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一种智能化桥梁主动防撞预警系统的制作方法

2023-03-02 03:00:57 来源:中国专利 TAG:


1.本发明涉及桥梁安防预警技术领域,特别是涉及一种智能化桥梁主动防撞预警系统。


背景技术:

2.随着近年来我国交通事业的快速发展,许多跨江跨河特大桥已经建成或正在拟建,与此同时跨桥船只的密度、尺寸、吨位也大幅增加,桥梁在设计建设中不可避免的要跨越繁忙的航道,但是船舶大型化对跨河桥梁带来的安全风险日益加剧,特别是内河高等级航道,由于水上交通繁忙、船舶载重量大、通航环境复杂,船舶与桥梁碰撞的安全隐患尤为突出,鉴于船舶载重量相对较大,驾驶操控灵活度较低,一旦与桥梁相撞,容易造成桥梁损坏、甚至垮塌等严重事故。
3.现有的相关技术中,船舶桥梁防撞装置主要分为主动式和被动式两种;其中,被动式防撞装置,如通过消减船撞力来抵受船舶的撞击或者将船撞力全部在桥墩外承受,而被动式防撞设备又存在造价高、施工负责、主动预警能力缺乏等问题,仅通过被动防撞实际上无法满足安全要求的难题,一旦发生船撞事故,只能被动依靠防撞桩和桥梁支柱的强硬度来抗击和抵消撞击伤害,但是这种解决问题措施的缺点是无法提前规避风险,无论防撞结果如何都会造成船体和桥梁损伤、效果差,危害大。然而,目前使用的主动式防撞装置,也普遍存在风险类别识别种类少、受环境限制大、识别准确率不稳定、自动化程度不高等问题。


技术实现要素:

4.本发明要解决的技术问题是:现有技术中的桥梁主动防撞系统存在风险类别识别种类少、受环境限制大、识别准确率不稳定、自动化程度不高,不能提高安全指引信息来引导船舶安全通过桥梁的问题。
5.为了解决上述技术问题,本发明提供了一种智能化桥梁主动防撞预警系统,包括:
6.ais装置,分别设置在桥梁、船舶上,用于获取船舶的航行信息;
7.激光雷达,设置在桥梁上,用于实时监测船舶与桥梁之间的距离以及船舶的船体三维信息;
8.热成像摄像机,设置在桥梁上,用于实时监测船舶在水面上的实际高度信息;
9.预判单元,设置在桥梁上,用于根据船舶的航行信息、实际高度、船体三维信息和储存的桥梁信息进行桥梁防撞预判,并给出安全指引信息;
10.报警单元,分别设置在桥梁、船舶上,用于根据桥梁防撞预判对船舶进行警示,并将安全指引信息发送到船舶。
11.进一步的,所述船舶的航行信息包括:船舶的船宽、航向、航速和转向率;
12.所述预判单元包括:
13.采集模块,分别与所述ais装置、激光雷达、热成像摄像机连接,用于检测到的信息;
14.处理模块,与所述采集模块连接,用于对采集到的数据进行处理和分析后作出预判,并给出安全指引信息。
15.进一步的,所述处理模块用于根据船舶的宽度与桥梁的信息判断船舶能否通过桥梁;
16.当船舶的宽度超过桥梁的限制通过宽度,所述处理模块给出船舶不能通过桥梁的预判;
17.当船舶的宽度未超过桥梁的限制通过宽度,则所述处理模块给出船舶满足通过桥梁的第一条件。
18.进一步的,当船舶满足通过桥梁的第一条件后,所述处理模块用于根据船舶的实际高度与桥梁的信息判断船舶能否通过桥梁;
19.当船舶的实际高度超过桥梁的限制通过高度,所述处理模块给出船舶不能通过桥梁的预判;
20.当船舶的实际高度未超过桥梁的限制通过高度,则所述处理模块给出船舶满足通过桥梁的第二条件。
21.进一步的,当船舶依次满足通过桥梁的第一条件和第二条件后,所述处理模块用于根据船舶原有的航向与桥梁的信息判断是否给出船舶作出调整的安全指引信息;
22.当所述处理模块预判到船舶按照原有的航向航行不会撞到桥梁时,所述处理模块无需给出船舶作出调整的安全指引信息;
23.当所述处理模块预判到船舶按照原有的航向航行会撞到桥梁时,则所述处理模块根据船舶与桥梁的直线距离来选择是否准备调整船舶转向率。
24.进一步的,当所述处理模块预判到船舶按照原有的航向航行会撞到桥梁时,所述处理模块用于根据船舶与桥梁的直线距离来选择是否准备调整船舶转向率;其中,
25.所述处理模块用于设定船舶与桥梁的直线距离s0,所述采集模块用于实时采集船舶与桥梁的直线距离为

