船橋碰撞風險自動識別與預警系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種船橋碰撞風險自動識別與預警系統(tǒng)，屬于船泊技術領域。
【背景技術】
[0002]隨著時代的發(fā)展，交通運輸事業(yè)發(fā)展日益迅速，作為五大運輸方式之一的水路運輸也日漸繁忙。近年來，水上交通安全問題開始得到廣泛的關注，其中船橋碰撞事故造成的破壞尤其嚴重。根據對記載的資料進行統(tǒng)計，最近三十年來，全世界上發(fā)生的船撞橋事故多達兩千余起，其中嚴重者導致橋梁倒塌損毀的超過一百起。國外平均每年有一座橋梁會因船撞而倒塌，國內就武漢長江大橋建成至今發(fā)生撞橋事故就高達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:主動防撞和被動防撞。被動防撞是通過橋墩自身的加強或防護設施來抵抗船舶的撞擊威脅。至目前為止，國內外對橋墩防撞領域的研宄主要側重于被動防撞措施，將橋梁保護系統(tǒng)直接安裝在橋墩上，以防橋墩直接遭受船舶碰撞。主動防撞是指通過對船舶的航行管理和航行軌跡干預，避免船撞橋事故的發(fā)生?？梢娭鲃臃雷彩欠e極的預防措施。
[0004]現(xiàn)有的主動防撞措施歸納起來有兩類:(I)設立橋涵標。通過視覺標志，如日間標牌、夜間燈光；音響信號，如霧號；雷達標志，如雷達反射器和雷達應答器等，引導過往船舶認清橋墩位置，選擇正確航路，安全過橋。這種方法簡單易行，但受氣象條件影響大，能見度差時無效。雖然雷達標志不受氣象、能見度的影響，但由于雷達標志自身存在的技術局限性，也不能達到預期的效果。(2)建立安全監(jiān)控系統(tǒng)。通過交通管制(VTS)雷達監(jiān)控、視頻監(jiān)控預警系統(tǒng)與甚高頻電話配合，對大橋附近水域及駛近大橋的船舶實施24h的人工監(jiān)控；及時提醒過橋船舶，及早采取措施。其特點是能實時監(jiān)控過往船舶的航行態(tài)勢，及早發(fā)現(xiàn)事故隱患。但成本高、自動化程度低，過往船舶高峰時難以監(jiān)控。
[0005]目前國內外很多專家學者針對船撞橋事故進行分析，提出適當?shù)念A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)，主要研宄船對橋撞擊力的確定、橋梁的結構響應以及防撞措施等。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行加固或輔以防撞措施。近年來，國外一些研宄人員開始對限制水域的通航問題利用CFD或EFD的方法著手進行研宄，也取得了一定的進展，但以上研宄仍以結構動態(tài)響應為主要研宄對象。目前只有少數(shù)研宄從船舶的角度出發(fā)，恰當利用船舶的主動性，進行船橋防撞系統(tǒng)的研宄。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種船橋碰撞風險自動識別與預警系統(tǒng)，以便能夠更好地自動識別船橋碰撞風險，并予以預警。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案如下。
[0008]一種船橋碰撞風險自動識別與預警系統(tǒng)，由以下幾個部分組成:一個GPS接收機，一個通信處理器，兩個多信道VHF數(shù)據收發(fā)機，系統(tǒng)中還設置有數(shù)據采集模塊、數(shù)據處理模塊、數(shù)學模型分析模塊、結果顯示及警示模塊四大模塊，其中，GPS接收機能提供船位、船舶對地速度和航向還能夠通過STDMA數(shù)據鏈提供UTC時間；通信處理器在AlS全球專用的87B頻道(161.975MHz)和88B頻道(162.025MHz)頻道上控制VHF發(fā)射機工作，其中信息處理器是AIS的核心部分，也是AIS通信系統(tǒng)軟件實現(xiàn)和研宄的基礎，主要用于存儲本船識別碼、船名、呼號、船舶類型等靜態(tài)信息，也可用于存儲并處理對地航向、航速、轉向率等動態(tài)信息，以及船舶吃水、危險貨類、航線等與航行有關信息。此外，信息處理器還需要接收并存儲其它船的靜態(tài)信息、動態(tài)信息和航行有關信息，以備本船接入通信網絡時使用。通信中所發(fā)射和接收的信息編解碼和網絡接入程序，也應在信息處理器中實現(xiàn)。VHF收發(fā)機由系統(tǒng)信息處理器控制，用VHF CH87B(161.975MHz)、VHF CH88B(162.025MHZ)兩個國際專用頻道自動發(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，已調信號中含有本船和他船航行信息，AIS同時在這兩個頻率上接收信息，而發(fā)射信息是在這兩個頻率上交替進行的。
