主動預警裝置在廣西托洲大橋中的應用

中圖分類號：U446.2 文獻標識碼：A DOl：10.13282/j.cnki.wccst.2025.01.058

文章編號：1673-4874（2025）01-0198-03

0 引言

橋梁在公路網中起到跨越山河湖海的作用。隨著公路建設的發展，跨航道橋梁數量增多，而船舶與橋墩碰撞事件也時有發生，橋梁與船舶碰撞隱患治理在行業中逐步引起重視。以廣東九江大橋為例，其非通航孔橋墩被2000噸級船舶撞擊倒塌，導致200m橋面垮塌，8人死亡。據不完全統計，三大水系干線上發生的船撞橋事件已超過350起。造成碰撞事件的原因有操作失誤、船舶故障、航道狀況不佳等。對歷年事故進行統計分析，人為因素占 64% ，居首位。出現這種情況的原因是駕駛員的駕駛技術、心態以及特殊情況下對船舶的性能、橋下凈高判斷失誤等。但以往橋梁防撞以被動為主，缺乏在事故出現征兆前進行有效的提醒和預警[1-4]。主動預警裝置是集成自動跟蹤、監測及預警的系統，能對船舶異常行為主動發出警告，所以在有傳統防撞設施后也有必要增加主動預警裝置，降低碰撞事故的發生。

1現狀分析研究

托洲大橋建成于2003年，橋跨結構為預應力混凝土連續剛構，全長 530.00m ，主橋為 （50+2×90+50） m預應力混凝土連續剛構，引橋為 8×30 m先簡支后連續預應力混凝土T型梁。內河Ⅱ級航道，通航孔凈寬為 60m 通航凈高為 ，現狀使用的通航孔為 墩之間孔。本橋在 墩設有橋涵標、橋柱燈、側面浮標等助航設施，墩身上設置由錨鏈連接浮筒組成的整體防撞設施。橋梁最近一次技術狀況評定等級為2級，結構無安全隱患。

通過調研走訪、現場踏勘等方式收集通航船舶等基礎資料，顯示在2017一2019年三年中，平均每天通航 艘，1000噸級以上船型為主力船型。

2主動預警應用

2.1主動預警裝置情況

橋梁主動預警系統主要由雷達監測站和監控中心構成。雷達監測站主要包括激光雷達、跟蹤攝像機、監視攝像機、AIS基站、VHF電臺、聲光報警器、水位計、LED顯示屏、數據處理單元器等設備。監控中心的組成包括系統服務器、系統工作站、顯示器、硬盤錄像機等設備。

系統設計的主要功能包括船舶超高、偏航、超速、水位及電子圍欄檢測報警，自動發布管制信息、數據統計及查找等。

系統采用的架構模式是現場系統一服務器一用戶（監管人員），即B/S模式，將現場控制系統采集的數據，通過光纖或4G信號上傳到服務器儲存、查詢、備份等，用戶可隨時隨地訪問預警系統平臺，查看各項參數信息。

主動預警系統通過以下流程進行工作（圖1）：從某個事件開始，雷達調取任務區域參數進入警戒模式 → 雷達進行任務區域內目標檢測、跟蹤 → 雷達跟蹤運動目標形成航跡 → 雷達引導攝像機進入自動跟蹤模式 → 攝像機輪巡跟蹤 → 攝像機自動抓拍 → 提供分析取證圖像 → 目標超高、超速、偏航監測 → 超高、超速、偏航預警 → VFH/廣播聯動警告、LED信息聯動顯示 → 結束。同時在雷達監測中進行算法跟蹤模式。

2.2主動預警裝置在托洲大橋的應用

托洲大橋 和 孔為通航孔，故該項目在大橋現場僅對 墩安裝雷達監測站各一套。在點位1、2處即 墩頂上下游側各安裝1套激光雷達、1臺跟蹤攝像機、2套監視攝像機，在定位2、3處即通航孔跨中安裝2套聲光報警器、1套水位計、2套LED顯示屏，在點位5處即橋臺安裝1套AIS船舶自動識別系統基站、1套VHF電臺等設備，詳見圖2。部分關鍵設備參數見表

監控中心設備組成包括：一臺系統服務器用于設置云平臺服務器；一臺系統工作站用于安裝預警平臺軟件；現場設置一套橋梁防撞主動預警系統平臺用于現場設備實現船舶助航預警、船舶資料實時查詢、虛擬航標、偏航事件、電子圍欄、檢測設備、圖片上傳等功能；一套激光雷達船舶三維掃描系統，用于通過激光雷達設備，對航道通行實行超高偏航監測，點云三維識別技術生成船舶立體三維圖像，發現超高偏航船舶觸發報警，保護橋梁、橋墩。

