陳曉蝶

【摘 要】為有效監(jiān)控庫區(qū)水域船舶，避免其撞擊大壩，提高大壩的安全性，文章探討了防止船舶撞擊大壩的預警系統(tǒng)建設的必要性和可行性，并從功能性及經(jīng)濟性角度對實現(xiàn)預警系統(tǒng)幾種技術(shù)進行比較，為實現(xiàn)建設預警系統(tǒng)提供思路。

【關(guān)鍵詞】大壩船舶預警;雷達成像;AIS;視頻監(jiān)控;激光傳感器

【中圖分類號】TV698.1 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2018）12-0032-02

1 現(xiàn)狀及必要性

隨著我國經(jīng)濟及水利事業(yè)的不斷發(fā)展，各種水利工程項目變得越來越多，水利水電大壩工程建設及運行受關(guān)注程度越來越高，人們也開始日益重視大壩的安全。

目前，隨著水上交通運輸?shù)牟粩喟l(fā)展，水域流量與安全的矛盾日漸突出，船舶的數(shù)量越多，航道管理的復雜性越高，對大壩安全的威脅性也越大。同時，大壩上游庫區(qū)河道上有許多打魚船、挖沙船、渡船等船舶，船舶可能會因為管理不當、水流流速的增大、風速過大等原因脫離控制。而當出現(xiàn)失控的船舶時，若未能及時預警和及時采取措施而任由其發(fā)展，會對大壩造成極大的安全隱患。

當前大多數(shù)電廠對于大壩安全，往往能夠做到編制防止大型漂浮物的應急預案及開展演練等，但預警手段多數(shù)還是靠在洪水期人為的目測。而目測往往受到視距、視敏度、視野等因素影響，若未能及時發(fā)現(xiàn)并采取措施，就有可能造成大型漂浮物對下游大壩產(chǎn)生撞擊，導致大壩潰壩、水工建筑物受損、大壩機電設備泄洪閘門受損等，對大壩安全造成極大危害。而庫區(qū)運行的船舶是最常見的大型漂浮物，因此，為保證大壩安全，構(gòu)造一種對大壩安全性造成威脅的船舶提出預警及警告的系統(tǒng)很有必要。

通過構(gòu)建預警系統(tǒng)，采用遠程監(jiān)控報警代替人工報警，對進入監(jiān)控范圍內(nèi)的船舶進行實時監(jiān)測和報警，提高監(jiān)管質(zhì)量與效率，可以使得電廠決策判斷的時間更為充裕，避險應急能力大大地提高，能夠大大降低事故發(fā)生率，同時也為附近水域航行、作業(yè)等提供更可靠的保障。

2 預警的技術(shù)支持

2.1 基于雷達成像系統(tǒng)的方式

雷達的工作原理是通過對目標發(fā)射電磁波再接收反射波來探測目標。設備在接收反射波后進行處理以此獲取監(jiān)測目標與電磁波發(fā)射點間的距離、目標的徑向速度、方位與高度等物理信息。雷達的基本作用是對目標的探測、定位和跟蹤。

2.2 基于AIS系統(tǒng)的方式

船舶自動識別系統(tǒng)（AIS系統(tǒng)）是由岸基（基站）設施和船載設備共同作用組成的一套系統(tǒng)，是基于衛(wèi)星定位的設備，能夠自動發(fā)射和接收船舶識別信息。AIS消息提供的數(shù)據(jù)包含船舶類型、船長寬、航行方向、航行速度、航行軌跡等。其主要功能有為對安裝AIS船載設備的船舶進行自動識別和信息交流，從而能有效避免船舶碰撞，同時對船舶進行持續(xù)的監(jiān)視及搜集航行信息。

2.3 基于視頻監(jiān)控系統(tǒng)的方式

視頻監(jiān)控系統(tǒng)是利用視頻技術(shù)來探測、監(jiān)視一定區(qū)域并實時顯示、記錄現(xiàn)場圖像的電子系統(tǒng)。一般情況下，完整的視頻監(jiān)控系統(tǒng)應由攝像、傳輸、控制、顯示和記錄五大部分設備構(gòu)成。攝像設備采集視頻圖像信號后，通過網(wǎng)絡線纜或同軸視頻電纜將視頻圖像傳輸?shù)娇刂圃O備，控制設備再將視頻信號分配到各顯示設備，以及將視頻圖像信息記錄到存儲設備中。