[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號碼；呼號和船名；船長和型寬；船舶類型；船上定位天線的位置；(2)動態(tài)的:具有精度指示和完整性狀態(tài)的船位；UTC時間；對地航速；航首向；航行狀態(tài)；轉向率；傾角；縱搖和橫搖；(3)與航次有關的信息:船舶吃水；危險貨物；目的港和預計到達時間；航線計劃；(4)與安全有關的短消息。
[0010]系統(tǒng)的具體功能如下:
[0011](I)系統(tǒng)通過輔助GPS相關系統(tǒng)實現(xiàn)對目標船與橋的相關信息的采集；
[0012](2)將接收到的數(shù)據解碼為可讀的目標船的靜態(tài)、動態(tài)及航行相關信息以及橋的位置信息；
[0013](3)將每個單獨船舶的信息進行打包，建立數(shù)據庫管理模塊，并將數(shù)據存入數(shù)據庫以便于智能分析模塊采集信息從而進行危險分析，同時可提供對已存信息進行查詢、刪除等操作。
[0014](4)可對目標船進行避碰分析，并顯示分析結果；
[0015](5)對于存在碰撞危險的船舶，發(fā)出危險不同等級信號警報，同時顯示建議行為，輔助駕駛員做出避讓行動決策。
[0016]該系統(tǒng)的工作流程為:在船進入橋區(qū)區(qū)域的過程中，根據現(xiàn)有的技術平臺，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)學模型分析模塊，由風險評估模型進行風險評判，以判斷船與橋是否存在碰撞風險。若存在撞橋風險，立即向船載AIS系統(tǒng)發(fā)送報警信號，提示其及時做出規(guī)避措施；行動過后的船舶信息再一次被AIS系統(tǒng)采集，AIS系統(tǒng)實時監(jiān)測穿行船舶的航行狀態(tài)直至船舶安全駛離橋區(qū)危險區(qū)域。
[0017]該發(fā)明的有益效果在于:該系統(tǒng)能提供雷達所不能提供的大量船舶動態(tài)信息，從而節(jié)約了計算時間和存儲容量，為顯示更多的目標信息提供方便。該系統(tǒng)傳送的目標信息通過VHF各自獨立傳送，不存在誤跟蹤和丟失率高的問題。系統(tǒng)的船位數(shù)據來源于船上的GPS，它的精度能達到15m左右，同時能不間斷的提供目標動向意圖信息，如轉向率、航跡向等。這對避讓決策、傳遞避碰意圖等有極大幫助。該系統(tǒng)自主運行，無需人工監(jiān)控，對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)明實施例中所使用系統(tǒng)的框架圖。
[0019]圖2是本發(fā)明實施例中所使用系統(tǒng)的工作流程圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明的【具體實施方式】進行描述，以便更好的理解本發(fā)明。
[0021]實施例
[0022]本實施例中的船橋碰撞風險自動識別與預警系統(tǒng)，由以下幾個部分組成:一個GPS接收機，一個通信處理器，兩個多信道VHF數(shù)據收發(fā)機，其中，GPS接收機能提供船位、船舶對地速度和航向還能夠通過STDMA數(shù)據鏈提供UTC時間；通信處理器在AIS全球專用的87B頻道(161.975MHz)和88B頻道(162.025MHz)頻道上控制VHF發(fā)射機工作，其中信息處理器是AIS的核心部分，也是AIS通信系統(tǒng)軟件實現(xiàn)和研宄的基礎，主要用于存儲本船識別碼、船名、呼號、船舶類型等靜態(tài)信息，也可用于存儲并處理對地航向、航速、轉向率等動態(tài)信息，以及船舶吃水、危險貨