船舶超高防撞预警监控系统的设计与应用

殷俊浩 上海铁路局科研所

船舶超高防撞预警监控系统的设计与应用

殷俊浩 上海铁路局科研所

对进入警戒区域的船舶进行实时超高检测和报警，促使超高船舶采取相应措施，解决超高船舶撞击铁路桥的问题；对不听劝告继续前行的超高船舶进行违法取证；远程视频网络监控、网络报警替代人工看管，从而提高监管质量与效率，符合目前信息化管理要求。

船舶；超高；预警；监控

1 前言

目前，在船只撞击桥墩立柱可采取桥涵标志灯来引导船只正确地从桥孔中间通行，有效防止船舶与桥墩立柱的碰撞事故，而在桥梁针对船舶的超高防撞方面国内目前还没有相关的技术手段能够进行有效的安全防范。绝大多数通航的铁路桥梁处于无人看护状态，一旦发生超高船舶撞击铁路桥事件，管理部门往往在较长时间内都无法获知，事后应急处置更是无从谈起。因此有必要对一些撞击事件较多的航道铁路桥，采用主动式的超高实时检测和预警，辅以（LED）安全警告标志、网络监控的方式抑制超高船舶通行，并以抓拍取证方式监控违法船舶，最大限度减少超高船舶的撞桥机率，大幅降低桥梁维护费用，从而更好地保护铁路行车及人民生命财产的安全。

2 设计原则

（1）实用性原则

方案设计在满足用户对系统的技术要求和使用要求的情况下，充分考虑系统的实用性，使系统的功能尽可能地完善并充分加以利用。

（2）可靠性原则

系统设计、设备选型、施工及调试等环节都将严格贯彻质量条例，完全符合国家及行业的有关标准，确保系统能够长期稳定、可靠安全地运行。

（3）先进性原则

在系统设计和设备选型方面，在考虑系统的实用性前提下，尽量采用国际上先进的红外对射、照片取证、视频图像与数字通讯技术，确保系统在国内的领先地位。

（4）经济性原则

在满足以上各个原则的基础之上，同时应考虑系统建设的经济成本，力争提高系统的性价比。签于该桥目前系无人值守，如派专人24h值守代价较高。所以，我们设想利用先进的网络监控技术来基本替代人工值守，以提高装备水平。

（5）设计依据

《中华人民共和国航道管理条例实施细则》；交通部《内河航标管理办法》；《闯红灯自动记录系统通用技术条件》GA/ T496-2004；《安防视频监控系统技术要求》GA/T367-2001；《中国电气装置安装工程施工及验收规范》GBJ232-90.92。

3 系统组成及工作流程

系统主要由船舶超高探测器、桥涵(桥柱)标志灯、LED警告标志、探照灯、无线数传收发控制装置、超高抓拍电子警察、语音报警、太阳能供电设备、视频监控、网络监控管理等子系统组成。该系统可实现对超高船舶进行超高检测、声光报警、抓拍取证、远程实时监控、数据传输等功能，并能够将超高船舶的信息及现场画面通过网络传输到工务段管理中心，并根据管理中心指令，随时拍摄监控现场。

3.1 系统布置

（1）系统布置原则

①第一道预警主要用于提前警示和劝阻超高船舶。安装位置：船舶从第一道预警到第二道预警，保证有足够的时间采取相应措施而不碰到第二道预警。具体根据各个桥梁而定（河道的通航等级、河道是否有弯道、水流速度、顺流还会逆流等）。