s,所述处理模块还用于判断实时采集到的船舶与桥梁的直线距离为

s是否大于船舶与桥梁的直线距离s0,并根据判断结果给出是否调整船舶转向率

l:
26.当

s>s0时,所述处理模块不对船舶转向率

l进行调整;
27.当

s≤s0时,则所述处理模块对船舶转向率

l进行调整。
28.进一步的,当

s≤s0,对船舶转向率

l进行调整时,所述采集模块用于根据采集到的船舶与桥梁的直线距离

s调整船舶转向率

l;其中,
29.所述处理模块用于预设第一预设船舶与桥梁的直线距离s1、第二预设船舶与桥梁的直线距离s2、第三预设船舶与桥梁的直线距离s3和第四预设船舶与桥梁的直线距离s4,且s0>s1>s2>s3>s4;所述处理模块还用于预设第一预设船舶转向率调节系数x1、第二预设船舶转向率调节系数x2、第三预设船舶转向率调节系数x3和第四预设船舶转向率调节系数x4,且1<x1<x2<x3<x4<1.3;
30.所述处理模块用于根据实时采集到的船舶与桥梁的直线距离

s与各预设船舶与桥梁的直线距离si之间的关系调整船舶转向率:
31.当s1>

s≥s2时,选定所述第一预设船舶转向率调节系数x1对船舶转向率进行调整,调整后的船舶转向率为

l*x1;
32.当s2>

s≥s3时,选定所述第二预设船舶转向率调节系数x2对船舶转向率进行调整,调整后的船舶转向率为

l*x2;
33.当s3>

s≥s4时,选定所述第三预设船舶转向率调节系数x3对船舶转向率进行调整,调整后的船舶转向率为

l*x3;
34.当s4>

s时,选定所述第四预设船舶转向率调节系数x4对船舶转向率进行调整,调整后的船舶转向率为

l*x4。
35.进一步的,在选定第i预设船舶转向率调节系数xi对船舶转向率进行调整,并获取调整后的船舶转向率为

l*xi后,i=1,2,3,4,包括:
36.所述采集模块用于实时采集船舶的航速

a,所述处理模块用于预设船舶的航速a1、第二预设船舶的航速a2、第三预设船舶的航速a3和第四预设船舶的航速a4,且a1<a2<a3<a4;所述处理模块还用于预设第一预设修正系数y1、第二预设修正系数y2、第三预设修正系数y3和第四预设修正系数y4,且1.1<y1<y2<y3<y4<1.5;
37.所述处理模块根据实时采集到的船舶的航速

