殷俊浩 上海鐵路局科研所

船舶超高防撞預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

殷俊浩 上海鐵路局科研所

對(duì)進(jìn)入警戒區(qū)域的船舶進(jìn)行實(shí)時(shí)超高檢測(cè)和報(bào)警，促使超高船舶采取相應(yīng)措施，解決超高船舶撞擊鐵路橋的問(wèn)題；對(duì)不聽(tīng)勸告繼續(xù)前行的超高船舶進(jìn)行違法取證；遠(yuǎn)程視頻網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)報(bào)警替代人工看管，從而提高監(jiān)管質(zhì)量與效率，符合目前信息化管理要求。

船舶；超高；預(yù)警；監(jiān)控

1 前言

目前，在船只撞擊橋墩立柱可采取橋涵標(biāo)志燈來(lái)引導(dǎo)船只正確地從橋孔中間通行，有效防止船舶與橋墩立柱的碰撞事故，而在橋梁針對(duì)船舶的超高防撞方面國(guó)內(nèi)目前還沒(méi)有相關(guān)的技術(shù)手段能夠進(jìn)行有效的安全防范。絕大多數(shù)通航的鐵路橋梁處于無(wú)人看護(hù)狀態(tài)，一旦發(fā)生超高船舶撞擊鐵路橋事件，管理部門往往在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)都無(wú)法獲知，事后應(yīng)急處置更是無(wú)從談起。因此有必要對(duì)一些撞擊事件較多的航道鐵路橋，采用主動(dòng)式的超高實(shí)時(shí)檢測(cè)和預(yù)警，輔以（LED）安全警告標(biāo)志、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的方式抑制超高船舶通行，并以抓拍取證方式監(jiān)控違法船舶，最大限度減少超高船舶的撞橋機(jī)率，大幅降低橋梁維護(hù)費(fèi)用，從而更好地保護(hù)鐵路行車及人民生命財(cái)產(chǎn)的安全。

2 設(shè)計(jì)原則

（1）實(shí)用性原則

方案設(shè)計(jì)在滿足用戶對(duì)系統(tǒng)的技術(shù)要求和使用要求的情況下，充分考慮系統(tǒng)的實(shí)用性，使系統(tǒng)的功能盡可能地完善并充分加以利用。

（2）可靠性原則

系統(tǒng)設(shè)計(jì)、設(shè)備選型、施工及調(diào)試等環(huán)節(jié)都將嚴(yán)格貫徹質(zhì)量條例，完全符合國(guó)家及行業(yè)的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，確保系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定、可靠安全地運(yùn)行。

（3）先進(jìn)性原則

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和設(shè)備選型方面，在考慮系統(tǒng)的實(shí)用性前提下，盡量采用國(guó)際上先進(jìn)的紅外對(duì)射、照片取證、視頻圖像與數(shù)字通訊技術(shù)，確保系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)的領(lǐng)先地位。

（4）經(jīng)濟(jì)性原則

在滿足以上各個(gè)原則的基礎(chǔ)之上，同時(shí)應(yīng)考慮系統(tǒng)建設(shè)的經(jīng)濟(jì)成本，力爭(zhēng)提高系統(tǒng)的性價(jià)比。簽于該橋目前系無(wú)人值守，如派專人24h值守代價(jià)較高。所以，我們?cè)O(shè)想利用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù)來(lái)基本替代人工值守，以提高裝備水平。

（5）設(shè)計(jì)依據(jù)

《中華人民共和國(guó)航道管理?xiàng)l例實(shí)施細(xì)則》；交通部《內(nèi)河航標(biāo)管理辦法》；《闖紅燈自動(dòng)記錄系統(tǒng)通用技術(shù)條件》GA/ T496-2004；《安防視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)要求》GA/T367-2001；《中國(guó)電氣裝置安裝工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》GBJ232-90.92。

3 系統(tǒng)組成及工作流程

系統(tǒng)主要由船舶超高探測(cè)器、橋涵(橋柱)標(biāo)志燈、LED警告標(biāo)志、探照燈、無(wú)線數(shù)傳收發(fā)控制裝置、超高抓拍電子警察、語(yǔ)音報(bào)警、太陽(yáng)能供電設(shè)備、視頻監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控管理等子系統(tǒng)組成。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)超高船舶進(jìn)行超高檢測(cè)、聲光報(bào)警、抓拍取證、遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?，并能夠?qū)⒊叽暗男畔⒓艾F(xiàn)場(chǎng)畫(huà)面通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)焦?wù)段管理中心，并根據(jù)管理中心指令，隨時(shí)拍攝監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)。