②第二道预警主要用于对不听从第一道预警警告，继续闯行的超高船舶进行违法取证。安装位置：一般距桥梁5m左右，保证电子警察能拍到轮船的船号信息，便于日后索赔取证。

③安装高度：考虑轮船随风浪的起伏，一般比桥梁净高低50mm～100mm。

（2）系统布置简介

①第一道超高检测预警装置，超高检测点设置在距离铁路桥梁150m以外的地方（见图1）。第一道超高预警检测高度的设置以本桥梁底50mm为准。

②在桥身及测高点各设置语音报警器。当超高测高点被超高船舶触发后，立即自动开启报警，延时30s自动关闭。

③短信报警上下游各设置一道，设置在抓拍取证点。一旦有超高船舶进入安全警戒区域，立即自动通知值班人员及管理有关人员（系统设定可同时通知5人）。

④LED禁示标志。在桥身两端的正中央位置设置一块面积2m2（长2.0m，宽1.0m）的LED禁示标志。该标志在超高船舶触发超高检测后，立即显示“超高船舶，禁止通行”，延时5min自动关闭；

⑤在上下游距离该桥80m的地方各设置一个探照灯，主要用于夜间有超高船舶闯入时能帮助其看清铁路桥的大致高度，使其能提前做出反应。该探照灯白天不亮，光线不良及晚上由超高检测点触发点亮，延时2min（可调）自动复位关闭。

⑥第二道超高检测报警装置，超高检测点设置在距离铁路桥梁3m的地方。第二道超高检测的高度以距离梁底50mm为准。

⑦抓拍取证。在距离桥梁约3m的位置设置违法抢越抓拍取证设备，如超高船舶不听预警仍强行冲撞桥梁，则抓拍设备能清晰记录船牌号码，便于索赔取证。抓拍的图片通过网络及时传输到工务段的监控电脑端。

⑧网络视频监控。现场设置4路视频监控记录系统，除了能记录现场日常情况外，还能通过宽带网络进行远程监控，从视频回放中了解到桥梁是否被冲撞过及损坏情况，也能了解设备是否正常工作。

⑨桥涵标。通航孔上下游迎面桥梁正中间各设置1盏桥涵标，桥牌型式日间为正方形红色牌，夜间为灯质红色定光灯；两侧桥柱各装3盏绿色定光灯。

图1 系统结构简要示意图

3.2 系统工作过程（见图2）

（1）超高船舶闯入预警区域时，将触发距本铁路桥150m处的第一道超高检测仪。

图2 系统工作流程图

系统的反应如下：

①立即触发3套（设置在河两岸的各1套及设置在钢梁桥桥身的1套）语音报警器立即循环播报“船舶超高，严禁通行”。河两岸的语音报警器延时30s自动复位，而设置在钢梁桥桥身的语音报警器延时2min自动复位（具体时间可根据情况调整）。

②晚上自动启动探照灯射向铁路桥，延时5min后自动停止。

③LED显示屏上看到设置在桥边醒目“超高船舶，严禁通行”标志牌。如果是晚上，还能看到醒目的桥涵（桥柱）标志灯。

（2）若超高船舶仍不听劝告继续前进，还需将触发设置在距离桥梁3m时的第二道超高检测仪。系统反应如下：

①触发超高电子警察抓拍系统对超高船舶抓拍3张照片，可以辨认船牌号码及拍摄的具体时间。抓拍照片通过网路传送到指定的服务器。

②报警信息立即通过GPRS网络向指定的服务器报警。

③中心端及其它终端可通过网络立即能看到现场情况，以便作出相应的应急处理。

④如船舶强行穿过桥梁，则另一侧的数码抓拍设备再对其进行抓拍取证。

3.3 监控中心端

（1）监控中心系统简介

用互联网IP就能接收到现场路由器送来的视频及照片信号。为提高系统可靠性，在托管机房建立双网服务器。终端网络采用能上公网的宽带网络。监控中心负责接收通过现场网络传输过来的视频及照片信息。监控中心主要由图片接收软件等组成，可完成对现场图片的接收、显示、存储、回放、备份、打印等。

