船橋碰撞風(fēng)險(xiǎn)自動(dòng)識(shí)別與預(yù)警系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種船橋碰撞風(fēng)險(xiǎn)自動(dòng)識(shí)別與預(yù)警系統(tǒng)，屬于船泊技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著時(shí)代的發(fā)展，交通運(yùn)輸事業(yè)發(fā)展日益迅速，作為五大運(yùn)輸方式之一的水路運(yùn)輸也日漸繁忙。近年來，水上交通安全問題開始得到廣泛的關(guān)注，其中船橋碰撞事故造成的破壞尤其嚴(yán)重。根據(jù)對(duì)記載的資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，最近三十年來，全世界上發(fā)生的船撞橋事故多達(dá)兩千余起，其中嚴(yán)重者導(dǎo)致橋梁倒塌損毀的超過一百起。國(guó)外平均每年有一座橋梁會(huì)因船撞而倒塌，國(guó)內(nèi)就武漢長(zhǎng)江大橋建成至今發(fā)生撞橋事故就高達(dá)70余起。由此可見，船撞橋事故發(fā)生的頻率是極其頻繁的。
[0003]橋梁的防撞措施一般可分為兩種方式:主動(dòng)防撞和被動(dòng)防撞。被動(dòng)防撞是通過橋墩自身的加強(qiáng)或防護(hù)設(shè)施來抵抗船舶的撞擊威脅。至目前為止，國(guó)內(nèi)外對(duì)橋墩防撞領(lǐng)域的研宄主要側(cè)重于被動(dòng)防撞措施，將橋梁保護(hù)系統(tǒng)直接安裝在橋墩上，以防橋墩直接遭受船舶碰撞。主動(dòng)防撞是指通過對(duì)船舶的航行管理和航行軌跡干預(yù)，避免船撞橋事故的發(fā)生?？梢娭鲃?dòng)防撞是積極的預(yù)防措施。
[0004]現(xiàn)有的主動(dòng)防撞措施歸納起來有兩類:(I)設(shè)立橋涵標(biāo)。通過視覺標(biāo)志，如日間標(biāo)牌、夜間燈光；音響信號(hào)，如霧號(hào)；雷達(dá)標(biāo)志，如雷達(dá)反射器和雷達(dá)應(yīng)答器等，引導(dǎo)過往船舶認(rèn)清橋墩位置，選擇正確航路，安全過橋。這種方法簡(jiǎn)單易行，但受氣象條件影響大，能見度差時(shí)無效。雖然雷達(dá)標(biāo)志不受氣象、能見度的影響，但由于雷達(dá)標(biāo)志自身存在的技術(shù)局限性，也不能達(dá)到預(yù)期的效果。(2)建立安全監(jiān)控系統(tǒng)。通過交通管制(VTS)雷達(dá)監(jiān)控、視頻監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)與甚高頻電話配合，對(duì)大橋附近水域及駛近大橋的船舶實(shí)施24h的人工監(jiān)控；及時(shí)提醒過橋船舶，及早采取措施。其特點(diǎn)是能實(shí)時(shí)監(jiān)控過往船舶的航行態(tài)勢(shì)，及早發(fā)現(xiàn)事故隱患。但成本高、自動(dòng)化程度低，過往船舶高峰時(shí)難以監(jiān)控。
[0005]目前國(guó)內(nèi)外很多專家學(xué)者針對(duì)船撞橋事故進(jìn)行分析，提出適當(dāng)?shù)念A(yù)防方案，但是到目前為止大多數(shù)研宄工作都是從橋梁的角度出發(fā)，主要研宄船對(duì)橋撞擊力的確定、橋梁的結(jié)構(gòu)響應(yīng)以及防撞措施等。也有部分研宄人員研宄撞橋的概率問題，將撞擊概率較大的橋墩部位進(jìn)行加固或輔以防撞措施。近年來，國(guó)外一些研宄人員開始對(duì)限制水域的通航問題利用CFD或EFD的方法著手進(jìn)行研宄，也取得了一定的進(jìn)展，但以上研宄仍以結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)為主要研宄對(duì)象。目前只有少數(shù)研宄從船舶的角度出發(fā)，恰當(dāng)利用船舶的主動(dòng)性，進(jìn)行船橋防撞系統(tǒng)的研宄。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種船橋碰撞風(fēng)險(xiǎn)自動(dòng)識(shí)別與預(yù)警系統(tǒng)，以便能夠更好地自動(dòng)識(shí)別船橋碰撞風(fēng)險(xiǎn)，并予以預(yù)警。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下。