3.1 系統(tǒng)布置

（1）系統(tǒng)布置原則

①第一道預(yù)警主要用于提前警示和勸阻超高船舶。安裝位置：船舶從第一道預(yù)警到第二道預(yù)警，保證有足夠的時(shí)間采取相應(yīng)措施而不碰到第二道預(yù)警。具體根據(jù)各個(gè)橋梁而定（河道的通航等級(jí)、河道是否有彎道、水流速度、順流還會(huì)逆流等）。

②第二道預(yù)警主要用于對(duì)不聽(tīng)從第一道預(yù)警警告，繼續(xù)闖行的超高船舶進(jìn)行違法取證。安裝位置：一般距橋梁5m左右，保證電子警察能拍到輪船的船號(hào)信息，便于日后索賠取證。

③安裝高度：考慮輪船隨風(fēng)浪的起伏，一般比橋梁凈高低50mm～100mm。

（2）系統(tǒng)布置簡(jiǎn)介

①第一道超高檢測(cè)預(yù)警裝置，超高檢測(cè)點(diǎn)設(shè)置在距離鐵路橋梁150m以外的地方（見(jiàn)圖1）。第一道超高預(yù)警檢測(cè)高度的設(shè)置以本橋梁底50mm為準(zhǔn)。

②在橋身及測(cè)高點(diǎn)各設(shè)置語(yǔ)音報(bào)警器。當(dāng)超高測(cè)高點(diǎn)被超高船舶觸發(fā)后，立即自動(dòng)開(kāi)啟報(bào)警，延時(shí)30s自動(dòng)關(guān)閉。

③短信報(bào)警上下游各設(shè)置一道，設(shè)置在抓拍取證點(diǎn)。一旦有超高船舶進(jìn)入安全警戒區(qū)域，立即自動(dòng)通知值班人員及管理有關(guān)人員（系統(tǒng)設(shè)定可同時(shí)通知5人）。

④LED禁示標(biāo)志。在橋身兩端的正中央位置設(shè)置一塊面積2m2（長(zhǎng)2.0m，寬1.0m）的LED禁示標(biāo)志。該標(biāo)志在超高船舶觸發(fā)超高檢測(cè)后，立即顯示“超高船舶，禁止通行”，延時(shí)5min自動(dòng)關(guān)閉；

⑤在上下游距離該橋80m的地方各設(shè)置一個(gè)探照燈，主要用于夜間有超高船舶闖入時(shí)能幫助其看清鐵路橋的大致高度，使其能提前做出反應(yīng)。該探照燈白天不亮，光線不良及晚上由超高檢測(cè)點(diǎn)觸發(fā)點(diǎn)亮，延時(shí)2min（可調(diào)）自動(dòng)復(fù)位關(guān)閉。

⑥第二道超高檢測(cè)報(bào)警裝置，超高檢測(cè)點(diǎn)設(shè)置在距離鐵路橋梁3m的地方。第二道超高檢測(cè)的高度以距離梁底50mm為準(zhǔn)。

⑦抓拍取證。在距離橋梁約3m的位置設(shè)置違法搶越抓拍取證設(shè)備，如超高船舶不聽(tīng)預(yù)警仍強(qiáng)行沖撞橋梁，則抓拍設(shè)備能清晰記錄船牌號(hào)碼，便于索賠取證。抓拍的圖片通過(guò)網(wǎng)絡(luò)及時(shí)傳輸?shù)焦?wù)段的監(jiān)控電腦端。

⑧網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)置4路視頻監(jiān)控記錄系統(tǒng)，除了能記錄現(xiàn)場(chǎng)日常情況外，還能通過(guò)寬帶網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，從視頻回放中了解到橋梁是否被沖撞過(guò)及損壞情況，也能了解設(shè)備是否正常工作。

⑨橋涵標(biāo)。通航孔上下游迎面橋梁正中間各設(shè)置1盞橋涵標(biāo)，橋牌型式日間為正方形紅色牌，夜間為燈質(zhì)紅色定光燈；兩側(cè)橋柱各裝3盞綠色定光燈。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)要示意圖

