桥梁船撞风险分析与防船撞系统的应用

赵杰

（广东省南粤交通投资建设有限公司，广东广州 510000）

0 引言

“船撞桥”是交通运输行业的一类重大事故，主要由于跨江海大桥的大量兴建、通航船舶的剧增、水上运输业的快速发展，加之桥区环境不断变化，桥梁船撞风险增加，轻则发生桥梁受损的问题，重则导致桥梁垮塌、人员伤亡、船沉等严重后果。对此，必须高度重视桥梁船撞风险，通过防船撞系统的合理应用最大限度地防止船撞桥事故的发生，更好地保障区域社会经济的发展。

1 桥梁船撞风险分析

2020年4月，国务院安全生产委员会印发《全国安全生产专项整治三年行动计划》，将开展船舶碰撞桥梁隐患治理作为一项重要内容。跨越航道桥梁是铁路、公路、城市道路、水路等交通运输通道的咽喉节点，由于部分早期建设的桥梁通航净空尺度较小、防撞标准较低、部分桥梁未按要求设置防撞设施、船舶大型化发展等原因，近年来一些桥梁与船舶不匹配的安全风险凸显，多次发生船舶碰撞桥梁事故，表1列举了近年发生的三起桥梁船撞事故。

表1 桥梁船撞事故列举

结合上述事故分析显示，风险是一种客观存在的事实，船桥碰撞是一种偶然事件，也是一种客观存在的事实，无法完全杜绝，但通过完善各类措施，包括：设置桥梁防船撞预警系统、船员特别是船长谨慎驾驶、船舶碰撞桥梁应急处置综合演练等，有效降低桥梁船撞风险，防止出现巨大经济财产损失乃至人员伤亡。本文主要从防船撞系统的角度进行分析。

2 桥梁防船撞预警系统关键技术

桥梁防船撞预警系统（以下简称“预警系统”）主要功能包括船舶航迹监测、超高监测、视频监测、船撞监测、信息发布（助航信息、虚拟航标、电子围栏等）及预警等。系统通过超高监测预警船舶的超高事件，通过航迹监测预警船舶的偏航、超速、逆行事件，通过船撞监测报警船撞桥事件。预警系统的关键技术是船舶航迹和超高监测，具体分析如下。

2.1 船舶航迹监测技术

船舶航迹监测技术主要包括AIS、微波雷达、激光雷达、图像识别等技术。桥梁防船撞预警系统适合采用AIS、AI图像和FMCW雷达监测结合的方案。中国海事局《国内航行船舶船载电子海图系统和自动识别系统设备管理规定》（海船舶〔2010〕156号）要求：中国籍沿海200总吨～500总吨航行船舶，参与沿海水上水下施工作业的自航船舶，所有港作拖轮；航行于内河长江干线、珠江干线、京杭运河及黄浦江的100总吨及以上的所有船舶，以及100总吨以下的液货船和集装箱船，需要安装符合要求的A级或B级AIS设备。据统计，70%以上的内河船舶已安装AIS设备。

目前，针对开启AIS的常规船舶航迹，宜采用AIS、图像及雷达监测的航迹融合的方式；对于无/关闭AIS的船舶可采用图像、雷达监测的航迹融合的方式，对桥区船舶航迹情况进行监测。

2.2 船舶超高监测技术

船舶超高监测技术主要包括激光、图像识别、雷达等方法。桥梁防船撞预警系统适合采用双光谱图像识别和激光精确测距计算船舶高度的方案，有效预警距离远、精度高，全天时监测预警。双光谱图像分析识别系统主要设置于桥墩/航道岸边，水平、垂直检测示意图如图1所示；激光扫描测距系统设置于桥墩处，水平、垂直检测示意图如图2所示。

图1 双光谱图像分析识别系统检测示意图

图2 激光扫描测距系统检测示意图

3 桥梁防船撞系统的应用

3.1 项目概况

湛江东海岛至雷州高速公路位于广东省西南沿海地区，是广东省湛江市“四通三环”大交通格局系统规划中“湾区外环”的一段，项目横跨通明海，连接东海岛与雷州，将沈海高速公路（湛江至徐闻段）、规划中的环雷州半岛一级路、湛江海湾大桥西延线等湛江市重要交通干线连接起来。其中，主线跨海大桥横跨通明海，称为通明海特大桥，主桥采用半封闭钢箱组合梁、A形索塔斜拉桥结构，跨径布置为146m+338m+146m=630m，边中跨比为0.431∶1，塔的高跨比为0.358∶1。主桥中跨位于R=20000m的竖曲线范围内，与两侧边跨顺接（纵坡1.8%）。

3.2 防撞智能预警系统架构

桥梁防碰撞智能预警系统软件总体架构可分为：展现层、业务层、数据采集/处理层、传感器设备层。

系统主要功能指标为：（1）具备通航船只航迹、高度、速度检测功能；（2）具备船只偏航、超高、超速预警功能；（3）具备事故报警功能；（4）具备事故视频记录功能；（5）具备系统设备自诊断功能；（6）具备云管理平台，可实现远程管理、访问；（7）具备数据备份、查询、管理功能；（8）具备声光报警功能；（9）具备助航信息发布功能；（10）超速预警距离：AIS系统≥3km；微波雷达≥3km；（11）超高监测距离≥1.5km；偏航监测距离≥1.5km。

3.3 防撞智能预警系统设备

（1）视频监控设备：含高清摄像头、双光全景摄像机、NVR（网络硬盘录像机）等，用于监视河道及记录过往船只、事故取证等。

（2）雷达：用于远距离发现船只，并测量船只距离、角度、速度，辅助“船舶超高、偏航智能检测设备”完成偏航、超速检测。

（3）船舶超高、偏航智能检测设备：采用“三光合一”的智能光电吊舱实现船只超高、偏航检测。

（4）周边组件：①AIS系统：用于接收船载AIS信息，并给通航船只发布助航信息；②VHF语音系统：与过往实现语音交互；③水位传感器：可实时测量河道水位，测算通航高度；④振动传感器：用于检测事故，启动视频系统进行视频记录；⑤高音喇叭：用于提醒过往船只，引导过往船只安全通行；⑥LED情报板：发布助航信息，引导过往船只安全通行。

3.4 防撞智能预警系统应用效果

本项目中的桥梁防撞智能预警系统利用智能光电吊舱、微波雷达、AIS系统等设备对过往船舶的高度、航迹、航行状态进行监测，并远程管理平台报送监测数据。如发生超高、偏航事件，则通过声、光等技术发出报警信号，同时通过VHF无线电台、AIS警告相关船舶，引导船只安全航行，并且自动录像取证。

大桥防碰撞智能预警管理平台（云端系统）能实时查看大桥设备运行状态，可及时发现预警事件及事故发生，以及对历史数据进行查询、回放、大数据分析，可预防事故、提高系统运行效率，以及为有关业务部门提供有效的数据支撑。

4 结语

综上所述，在交通运输系统中桥梁发挥着枢纽作用，然而就水上运输情况来看，船舶撞击桥梁事故屡有发生，其不仅受到桥梁建设标准的影响，也会因为环境气候变化、船员操作失误等导致。基于此情况，为进一步降低桥梁船撞风险，合理应用防船撞系统十分关键，通过实时、全方位监测与及时预警，更好地保障桥梁安全，避免出现不必要损失，确保区域稳定发展。