a与各预设船舶的航速ai之间的关系对调整后的船舶转向率为

l*xi进行修正:
38.当a1<

a≤a2时,选定所述第一预设修正系数y1对船舶转向率

l*xi进行修正,修正后的船舶转向率为

l*xi*y1;
39.当a2<

a≤a3时,选定所述第二预设修正系数y2对船舶转向率

l*xi进行修正,修正后的船舶转向率为

l*xi*y2;
40.当a3<

a≤a4时,选定所述第三预设修正系数y3对船舶转向率

l*xi进行修正,修正后的船舶转向率为

l*xi*y3;
41.当a4<

a时,选定所述第四预设修正系数y4对船舶转向率

l*xi进行修正,修正后的船舶转向率为

l*xi*y4。
42.本发明实施例一种智能化桥梁主动防撞预警系统与现有技术相比,其有益效果在于:
43.本发明利用雷达技术、热成像结合ais技术对桥区通航船舶的航行状态进行监测,并给出安全指引信息,避免船舶撞击桥梁,最大程度减少事故发生,保障桥梁的安全,并且其成本低、安装方便、适用性强,其安装方式能适应各类型桥梁,其实用功能可广泛应用于任何水域的桥梁。
附图说明
44.图1是本发明实施例中智能化桥梁主动防撞预警系统的结构示意图;
45.图2是本发明实施例中智能化桥梁主动防撞预警系统的条件判断示意图;
46.图3是本发明实施例中智能化桥梁主动防撞预警系统的预判单元结构示意图;
47.图4是本发明实施例中智能化桥梁主动防撞预警系统的采集模块连接示意图。
具体实施方式
48.下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
49.在本技术的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本技术和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本技术的限制。
50.术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。
51.在本技术的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
52.如图1-4所示,在本技术的实施例中,提供了一种智能化桥梁主动防撞预警系统,包括:ais装置、激光雷达、热成像摄像机、预判单元和报警单元;所述ais装置,分别设置在桥梁、船舶上,用于获取船舶的航行信息;所述激光雷达,设置在桥梁上,用于实时监测船舶与桥梁之间的距离以及船舶的船体三维信息;所述热成像摄像机,设置在桥梁上,用于实时监测船舶在水面上的实际高度信息;所述预判单元,设置在桥梁上,用于根据船舶的航行信息、实际高度、船体三维信息和储存的桥梁信息进行桥梁防撞预判,并给出安全指引信息;所述报警单元,分别设置在桥梁、船舶上,用于根据桥梁防撞预判对船舶进行警示,并将安全指引信息发送到船舶。
53.具体的,所述ais装置搭载船舶自动识别系统,是指一种应用于船和岸、船和船之间的海事安全与通信的新型助航系统。常由vhf通信机、gps定位仪和与船载显示器及传感器等相连接的通信控制器组成,能自动交换船位、航速、航向、船名、呼号等重要信息。装在船上的ais在向外发送这些信息的同时,同样接收vhf覆盖范围内其他船舶的信息,从而实现了自动应答,是不用雷达探测也能获得交通信息的有效手段,可以有效减少船舶碰撞事故。
54.具体的,所述热成像摄像机具有的透雾性强,受不良气候的干扰性小,灵敏度较高、测量距离远的特点。
55.具体的,所述激光雷达具有指向性好、分辨率高、精度高的特点,通过每秒发出的24万束点云,可以获得毫米级的船舶三维数据。
56.具体的,所述预判单元,设置在桥梁上,用于根据采集到的船舶的航行信息、实际高度、船体三维信息和储存的桥梁信息进行桥梁防撞预判,判断哪些船舶会撞到桥梁,哪些船舶不会撞到桥梁,并给出安全指引信息引导船舶按照计算出的安全航线进行航行,以安全通过桥梁。
57.具体的,所述报警装置包括led显示屏、高音喇叭、照明灯、透雾灯、预警灯,安装于桥梁上,对超高、超宽的船舶发出报警信息来提醒船舶不能通过;所述报警装置可将安全指引信息自动发送到对未超高、超宽的船舶,对按照原有航向继续行驶会撞击桥梁的船舶,及时告知船员采取预防措施,调转航向以保证顺利通过;另外预警信号会同步传送至海事及长航局监控指挥中心,由监控指挥中心采取联动防范措施。
58.具体的,ais装置、激光雷达、热成像摄像机、预判单元和报警单元之间通过建立一个程控交换中心网来实现互通互联,程控交换中心包括通信协议、数据接口以及程序编译等完善匹配。
59.进一步的,本发明利用雷达技术、热成像结合ais技术对桥区通航船舶的航行状态进行监测,并给出安全指引信息,避免船舶撞击桥梁,最大程度减少事故发生,保障桥梁的安全。
60.在本技术的实施例中,提供了一种智能化桥梁主动防撞预警系统,所述船舶的航行信息包括:船舶的船宽、航向、航速和转向率;
61.所述预判单元包括:采集模块,处理模块。
62.具体的,所述采集模块分别与所述ais装置、激光雷达、热成像摄像机连接,用于采集所述ais装置、激光雷达、热成像摄像机检测到的船舶的船宽、航向、航速和转向率以及船舶的实际高度、船体三维信息。
63.具体的,所述处理模块与所述采集模块连接,用于对所述采集模块采集到的数据进行处理和分析后作出预判,并根据实际情况给出具体的安全指引信息。
64.在本技术的实施例中,提供了一种智能化桥梁主动防撞预警系统,所述处理模块用于根据船舶的宽度与桥梁的信息判断船舶能否通过桥梁;
65.当船舶的宽度超过桥梁的限制通过宽度,所述处理模块给出船舶不能通过桥梁的预判;
66.当船舶的宽度未超过桥梁的限制通过宽度,则所述处理模块给出船舶满足通过桥梁的第一条件。
67.在本技术的实施例中,提供了一种智能化桥梁主动防撞预警系统,当船舶满足通过桥梁的第一条件后,所述处理模块用于根据船舶的实际高度与桥梁的信息判断船舶能否通过桥梁;
68.当船舶的实际高度超过桥梁的限制通过高度,所述处理模块给出船舶不能通过桥梁的预判;
69.当船舶的实际高度未超过桥梁的限制通过高度,则所述处理模块给出船舶满足通过桥梁的第二条件。
70.在本技术的实施例中,提供了一种智能化桥梁主动防撞预警系统,当船舶依次满足通过桥梁的第一条件和第二条件后,所述处理模块用于根据船舶原有的航向与桥梁的信息判断是否给出船舶作出调整的安全指引信息;
71.当所述处理模块预判到船舶按照原有的航向航行不会撞到桥梁时,所述处理模块无需给出船舶作出调整的安全指引信息;
72.当所述处理模块预判到船舶按照原有的航向航行会撞到桥梁时,则所述处理模块根据船舶与桥梁的直线距离来选择是否准备调整船舶转向率。
73.具体的,安全指引信息即为船舶能够顺利通过桥梁的引导信息,根据此安全指引信息船舶能够及时作出调整,保证顺利通过桥梁。
74.在本技术的实施例中,提供了一种智能化桥梁主动防撞预警系统,当所述处理模块预判到船舶按照原有的航向航行会撞到桥梁时,所述处理模块用于根据船舶与桥梁的直线距离来选择是否准备调整船舶转向率;其中,
75.所述处理模块用于设定船舶与桥梁的直线距离s0,所述采集模块用于实时采集船舶与桥梁的直线距离为