[0008]一種船橋碰撞風(fēng)險(xiǎn)自動(dòng)識(shí)別與預(yù)警系統(tǒng)，由以下幾個(gè)部分組成:一個(gè)GPS接收機(jī)，一個(gè)通信處理器，兩個(gè)多信道VHF數(shù)據(jù)收發(fā)機(jī)，系統(tǒng)中還設(shè)置有數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)學(xué)模型分析模塊、結(jié)果顯示及警示模塊四大模塊，其中，GPS接收機(jī)能提供船位、船舶對(duì)地速度和航向還能夠通過STDMA數(shù)據(jù)鏈提供UTC時(shí)間；通信處理器在AlS全球?qū)Ｓ玫?7B頻道(161.975MHz)和88B頻道(162.025MHz)頻道上控制VHF發(fā)射機(jī)工作，其中信息處理器是AIS的核心部分，也是AIS通信系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)和研宄的基礎(chǔ)，主要用于存儲(chǔ)本船識(shí)別碼、船名、呼號(hào)、船舶類型等靜態(tài)信息，也可用于存儲(chǔ)并處理對(duì)地航向、航速、轉(zhuǎn)向率等動(dòng)態(tài)信息，以及船舶吃水、危險(xiǎn)貨類、航線等與航行有關(guān)信息。此外，信息處理器還需要接收并存儲(chǔ)其它船的靜態(tài)信息、動(dòng)態(tài)信息和航行有關(guān)信息，以備本船接入通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)使用。通信中所發(fā)射和接收的信息編解碼和網(wǎng)絡(luò)接入程序，也應(yīng)在信息處理器中實(shí)現(xiàn)。VHF收發(fā)機(jī)由系統(tǒng)信息處理器控制，用VHF CH87B(161.975MHz)、VHF CH88B(162.025MHZ)兩個(gè)國(guó)際專用頻道自動(dòng)發(fā)射和接收通信協(xié)議方案規(guī)定的高斯濾波最小頻移鍵控(GMSK)信號(hào)，已調(diào)信號(hào)中含有本船和他船航行信息，AIS同時(shí)在這兩個(gè)頻率上接收信息，而發(fā)射信息是在這兩個(gè)頻率上交替進(jìn)行的。
[0009]上述系統(tǒng)中提供的信息包括以下方面:(I)靜態(tài)的:頂0號(hào)碼；呼號(hào)和船名；船長(zhǎng)和型寬；船舶類型；船上定位天線的位置；(2)動(dòng)態(tài)的:具有精度指示和完整性狀態(tài)的船位；UTC時(shí)間；對(duì)地航速；航首向；航行狀態(tài)；轉(zhuǎn)向率；傾角；縱搖和橫搖；(3)與航次有關(guān)的信息:船舶吃水；危險(xiǎn)貨物；目的港和預(yù)計(jì)到達(dá)時(shí)間；航線計(jì)劃；(4)與安全有關(guān)的短消息。
[0010]系統(tǒng)的具體功能如下:
[0011](I)系統(tǒng)通過輔助GPS相關(guān)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)船與橋的相關(guān)信息的采集；
[0012](2)將接收到的數(shù)據(jù)解碼為可讀的目標(biāo)船的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)及航行相關(guān)信息以及橋的位置信息；
