探索建设桥梁通航桥孔实时净空高度采集与发布预警系统

王松

摘 要：通航桥孔净空高度是船舶可否安全穿越桥梁的重要参数之一。本文重点探索建设桥梁通航桥孔实时净空高度数据采集与发布预警系统的研究，通过AIS（船舶自动识别系统）向过往船舶播发实时数据、预警信息等，在桥梁通航水域推广，可大大降低船舶撞桥事故风险。

关键词：桥梁 桥涵标 净空高度 AIS

1.研究现状

随着国家对交通设施的大力投入及沿海地区经济的飞速发展，已建成的桥梁便利了陆路交通，却一定程度制约了桥下通航水域使用。船舶如果碰撞桥梁，将危及双方的安全，防止船舶碰撞桥梁一直是海事管理部门亟待解决的问题。

目前为了保障桥区水域船舶通航安全所采取的保障措施大致如下：①加强桥区施工期间的管理，落实安全通航措施；②调整和完善助航标志、桥涵标的设置；③完善航路设置；④安装桥梁防撞装置、采用船舶撞桥报警系统等减少船舶撞击桥梁的损失；⑤采用避碰雷达、测速雷达等对船舶的实时速度进行检测；⑥采用CCTV监控系统对船舶进行实时监控等。这些安全保障措施起到了一定的安全保障作用，但由于大多数是采用被动防撞措施，仍无法保障船舶的安全航行，无法杜绝各类撞船事故的发生，尤其是驾驶员对桥梁信息掌握不充分而造成的碰撞事故时有发生。

2.目前桥梁净空高度获取的局限性

目前国内桥梁数量巨大，自身监管压力大，桥梁净空尺度普遍偏低，桥梁的相关标识不齐全等。对于水文信息，可通过VTS中心、航道部门查询当日的水位情况，但水位往往是航道的整体水位，并非指特定航段的水位信息。有些水域水位变化大，桥孔净空不足的危险段，相关部门在桥墩上设置倒水尺（见图1）。过往船舶可通过读取倒水尺刻度提前掌握桥梁的净空高度和水深情况，判断船舶是否可以安全通过通航桥孔。但由于倒水尺安装在桥梁附近，船舶在白天、能见度良好的前提下，距离桥梁较近时才能获取桥梁净空信息。对于大型船舶在了解到该信息时，往往已经错过安全避碰的时间，并且天气状况差的情况下难以满足需求。迫切需要采取措施实时采集桥梁净空高度并提前告知船舶操纵人员，以便作出安全的回避措施。

3.桥梁净空高度实时采集与传输系统

3.1桥梁净空高度采集装置

桥梁净空高度采集装置包括设在桥面下部的激光束发生模块、正对激光束发生模块下方随水面浮动的漂浮体、漂浮体上部激光反射面、激光检测模块、激光束发生模块与漂浮体之间的管道等5部分组成，通过激光检测模块计算出桥梁实时净空高度（见图2）。

桥梁通航孔净空高度测量装置，是通过桥面下部的激光束发生模块向其下方的水面漂浮体激光反射面发射激光，激光束发生模块发射出的激光经被浮标的反射后又被激光检测模块接收，通过同时记录激光往返的时间，经过换算后，就是激光束发生模块和被测量物体之间的距离。

在激光束发生模块与漂浮体之间设有用于防止测量干扰的管道，管道内尺寸略大于漂浮体的外尺寸。在实践中发现，如果没有管道，会造成激光折射和散射，影响测量精度。管道长度要大于历史最低水位到桥面下部的距离，保证漂浮体一直处于管道之中。由于船舶一般是从桥孔中间通过，为不影响船舶航行，激光束发生模块一般设置在靠近桥墩的位置。

3.2桥梁净空高度数据发布及预警系统

桥梁净空高度数据发布及预警系统主要由电源系统、净空高度播发系统、AIS航标助航系统、AIS短信和声光警示系统、VHF语音警示系统、系统控制器等部分组成。（见图3）

电源系统：系统实现AC220V和DC12V的智能切换，保证系统在任何情况下的正常工作；

净空高度播发系统：桥梁净空高度采集装置采集到的實时数据，通过控制器传送到AIS航标，AIS航标通过14号报文将桥梁净空高度数据播发，船舶通过AIS设备接收并显示；也可通过船舶AIS系统或系统服务器直接向通讯模块发送检测请求触发实时的净空高度采集，这样就可以在真正需要时进行实时测量

AIS航标助航系统：系统装有一套数字化AIS航标通信管理终端，发布桥墩AIS航标相关信息，让船舶通过AIS设备接收并显示在电子海图上；

AIS短信和声光警示系统：系统自动判断驶近或驶离船舶，当船舶驶近桥梁500米（距离可调）时，系统开始通过AIS航标向目标船舶播发警示信息，如“前方桥梁，注意避让”等信息，当驶近100米（距离可调）时启动声光警示系统，此时AIS短信和声光警示系统处于同时工作状态；

VHF语音警示系统：系统通过VHF值守频道播发VHF警示信息，让进入桥梁附近的船舶提高警惕；

系统控制器：系统设有专业控制器（控制器内包含系统软件），负责各系统的数据的采集、运算、管理、控制。

4.展望

桥梁通航桥孔实时净空高度采集与发布预警系统简单易实施、安全可靠、实用性强，能够及时有效的检测通航桥孔净空高度，并向过往船舶发布，让船舶驾驶员提前获取桥梁实时数据，并正确判断船舶能否安全通过桥梁。它能够很好的从源头上解决船舶超高造成的撞船事故，大大提高船舶通航的安全性，有效避免桥梁的被撞造成的人员伤亡及经济损失。

目前，该系统正在进一步扩展及优化，特别加入船舶检测模块，达到获取船舶超出水面高度数据，准确判断船舶是否能够安全通过桥梁，从根本上减少船舶超高撞击桥梁事故发生。

参考文献：

[1]潘放.华南理工大学博士论文.通航桥梁船撞风险分析与规避措施研究与应用.

[2]黄喆.大连海事大学硕士论文.桥区船舶安全通航与高度测量系统研究.

[3]郭义浩.桥梁净空高度实时检测与综合报告系统及其应用.水道港口第38卷第1期2017年2月.