s,所述处理模块还用于判断实时采集到的船舶与桥梁的直线距离为

s是否大于船舶与桥梁的直线距离s0,并根据判断结果给出是否调整船舶转向率

l:
76.当

s>s0时,所述处理模块不对船舶转向率

l进行调整;
77.当

s≤s0时,则所述处理模块对船舶转向率

l进行调整。
78.具体的,当船舶距离桥梁的直线距离还很远的时候,船舶可以按照原有的航线进行行驶,只有当船舶与桥梁的直线距离达到一定值之后根据需要对船舶转向率作出调整。
79.在本技术的实施例中,提供了一种智能化桥梁主动防撞预警系统,当

s≤s0,对船舶转向率

l进行调整时,所述采集模块用于根据采集到的船舶与桥梁的直线距离

s调整船舶转向率

l;其中,
80.所述处理模块用于预设第一预设船舶与桥梁的直线距离s1、第二预设船舶与桥梁的直线距离s2、第三预设船舶与桥梁的直线距离s3和第四预设船舶与桥梁的直线距离s4,且s0>s1>s2>s3>s4;所述处理模块还用于预设第一预设船舶转向率调节系数x1、第二预设船舶转向率调节系数x2、第三预设船舶转向率调节系数x3和第四预设船舶转向率调节系数x4,且1<x1<x2<x3<x4<1.3;
81.所述处理模块用于根据实时采集到的船舶与桥梁的直线距离