3.2 系統(tǒng)工作過(guò)程（見(jiàn)圖2）

（1）超高船舶闖入預(yù)警區(qū)域時(shí)，將觸發(fā)距本鐵路橋150m處的第一道超高檢測(cè)儀。

圖2 系統(tǒng)工作流程圖

系統(tǒng)的反應(yīng)如下：

①立即觸發(fā)3套（設(shè)置在河兩岸的各1套及設(shè)置在鋼梁橋橋身的1套）語(yǔ)音報(bào)警器立即循環(huán)播報(bào)“船舶超高，嚴(yán)禁通行”。河兩岸的語(yǔ)音報(bào)警器延時(shí)30s自動(dòng)復(fù)位，而設(shè)置在鋼梁橋橋身的語(yǔ)音報(bào)警器延時(shí)2min自動(dòng)復(fù)位（具體時(shí)間可根據(jù)情況調(diào)整）。

②晚上自動(dòng)啟動(dòng)探照燈射向鐵路橋，延時(shí)5min后自動(dòng)停止。

③LED顯示屏上看到設(shè)置在橋邊醒目“超高船舶，嚴(yán)禁通行”標(biāo)志牌。如果是晚上，還能看到醒目的橋涵（橋柱）標(biāo)志燈。

（2）若超高船舶仍不聽(tīng)勸告繼續(xù)前進(jìn)，還需將觸發(fā)設(shè)置在距離橋梁3m時(shí)的第二道超高檢測(cè)儀。系統(tǒng)反應(yīng)如下：

①觸發(fā)超高電子警察抓拍系統(tǒng)對(duì)超高船舶抓拍3張照片，可以辨認(rèn)船牌號(hào)碼及拍攝的具體時(shí)間。抓拍照片通過(guò)網(wǎng)路傳送到指定的服務(wù)器。

②報(bào)警信息立即通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)向指定的服務(wù)器報(bào)警。

③中心端及其它終端可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)立即能看到現(xiàn)場(chǎng)情況，以便作出相應(yīng)的應(yīng)急處理。

④如船舶強(qiáng)行穿過(guò)橋梁，則另一側(cè)的數(shù)碼抓拍設(shè)備再對(duì)其進(jìn)行抓拍取證。

3.3 監(jiān)控中心端

（1）監(jiān)控中心系統(tǒng)簡(jiǎn)介

用互聯(lián)網(wǎng)IP就能接收到現(xiàn)場(chǎng)路由器送來(lái)的視頻及照片信號(hào)。為提高系統(tǒng)可靠性，在托管機(jī)房建立雙網(wǎng)服務(wù)器。終端網(wǎng)絡(luò)采用能上公網(wǎng)的寬帶網(wǎng)絡(luò)。監(jiān)控中心負(fù)責(zé)接收通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)傳輸過(guò)來(lái)的視頻及照片信息。監(jiān)控中心主要由圖片接收軟件等組成，可完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)圖片的接收、顯示、存儲(chǔ)、回放、備份、打印等。

（2）管理軟件

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的中心軟件是與現(xiàn)場(chǎng)抓拍終端設(shè)備對(duì)接，進(jìn)行圖片接收、終端控制、終端管理的軟件（見(jiàn)圖3、圖4）。

圖3 管理軟件界面

圖4 抓拍圖片

中心管理軟件主要完成圖片數(shù)據(jù)的接收、儲(chǔ)存、解壓等功能。同時(shí)，通過(guò)該軟件可以對(duì)所有現(xiàn)場(chǎng)終端進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集。

4 系統(tǒng)功能

（1）實(shí)時(shí)禁示功能：為提高禁示效果，系統(tǒng)的LED標(biāo)志牌設(shè)置成24h實(shí)時(shí)顯示“超高船舶，嚴(yán)禁通行”字樣。如果是晚上，還能在3000m以外就能看到醒目的橋涵（橋柱）標(biāo)志燈。

（2）實(shí)時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)：紅外超高檢測(cè)器能對(duì)進(jìn)入預(yù)警區(qū)域的超高船只進(jìn)行24h實(shí)時(shí)檢測(cè)并及時(shí)報(bào)警；同時(shí)能智能識(shí)別方向：對(duì)接近橋梁的超高船舶能觸發(fā)報(bào)警，而對(duì)駛離橋梁的船舶不觸發(fā)系統(tǒng)報(bào)警。

（3）網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控：一旦發(fā)現(xiàn)有超高船舶通行，視頻監(jiān)控系統(tǒng)能從存儲(chǔ)在現(xiàn)場(chǎng)錄像機(jī)硬盤中的視頻文檔中，通過(guò)回放視頻以了解違法船舶通行所造成的后果，便于事故處理，以及進(jìn)行后續(xù)清障和修復(fù)工作。

（4）網(wǎng)絡(luò)報(bào)警：超高船舶闖入即向指定服務(wù)器端報(bào)警，工務(wù)段監(jiān)控中心打開(kāi)終端監(jiān)控軟件平臺(tái)，即可接收到報(bào)警信