設備安裝完畢后，操作人員還需要在預警系統平臺對預警水位、船速等聞值進行設定，并對橋區周圍水域按照下游預警區域、上游預警區域、上游偏航區域及下游偏航區域進行劃分，讓系統有效識別各類事件。托洲大橋主動預警系統各項性能指標如下。

（1）系統檢測能力：在晴天的氣象條件下，系統應能可靠監視雷達監測區域內100GT及以上船舶的運動狀態；在16mm/h降雨的氣象條件下，系統應能可靠監視雷達監測域內500GT及以上船舶的運動狀態。

（2）系統跟蹤能力：具有高速船監測能力，系統應能跟蹤目標最高速度 ；應能自動引導攝像機聯動跟蹤航行船舶。在航道上，船舶上、下行航向測量準確率為 100% o

（3）系統識別能力：具有航行船舶識別能力，系統聯動視頻跟蹤時，應能指示雷達目標與對應在視頻畫面上的船舶目標，并有指示標識，對應指示準確率為 100% 。

（4）系統抓拍能力：具有航行船舶抓拍能力，系統應能自動抓拍航行船舶，并存儲和輸出抓拍圖。實時船舶通過圖像采集準確率 298% 。

（5）系統預警能力：具有偏航預警能力，系統發現航行船舶偏離航道時，應能自動聲音預警和偏離區域變色預警。

（6）系統流量監測能力：具有密度觀測能力，系統應能統計雙向航行船舶數量，形成流量統計表輸出。在航船舶（包含船隊）數量測量準確率 298% 。

（7）信息記錄重放能力：系統應具有雷達數據、AIS數據的多媒體同步記錄與重放能力，記錄信息可異地利用通用媒體播放器重放，連續記錄時間應保證雷達數據、AIS數據等

（8）系統擴展能力：系統雷達數據處理、綜合處理等應具有進一步擴展的能力；系統硬件應易于更新、軟件應易于升級。

（9）系統工作可靠性：系統有效度"≥99.9% ，系統每年故障失效的時間應"

（10）工作環境：轄區自然條件惡劣，濕度、風速較大，對設備的工作環境要求較高，系統工作環境主要考慮抗大雨、大風和高濕度、溫度、鹽度和粉塵的要求。具體在下列環境條件下，系統應能正常工作：在風速為 45m/s時系統能正常工作，在風速為""s時不損壞；系統有夜間和霧天服務能力；室外設備在濕度為 98% 、室內設備在濕度為 95%時能正常工作，系統具有抗鹽霧和粉塵能力；室外設備在""、室內設備在5""時能正常工作。

2.3主動預警系統實施效果

主動預警系統運行后，托洲大橋通航安全性得到提高，取得如下效果：

（1）主動預警系統對過往船舶進行通航播報及安全預警提示，從2023年1月正式運行以來，全年共發出預警總數23657次，超速261次，偏航4346次，超高6次。

（2）主動預警系統平臺可查看船舶軌跡、資料等信息，并能通過攝像頭實時查看現場情況。

（3）提前預警能有效預防運營期橋梁被船撞的概率，延長橋梁的使用年限，保障橋梁安全。

（4）實現對橋梁本身、周圍環境等可視化管理，提升養護水平。

（5）主動預警系統運行以來各項設備穩定且訪問便捷，用戶可隨時隨地訪問平臺，掌握橋梁通航情況。

3結語

主動預警裝置的加裝，實現了對橋區水情、通航孔凈空尺度及船舶狀態的實時檢測，對異常情況能及時發出預警信號，尤其是通航凈空尺寸不足的情況下，大大降低了人為引起的事故。同時，根據現場調查結果，按照規范要求增加通航凈高標牌、主標志、通航凈高標尺、橋名標志、實時凈空高度值顯示標志等通航標識。

參考文獻

[1]廖可陽.通航橋梁船撞事故原因分析及防治對策[C]江蘇省航海學會、浙江省航海學會、福建省航海學會、廣東省航海學會、廣西壯族自治區航海學會、上海市航海學會.改革創新不停步，攻堅克難促發展——2013年“蘇浙閩粵桂滬”航海學會學術研討會論文集， 2013：384-387

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[3]陳振昌.關于船舶觸碰橋梁事故防范的探討[J].珠江水運，2011（12）：59-62.

[4]鄒德武，程雪松，周振華，等.防止船舶與橋梁碰撞預警和智能控制系統研究[J」.中國水運（下半月），2019，19（10）：91-92