s与各预设船舶与桥梁的直线距离si之间的关系调整船舶转向率:
82.当s1>

s≥s2时,选定所述第一预设船舶转向率调节系数x1对船舶转向率进行调整,调整后的船舶转向率为

l*x1;
83.当s2>

s≥s3时,选定所述第二预设船舶转向率调节系数x2对船舶转向率进行调整,调整后的船舶转向率为

l*x2;
84.当s3>

s≥s4时,选定所述第三预设船舶转向率调节系数x3对船舶转向率进行调整,调整后的船舶转向率为

l*x3;
85.当s4>

s时,选定所述第四预设船舶转向率调节系数x4对船舶转向率进行调整,调整后的船舶转向率为

l*x4。
86.具体的,根据实时采集到的船舶与桥梁的直线距离与各预设船舶与桥梁的直线距离之间的关系调整船舶转向率,能够使船舶在靠近桥梁时有较大的船舶转向率,保证船舶不会撞向桥梁。
87.在本技术的实施例中,提供了一种智能化桥梁主动防撞预警系统,在选定第i预设船舶转向率调节系数xi对船舶转向率进行调整,并获取调整后的船舶转向率为

l*xi后,i=1,2,3,4,包括:
88.所述采集模块用于实时采集船舶的航速

a,所述处理模块用于预设船舶的航速a1、第二预设船舶的航速a2、第三预设船舶的航速a3和第四预设船舶的航速a4,且a1<a2<a3<a4;所述处理模块还用于预设第一预设修正系数y1、第二预设修正系数y2、第三预设修正系数y3和第四预设修正系数y4,且1.1<y1<y2<y3<y4<1.5;
89.所述处理模块根据实时采集到的船舶的航速

a与各预设船舶的航速ai之间的关系对调整后的船舶转向率为

l*xi进行修正:
90.当a1<

a≤a2时,选定所述第一预设修正系数y1对船舶转向率

l*xi进行修
正,修正后的船舶转向率为

l*xi*y1;
91.当a2<

a≤a3时,选定所述第二预设修正系数y2对船舶转向率

l*xi进行修正,修正后的船舶转向率为

l*xi*y2;
92.当a3<

a≤a4时,选定所述第三预设修正系数y3对船舶转向率

l*xi进行修正,修正后的船舶转向率为

l*xi*y3;
93.当a4<

a时,选定所述第四预设修正系数y4对船舶转向率

l*xi进行修正,修正后的船舶转向率为

l*xi*y4。
94.具体的,由于船舶转向率也会受到船舶的航速的影响,根据实时采集到的船舶的航速与各预设船舶的航速之间的关系对调整后的船舶转向率进行修正,以减少船舶的航速对船舶转向率的影响,保证给出的船舶转向率能够使船舶安全提高桥梁。
95.综上,本发明实施例提供一种智能化桥梁主动防撞预警系统,其包括:ais装置,分别设置在桥梁、船舶上,用于获取船舶的航行信息;激光雷达,设置在桥梁上,用于实时监测船舶与桥梁之间的距离以及船舶的船体三维信息;热成像摄像机,设置在桥梁上,用于实时监测船舶在水面上的实际高度信息;预判单元,设置在桥梁上,用于根据船舶的航行信息、实际高度、船体三维信息和储存的桥梁信息进行桥梁防撞预判,并给出安全指引信息;报警单元,分别设置在桥梁、船舶上,用于根据桥梁防撞预判对船舶进行警示,并将安全指引信息发送到船舶。本发明利用雷达技术、热成像结合ais技术对桥区通航船舶的航行状态进行监测,并给出安全指引信息,避免船舶撞击桥梁,最大程度减少事故发生,保障桥梁的安全。
96.最后应说明的是:以上仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
再多了解一些

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