)的閥值時，則返回步驟S11。如果船舶未來撞擊橋梁可能性估算裝置所估算撞擊橋梁的可能性大于或等于預設(shè)的閥值時，例如可能性大于70%時，報警裝置啟動報警；如果撞擊橋梁的可能性小于預設(shè)的閥值時，例如可能性小于70%吋，則返回步驟S11，繼續(xù)進行船舶的位置數(shù)據(jù)和尺寸數(shù)據(jù)的探測。
報警裝置可以為顯示屏，顯示報警信息；也可以為語音報警設(shè)備，通過語音提示例如船載無線通信設(shè)備進行報警；也可以為激光報警設(shè)備，通過激光掃射進行報警等。本發(fā)明并不限于某種報警設(shè)備和報警方式。任何提示船舶有撞擊橋梁可能性的報警設(shè)備和報警方式都可應(yīng)用于本發(fā)明。本發(fā)明的報警裝置也可以為多個報警設(shè)備的任意結(jié)合，例如顯示屏和語音報警設(shè)備的結(jié)合，顯示屏和激光報警設(shè)備的結(jié)合，顯示屏、語音報警設(shè)備和激光報警閥設(shè)備的結(jié)合等。圖2是本發(fā)明的預警方法的第二實施方式的流程示意圖。本實施例與上述實施例的流程基本相同，所不同之處在于，在S16之后還包括S17、船舶進行自矯正；如果船舶的自矯正成功，則解除報警。報警裝置對船舶進行報警提示后，船舶可以自矯正。例如，駕駛?cè)藛T調(diào)整船舶的速度和方向，并使船舶運行于預定的航線范圍內(nèi)。如果船舶的自矯正成功，也即船舶的運行狀態(tài)，例如速度快慢、方向、加速度、運行軌跡在預設(shè)的閥值范圍內(nèi)，則報警裝置解除報警。
S18、如果船舶的自矯正失敗，則對船舶進行外力干預并解除報警。如果船舶的自矯正失敗，例如船舶發(fā)動機損壞，船舶進水等導致駕駛?cè)藛T無法自矯正，則對船舶進行外力干預。外力干預完成后，報警裝置解除報警。外力干預可以為對船舶進行攔截。本發(fā)明對外力干預的方式不做限制。圖3所示為本發(fā)明的報警方法第三實施例的流程示意圖。本實施例與第二實施例基本相同，所不同之處在于，在S16之后，步驟S17’直接對船舶進行外力干預，并在干預成功后解除報警。也即是沒有船舶進行自矯正的步驟。本發(fā)明的預警方法通過探測所得的數(shù)據(jù)，分析船舶過去的和當前的運行狀態(tài)，井預測船舶未來的運行狀態(tài)，估算出船舶撞擊橋梁的可能性，及時進行預警，極大地降低了船舶撞擊橋梁的風險。本發(fā)明的預警方法可以完全滿足橋區(qū)全天候、全天時、全自動地對通航船舶檢測、監(jiān)視、跟蹤和預警的要求，可以廣泛地應(yīng)用在具有橋梁的水域(內(nèi)河、湖泊、近海)上。本發(fā)明的預警方法具有成本低、預測精度高等有益效果。以上詳細描述了本發(fā)明的較佳具體實施例。應(yīng)當理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無需創(chuàng)造性勞動就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種防止物體撞擊橋梁的預警方法，包括以下步驟 A)、利用探測裝置實時探測并獲得物體的位置數(shù)據(jù)和尺寸數(shù)據(jù)； B)、記錄并存儲所述物體的位置數(shù)據(jù)和尺寸數(shù)據(jù)； C)、根據(jù)所述位置數(shù)據(jù)和所述尺寸數(shù)據(jù)，分析所述物體過去的運行狀態(tài)和當前的運行狀態(tài)； D)、根據(jù)所述物體過去的運行狀態(tài)和當前的運行狀態(tài)，預測所述物體未來的運行狀態(tài)； E)、根據(jù)所述物體未來的運行狀態(tài)，估算所述物體未來撞擊橋梁的可能性； F)、如果所述物體未來撞擊橋梁的可能性大于或等于預設(shè)的閥值時，啟動報警；如果所述物體未來撞擊橋梁的可能性小于所述預設(shè)的閥值時，則返回步驟A)。
2.如權(quán)利要求I所述的預警方法，其中，所述步驟F)后還包括步驟G)，所述物體進行自矯正；如果所述物體的自矯正成功，則解除報警。
3.如權(quán)利要求2所述的預警方法，其中，所述步驟G)后還包括步驟H)，所述物體的自矯正失敗，則對所述物體進行外力干預并解除報警。
4.如權(quán)利要求3所述的預警方法，其中，所述外力干預為對所述物體進行攔截。
5.如權(quán)利要求I所述的預警方法，其中，所述物體的所述運行狀態(tài)的數(shù)據(jù)包括所述物體的速度、所述物體的方向和所述物體的運行軌跡。
6.如權(quán)利要求5所述的預警方法，其中，所述物體的所述運行狀態(tài)的數(shù)據(jù)還包括所述物體的加速度。
7.如權(quán)利要求I所述的預警方法，其中，所述探測裝置包括激光測距儀和紅外探測設(shè)備。
8.如權(quán)利要求7所述的預警方法，其中，所述紅外探測設(shè)備包括紅外熱像儀。
9.如權(quán)利要求I所述的預警方法，其中，所述探測裝置還包括可見光探測設(shè)備。
10.如權(quán)利要求I所述的預警方法，其中，所述報警的方式為顯示屏顯示報警信息、聲音報警、激光掃射報警的其中之一或所述報警方式的任意結(jié)合。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種防止物體撞擊橋梁的預警方法，包括A)利用探測裝置實時探測并獲得物體的位置數(shù)據(jù)和尺寸數(shù)據(jù)；B)記錄并存儲所述物體的位置數(shù)據(jù)和尺寸數(shù)據(jù)；C)根據(jù)所述位置數(shù)據(jù)和所述尺寸數(shù)據(jù)，分析所述物體過去的運行狀態(tài)和當前的運行狀態(tài)；D)根據(jù)所述物體過去的運行狀態(tài)和當前的運行狀態(tài)，預測所述物體未來的運行狀態(tài)；E)根據(jù)所述物體未來的運行狀態(tài)，估算所述物體未來撞擊橋梁的可能性；F)如果所述物體未來撞擊橋梁的可能性大于或等于預設(shè)的閥值時，啟動報警；如果所述物體未來撞擊橋梁的可能性小于所述預設(shè)的閥值時，則返回步驟A)。本發(fā)明的方法降低了預警系統(tǒng)的成本，提高了預警精度。
文檔編號G08G3/02GK102708706SQ201110404058
公開日2012年10月3日 申請日期2011年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月7日
發(fā)明者周良, 淡丹輝, 肖剛, 閆興非 申請人:上海交通大學, 上海市城市建設(shè)設(shè)計研究院