一、背景

1.1背景

随着水路运输的日益繁忙和桥梁数量的增多，船撞桥事故风险凸显。此类事故不仅可能导致桥梁结构严重损毁、交通中断，更可能引发重大的人员伤亡和环境污染。传统的人工瞭望、灯光信号等手段已难以满足复杂水文气象条件下的安全保障需求。

1.2目标

构建一套全天候、多层级、智能化的桥梁防撞预警监测系统，实现：

主动预警：对可能进入危险区域的船舶进行早期发现、跟踪和预警。

风险评估：实时计算船舶的航行风险等级（如偏航、超速、超高）。

多重告警：向桥梁管理方和船舶双方发布预警信息，实现联动响应。

数据追溯：记录航行轨迹和预警事件，为事故调查和责任认定提供依据。

最终目的：最大限度预防船撞桥事故，保障桥梁、船舶和人民生命财产安全。

二、系统设计原则

可靠性：系统需7x24小时稳定运行，关键设备有冗余备份。

先进性：采用成熟且先进的技术，确保系统在未来一段时间内不落后。

可扩展性：采用模块化设计，便于后期增加监测点和功能升级。

易维护性：系统应具备自诊断功能，方便运维人员快速定位和解决问题。

经济性：在满足功能需求的前提下，优化方案，控制建设和运维成本。

三、系统总体架构

系统可分为三个层次：感知层、传输层、应用层。

四、系统详细组成与功能

4.1感知层（前端监测设备）

感知层负责采集桥梁周边水域的船舶动态数据

（1）雷达子系统：

功能：全天候、全天时探测、跟踪和测量桥梁周边（如上下游3-5公里）的所有水面目标，获取目标的距离、方位、速度等信息。

优势：不受光线、天气影响。

部署：在桥梁制高点或桥塔上安装高性能雷达。

（2）AIS（自动识别系统）子系统：

功能：接收船舶主动发送的静态信息（船名、船长、船宽等）和动态信息（位置、航速、航向等）。

优势：可识别船舶身份，信息准确。

局限：依赖船舶设备完好且开启，无法探测未安装AIS的小型船只（如渔船、农用船）。

部署：在桥梁两端部署AIS基站。

（3）视频监控子系统：

功能：

实时监控：提供直观的现场画面。

智能分析：利用AI视频分析算法，自动检测、识别和跟踪船舶，特别是弥补AIS对“三无”船舶（无AIS、无船名、无船籍）的监测盲区。可进行船舶超高检测。

部署：采用高清透雾球机与枪机结合的方式，覆盖关键水域。桥墩可部署监控，用于事后取证。

（4）激光/超声波超高检测子系统：

功能：在桥梁通航孔净空高度以下一定位置，横向布设激光或超声波扫描设备，精确测量通过船舶的实际高度。

优势：直接测量，精度高，是防范超高船舶撞击的有效手段。

（5）水文气象监测子系统

功能：监测风速、风向、能见度、水流速度等。恶劣天气条件可作为风险预警的辅助判断因素。

部署：在桥区水域部署小型气象站和水文仪。

4.2传输层

负责将感知层采集的数据安全、稳定、高效地传输到监控中心。

主要方式：采用光纤专网为主，保证大数据量（尤其是视频流）的稳定传输。

备份方式：采用5G/4G无线网络作为备份链路，确保在主链路中断时系统仍能工作。

4.3应用层（监控中心平台软件）

（1）数据融合与处理引擎：

将雷达、AIS、视频等多源数据进行时空配准和融合，形成统一的、唯一的船舶航行动态画面。

（2）电子围栏（虚拟航标）功能：

在电子江图/海图上，为桥梁通航孔两侧和上下游划定预警区和报警区。

预警区（一级）：船舶进入该区域，系统进行提示。

报警区（二级）：船舶进入该区域或出现异常行为（如航向直指桥墩、速度过快、超高），系统触发报警。

（3）智能预警与风险研判模块：

碰撞风险算法（TCPA/DCPA）：实时计算船舶与桥墩的最晚施舵点和最近会遇距离，预测碰撞风险。

行为异常分析：判断船舶是否偏航、滞航、掉头、超速等。

分级预警机制：

提示（低风险）：船舶正常进入监控区域。

警告（中风险）：船舶航向有风险或进入预警区。

警报（高风险）：船舶有极高碰撞风险，进入报警区或检测到超高。

（4）预警信息发布模块：

对船舶发布：

语音广播：系统自动或人工通过VHF电台向特定船舶喊话。

短信（MSG）：将预警文字信息直接发送到船舶的AIS终端显示屏上。

LED显示屏：在桥梁两侧或引桥上安装大型LED屏，发布文字预警信息。

高音喇叭/声光报警器：进行声光警示。

对桥梁管理中心发布：

在监控大屏上以声、光、弹窗等多种形式醒目提示，并给出处置建议。

（5）数据管理与运维模块：

数据存储：记录所有船舶轨迹、预警事件、操作日志等，支持历史数据查询与回放。

系统运维：监控所有前端设备和后端服务器的运行状态。

五、系统工作流程

1.目标发现：雷达和视频发现所有水面目标，AIS识别出有AIS的船舶。

2.数据融合：系统将同一目标的多源信息关联，形成综合航迹。

3.电子围栏判断：系统实时判断船舶与电子围栏的关系。

4.风险研判：系统根据船舶位置、速度、航向、高度等信息，实时计算风险等级。

5.分级预警：根据风险等级，自动触发相应级别的预警。

6.信息发布：通过VHF、AIS-MSG、LED屏等方式向船舶发布预警；同时在监控中心告警。

7.联动处置：桥梁值班人员确认警情，可通过VHF短信与船舶沟通，必要时报告海事部门介入。

8.记录归档：整个预警过程的所有数据被完整记录。

六、方案特点与优势

多技术融合：克服单一传感器的局限性，实现无盲区、高精度监测。

AI赋能：智能视频分析有效弥补了对“三无”船舶的监管漏洞。

主动预防：从事后补救转向事前预警，变被动为主动。

多重告警：同时提醒管理方和船舶，形成联动闭环。

模块化设计：可根据桥梁重要性、通航密度和预算灵活配置。

七、实施建议

1.前期勘察：对桥梁的地理环境、通航状况、现有设施进行详细勘察。

2.分步实施：可先建设核心的雷达+AIS+视频系统，后期再逐步扩展超高检测、水文监测等功能。

3.协调联动：系统需与当地海事、航道管理部门的数据进行对接，形成监管合力。

4.运维保障：建立专业的运维团队，制定定期巡检和维护制度。

本方案提出的桥梁防撞预警监测系统，通过构建一个集感知、通信、智能分析和预警发布于一体的综合平台，能够显著提升桥梁的主动安全防护能力，是应对日益复杂的通航环境、保障重大基础设施安全的必要技术手段。