新型特大橋雙向交互式智能防撞系統方案研究

摘要：中國建造特大橋的水平提高，研究人員對主動防撞設施的關注度低，船橋相撞事故仍在不斷發生。隨著科技水平的提高，本文提出一個新型雙向交互式智能防撞系統，該防撞系統順應人工智能與智能交通的發展，比普通的防撞預警系統更安全有效，能夠進一步做到“三不壞”防撞原則，并具有可持續開發性。

關鍵詞：橋梁防撞；人工智能；雙向交互式

隨著我國交通事業的發展，特大橋的設計與施工水平逐漸完善，截止到2017年末，長江大橋數量已增至135座，跨海大橋也已達到30余座。特大橋工程投資數額巨大，社會效益高，橋梁交通阻斷造成的社會損失極大，因此橋梁安全顯得尤為重要，船舶撞擊橋墩便是對橋梁安全威脅最大的因素之一。本文以特大橋的防撞提出一種實際可行的新型雙向交互式橋梁智能防撞系統，該防撞系統順應人工智能與智能交通的發展，比普通的防撞預警系統更安全有效，能夠進一步做到“三不壞”防撞原則，并具有可持續開發性。

1、橋梁防撞設施研究與發展

綜合分析近二十年的船舶撞擊橋梁事故，造成船撞橋事故的因素很多，主要有人為操作失誤，船舶操作失控，不利的通航條件等因素。以往的橋梁防撞設施大致分為主動防撞設施和被動防撞設施兩大類。由于船舶撞擊橋梁實驗實際操作困難，成本高，設備局限性大，國內外學者對船橋相撞的實驗研究較少，多數都是基于理論分析與有限元模擬來進行研究。然而在實際應用中，被動防撞設施居多，但被動防撞設施普遍造價高、保養費用高、維修費用高，而主動防撞設施（除一些警示標識外）采用率不高，研究人員對此關注度也較低。

2、雙向交互式橋梁智能防撞系統

雙向交互式橋梁智能防撞系統主要分為兩部分，一是系統主計算機，負責接收與處理數據的裝置，二是各信息采集設備，包括大型船舶配備的計算機裝置、監測小型船舶航行的攝像機群及負責采集水流流速與風速的設備。系統運行時，各個信息采集設備將采集到的數據傳輸給系統主計算機，系統主計算機收到數據后，通過一些算法計算出各船舶最佳航線，再將大型船舶航行數據傳輸給船舶配備的計算機裝置，將小型船舶航行路線通過顯示屏提示小型船舶，提示各個船舶按照最佳航線航行，更好的規避撞擊風險。

系統各部分組成及功能

（1）系統主計算機

系統主計算機是整個防撞系統的大腦，設置系統管理中心進行統一管理維護，負責接收各方傳輸的數據并采用特定算法進行快速準確的處理，并及時有效的將處理后的數據傳回，安全有效地調度船舶航行。由于是整個防撞系統的核心，隨著科技的發展，超級計算機發展完善后，為保證系統主計算機數據處理的準確率與數據的時效性，利用超級計算機的極強的計算能力和數據處理能力，可以更快速準確的計算出最佳調度方式。

（2）大型船舶計算機操作裝置

一般大型船舶配備有計算機操作裝置，并隨時記錄航行數據。當船舶進入主計算機調度水域，自動將航行數據發送給系統主計算機，系統主計算機在計算得出最佳航線及預警等級后，將數據傳回船舶計算機，船舶駕駛人員按傳回數據駕駛船舶航行。未來技術發展成熟后，有條件的船舶可配備智能操作裝置，船舶進入系統主計算機調度水域便與系統主計算機聯機，由主計算機控制船舶航行，更好更及時應對突發狀況，更有效確保船舶、人員與橋梁的安全。

（3）攝像機群

內河航道有眾多小型船舶由于成本原因，不能配備相應的計算機操作裝置，該系統為了適應內河航道，在通航橋墩附近布置攝像機群采集小型船舶航行圖像數據。攝像機群布置成三角形，這樣既減少造價，又能有效避免由于大型船舶遮擋漏掉部分小型船舶航行數據。

（4）水流流速及風速監測裝置

水流流速及風速會影響船舶航行，系統主計算機計算最佳航線要考慮水流流速及風速，這樣就有了布置水流流速及風速監測裝置的必要性。當風速及水流流速突然變化時，該監測裝置能及時將數據傳輸給系統主計算機，便于及時應對，提升了該系統的安全保障性能。

（5）信息顯示屏

顯示屏用于提示小型船舶危險預警等級及航行路線。為了通航安全，確保顯示屏的可視性，在通航橋墩處安裝主顯示屏，在江河兩岸合適位置或者跨海大橋非通航橋墩合適位置安裝副顯示屏，避免出現可視盲區，影響通航安全。

船舶航行至通航橋墩附近，攝像機群采集小型船舶航行圖像數據，大型船舶計算機操作裝置記錄航行數據，水流流速及風速監測裝置監測水流流速與風速數據，這些數據每隔五秒鐘傳輸給系統主計算機一次，系統主計算機負責處理數據，生成各船舶最佳航線數據，并將數據傳輸給大型船舶計算機操作裝置和顯示屏，指引各船舶順利通過。船舶航行中，小型船舶按顯示屏指示正常航行，若船舶駕駛人員操作失誤造成撞橋事故，由于撞擊力小，被動防撞設施足以抵御。而大型船舶行至橋梁附近，根據該防撞系統的指示，船橋撞擊概率極大降低，進一步實現“三不壞”防撞原則。

3、雙向交互式橋梁智能防撞系統可持續開發性

21世紀以來，智能交通系統發展日趨完善。國際貿易的發展導致海上航運的需求越來越多，發展一種效率高、對環境友好、能源節約并且安全有效的海上智能交通系統愈發必要與緊迫。航運的發展與海上智能交通的發展能填補本文該系統所需的部分硬件與軟件，進一步降低本文系統造價，增強本文系統市場競爭力與可靠度。

另外，信息社會時代，社會各行業都需要計算機來輔助，隨著人工智能的發展，各行業都在與人工智能主動接軌，計算機不但能完成這種繁重的科學和工程計算，而且能夠比人腦做得更快、更準確。交通行業有大量數據需要計算機處理，并且計算機可以在處理大量數據的同時，從數據中學習經驗，總結經驗，從而幫助人類更好的規劃規避撞擊風險的措施。

4、總結

中國建造特大橋的水平提高，防撞研究在我國開展了三十余年，研究人員對主動防撞設施的關注度較低，船橋相撞事故仍在不斷發生。本文提出的雙向交互式智能防撞系統順應人工智能與智能交通的發展，數據采集與數據處理分離開來，數據信息雙向交互傳輸，能夠進一步做到“三不壞”防撞原則，并具有可持續開發性。隨著防撞理論的研究與防撞系統的開發，該系統會在防撞領域中應用更加廣泛，社會效益更高。

參考文獻：

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