（2）管理软件

远程监控系统的中心软件是与现场抓拍终端设备对接，进行图片接收、终端控制、终端管理的软件（见图3、图4）。

图3 管理软件界面

图4 抓拍图片

中心管理软件主要完成图片数据的接收、储存、解压等功能。同时，通过该软件可以对所有现场终端进行远程控制和远程数据采集。

4 系统功能

（1）实时禁示功能：为提高禁示效果，系统的LED标志牌设置成24h实时显示“超高船舶，严禁通行”字样。如果是晚上，还能在3000m以外就能看到醒目的桥涵（桥柱）标志灯。

（2）实时的现场检测：红外超高检测器能对进入预警区域的超高船只进行24h实时检测并及时报警；同时能智能识别方向：对接近桥梁的超高船舶能触发报警，而对驶离桥梁的船舶不触发系统报警。

（3）网络监控：一旦发现有超高船舶通行，视频监控系统能从存储在现场录像机硬盘中的视频文档中，通过回放视频以了解违法船舶通行所造成的后果，便于事故处理，以及进行后续清障和修复工作。

（4）网络报警：超高船舶闯入即向指定服务器端报警，工务段监控中心打开终端监控软件平台，即可接收到报警信

息。同时向相关人员发送报警短信，便于实时掌握该铁路桥是否有超高通行的船舶，为快速高效地启动后续事故处理程序，提供了基础保证。

（5）系统的取证采用1000万像素的高清设备，无论是白天还是黑夜，对违章通行的超高船舶的外观及船号，均能清晰抓拍取证，如果船舶强行通行桥梁，则系统可以在上下游各自动抓拍一次，加大取证效果。抓拍到的超高船舶的照片除了存储在现场端的设备外，还立即向指定的服务器传输，便于统一的监控管理。

（6）系统自检及设备故障网络报警功能。系统具有自检功能，并且当系统的设备有故障时，通过GPRS网络自动向指定的服务器报警。远程只要登陆服务器，就能了解系统设备故障的具体情况。解决了原有系统的设备故障无法及时发现的弊病，为故障的及时修复提供技术保证。

（7）电源自动合闸保护：为防止系统受到感应雷等情况造成电源意外跳闸后，不能及时发现继而直接影响到系统不能正常工作，系统增设了自动合闸智能保护装置。

（8）太阳能供电：系统的超高检测、无线传输、语音预警、LED禁令标志、GSM通信单元的功耗较低，所以采用了太阳能供电，由此解决了系统在接电或布线困难区段的系统供电问题。

5 应用情况

目前，在上海局管内运输航行量大且撞击可能性大的局内铁路桥梁大约有41座，至2009年开始，在计统处、工务处和各工务段等单位的大力支持下，对19座铁路航道桥逐步安装了防撞预警与取证系统。应用情况见下表1。

表1 系统应用情况

以上航道桥自安装了本系统后均未发生过桥梁被撞事件。从视频纪录中查阅发现所有桥梁每天均有很多超高船舶通行，在系统的预警下均有效地采取了相应的措施，避免了撞桥事故的发生。该系统攻克了船舶超高检测、防撞预警、违法取证等方面的技术难题，成功地解决了处于偏僻地段的航道桥监管困难的问题，有效地防止了铁路桥梁撞击事故的发生，大大减少了桥梁防护设施的维护费用，保障了铁路行车安全和人民生命财产的安全。

6 结束语

随着我国经济的快速发展，航道运输日益繁忙，航道等级不断提高，船舶密度，装载高度也相应增高，既有线的很多桥梁已经达不到现有的通航条件，经常会发生撞桥事故。当超高船只违法冲撞铁路桥梁后可能发生的后果是桥梁位移及桥梁寿命的缩短，而桥梁位移将极易发生（铁路线路变形），严重影响铁路运营安全。本系统能及时提醒超高船舶采取必要措施，降低撞桥几率，同时对肇事船只进行抓拍，为责任划分提供了有力的证据，并可以向“铁跨公”立交桥推广。

责任编辑：许耀元 胡雄伟
来稿日期：2014-01-23