[0013](3)將每個(gè)單獨(dú)船舶的信息進(jìn)行打包，建立數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊，并將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)以便于智能分析模塊采集信息從而進(jìn)行危險(xiǎn)分析，同時(shí)可提供對(duì)已存信息進(jìn)行查詢、刪除等操作。
[0014](4)可對(duì)目標(biāo)船進(jìn)行避碰分析，并顯示分析結(jié)果；
[0015](5)對(duì)于存在碰撞危險(xiǎn)的船舶，發(fā)出危險(xiǎn)不同等級(jí)信號(hào)警報(bào)，同時(shí)顯示建議行為，輔助駕駛員做出避讓行動(dòng)決策。
[0016]該系統(tǒng)的工作流程為:在船進(jìn)入橋區(qū)區(qū)域的過程中，根據(jù)現(xiàn)有的技術(shù)平臺(tái)，由AIS采集船舶航行信息、船舶航行環(huán)境信息以及船舶自身信息，將這些信息傳入系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型分析模塊，由風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)判，以判斷船與橋是否存在碰撞風(fēng)險(xiǎn)。若存在撞橋風(fēng)險(xiǎn)，立即向船載AIS系統(tǒng)發(fā)送報(bào)警信號(hào)，提示其及時(shí)做出規(guī)避措施；行動(dòng)過后的船舶信息再一次被AIS系統(tǒng)采集，AIS系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)穿行船舶的航行狀態(tài)直至船舶安全駛離橋區(qū)危險(xiǎn)區(qū)域。
[0017]該發(fā)明的有益效果在于:該系統(tǒng)能提供雷達(dá)所不能提供的大量船舶動(dòng)態(tài)信息，從而節(jié)約了計(jì)算時(shí)間和存儲(chǔ)容量，為顯示更多的目標(biāo)信息提供方便。該系統(tǒng)傳送的目標(biāo)信息通過VHF各自獨(dú)立傳送，不存在誤跟蹤和丟失率高的問題。系統(tǒng)的船位數(shù)據(jù)來源于船上的GPS，它的精度能達(dá)到15m左右，同時(shí)能不間斷的提供目標(biāo)動(dòng)向意圖信息，如轉(zhuǎn)向率、航跡向等。這對(duì)避讓決策、傳遞避碰意圖等有極大幫助。該系統(tǒng)自主運(yùn)行，無需人工監(jiān)控，對(duì)船泊避免碰撞具有十分重要的意義。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明實(shí)施例中所使用系統(tǒng)的框架圖。
[0019]圖2是本發(fā)明實(shí)施例中所使用系統(tǒng)的工作流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行描述，以便更好的理解本發(fā)明。
[0021]實(shí)施例
[0022]本實(shí)施例中的船橋碰撞風(fēng)險(xiǎn)自動(dòng)識(shí)別與預(yù)警系統(tǒng)，由以下幾個(gè)部分組成:一個(gè)GPS接收機(jī)，一個(gè)通信處理器，兩個(gè)多信道VHF數(shù)據(jù)收發(fā)機(jī)，其中，GPS接收機(jī)能提供船位、船舶對(duì)地速度和航向還能夠通過STDMA數(shù)據(jù)鏈提供UTC時(shí)間；通信處理器在AIS全球?qū)Ｓ玫?7B頻道(161.975MHz)和88B頻道(162.025MHz)頻道上控制VHF發(fā)射機(jī)工作，其中信息處理器是AIS的核心部分，也是AIS通信系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)和研宄的基礎(chǔ)，主要用于存儲(chǔ)本船識(shí)別碼、船名、呼號(hào)、船舶類型等靜態(tài)信息，也可用于存儲(chǔ)并處理對(duì)地航向、航速、轉(zhuǎn)向率等動(dòng)態(tài)信息，以及船舶吃水、危險(xiǎn)貨