息。同時(shí)向相關(guān)人員發(fā)送報(bào)警短信，便于實(shí)時(shí)掌握該鐵路橋是否有超高通行的船舶，為快速高效地啟動(dòng)后續(xù)事故處理程序，提供了基礎(chǔ)保證。

（5）系統(tǒng)的取證采用1000萬(wàn)像素的高清設(shè)備，無(wú)論是白天還是黑夜，對(duì)違章通行的超高船舶的外觀及船號(hào)，均能清晰抓拍取證，如果船舶強(qiáng)行通行橋梁，則系統(tǒng)可以在上下游各自動(dòng)抓拍一次，加大取證效果。抓拍到的超高船舶的照片除了存儲(chǔ)在現(xiàn)場(chǎng)端的設(shè)備外，還立即向指定的服務(wù)器傳輸，便于統(tǒng)一的監(jiān)控管理。

（6）系統(tǒng)自檢及設(shè)備故障網(wǎng)絡(luò)報(bào)警功能。系統(tǒng)具有自檢功能，并且當(dāng)系統(tǒng)的設(shè)備有故障時(shí)，通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)向指定的服務(wù)器報(bào)警。遠(yuǎn)程只要登陸服務(wù)器，就能了解系統(tǒng)設(shè)備故障的具體情況。解決了原有系統(tǒng)的設(shè)備故障無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)的弊病，為故障的及時(shí)修復(fù)提供技術(shù)保證。

（7）電源自動(dòng)合閘保護(hù)：為防止系統(tǒng)受到感應(yīng)雷等情況造成電源意外跳閘后，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)繼而直接影響到系統(tǒng)不能正常工作，系統(tǒng)增設(shè)了自動(dòng)合閘智能保護(hù)裝置。

（8）太陽(yáng)能供電：系統(tǒng)的超高檢測(cè)、無(wú)線傳輸、語(yǔ)音預(yù)警、LED禁令標(biāo)志、GSM通信單元的功耗較低，所以采用了太陽(yáng)能供電，由此解決了系統(tǒng)在接電或布線困難區(qū)段的系統(tǒng)供電問(wèn)題。

5 應(yīng)用情況

目前，在上海局管內(nèi)運(yùn)輸航行量大且撞擊可能性大的局內(nèi)鐵路橋梁大約有41座，至2009年開(kāi)始，在計(jì)統(tǒng)處、工務(wù)處和各工務(wù)段等單位的大力支持下，對(duì)19座鐵路航道橋逐步安裝了防撞預(yù)警與取證系統(tǒng)。應(yīng)用情況見(jiàn)下表1。

表1 系統(tǒng)應(yīng)用情況

以上航道橋自安裝了本系統(tǒng)后均未發(fā)生過(guò)橋梁被撞事件。從視頻紀(jì)錄中查閱發(fā)現(xiàn)所有橋梁每天均有很多超高船舶通行，在系統(tǒng)的預(yù)警下均有效地采取了相應(yīng)的措施，避免了撞橋事故的發(fā)生。該系統(tǒng)攻克了船舶超高檢測(cè)、防撞預(yù)警、違法取證等方面的技術(shù)難題，成功地解決了處于偏僻地段的航道橋監(jiān)管困難的問(wèn)題，有效地防止了鐵路橋梁撞擊事故的發(fā)生，大大減少了橋梁防護(hù)設(shè)施的維護(hù)費(fèi)用，保障了鐵路行車安全和人民生命財(cái)產(chǎn)的安全。

6 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，航道運(yùn)輸日益繁忙，航道等級(jí)不斷提高，船舶密度，裝載高度也相應(yīng)增高，既有線的很多橋梁已經(jīng)達(dá)不到現(xiàn)有的通航條件，經(jīng)常會(huì)發(fā)生撞橋事故。當(dāng)超高船只違法沖撞鐵路橋梁后可能發(fā)生的后果是橋梁位移及橋梁壽命的縮短，而橋梁位移將極易發(fā)生（鐵路線路變形），嚴(yán)重影響鐵路運(yùn)營(yíng)安全。本系統(tǒng)能及時(shí)提醒超高船舶采取必要措施，降低撞橋幾率，同時(shí)對(duì)肇事船只進(jìn)行抓拍，為責(zé)任劃分提供了有力的證據(jù)，并可以向“鐵跨公”立交橋推廣。

責(zé)任編輯：許耀元 胡雄偉
來(lái)稿日期：2014-01-23