2.4 基于激光傳感器的系統(tǒng)

激光作為一種能量高度集中的光源，按照單邊發(fā)射，單邊接收的方式工作，廣泛應用于各種復雜環(huán)境，是現(xiàn)代安防及智能化領(lǐng)域重要的探測設備。激光由激光發(fā)射機發(fā)射出后由激光接收機接收并處理，形成單束或多束激光束，以此為警戒線，采用遮擋主動入侵警報方式進行警報。

3 各種手段的優(yōu)缺點

雷達：其最主要的優(yōu)點是受能見度影響小、監(jiān)測的范圍廣，無論白天還是黑夜都能監(jiān)測到遠距離目標，精度高，能較容易地獲取船舶信息，穿透能力強，其作為一種主動的監(jiān)測手段能實現(xiàn)主動監(jiān)測，但其信號存在盲區(qū)，對于被遮擋的目標很難監(jiān)測到，采集到的模擬信號無準確物理含義的關(guān)鍵信息，在惡劣天氣易受雨雪干擾，受復雜情況影響會產(chǎn)生假回波等情況。

AIS：其最主要的優(yōu)點在于不存在盲區(qū)，天氣與河道情況影響小，沒有假回波，有較高的穩(wěn)定性和可靠性，可以克服障礙物遮擋，所監(jiān)測到船舶的信息比較完善。缺點主要其屬于被動式監(jiān)管，只有安裝了AIS設備的船舶才能被監(jiān)測到，而且費用不低，內(nèi)河航運大多數(shù)船舶承擔不起設備費用，目前還達不到在我國內(nèi)河航運普遍實施的條件。

視頻監(jiān)控：目前的視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)能在復雜的背景中自動識別目標，對進入其監(jiān)測范圍的目標能對其自動識別，并作出自動報警與判斷。但監(jiān)控視頻的監(jiān)控范圍小盲區(qū)較大。且視頻監(jiān)控機器視覺算法不夠精確，需結(jié)合人工輔助才能完成目標監(jiān)測和最終判斷。其主要缺點在于系統(tǒng)受自然環(huán)境條件影響較大，受能見度影響較大，只有天氣晴朗、日照條件良好的情況下才能比較準確的反映船舶情況，黑夜、雨雪天氣等都會嚴重影響它的效果。

激光：激光測距傳感器有較強的實時性、速度較快、探測距離長，能保證遠距離的工作，在同等環(huán)境下，激光的傳輸衰減遠小于其他同類探測器，惡劣天氣時依然能保持較強的穿透能力，減少惡劣天氣時的誤報率，監(jiān)測信息的精度較高，安全可靠隱蔽性好，激光束發(fā)射功率密度大，激光束的方向性極好，因此光能集中，傳輸效率高，同時它的成本較低，性價比高。

4 建議

當預算較低時可以采取激光傳感器系統(tǒng)，比較經(jīng)濟且性價比較高。當預算較充裕時可以幾種技術(shù)相結(jié)合互補，例如在河道上監(jiān)測船舶的地點設置雷達設備、抓拍控制器、視頻監(jiān)控攝像機、閃光燈等設備用于船舶檢測，同時捕捉船舶圖片，將采集到的信息存儲至管理機，并由管理機進行分析后完成兩類信息傳輸，一是將超速船舶信息傳輸給交換機，二是將采集的超速船舶完整信息和拍照圖像傳輸給監(jiān)控中心。同時，最好是能設置兩道預警系統(tǒng)，第一道設在離大壩較遠的上游處，能初步的對船舶信息進行分析，第二道設在離大壩較近的地方，能更加精確地判斷船舶的危險性。定報警標準時，也可以多定幾個標準，例如5 km預警、3 km預警、2 km一般報警、1 km緊急報警、500 m緊急報警等并給出報警提示和處置措施。

目前，在橋梁防撞、橋墩防撞方面已經(jīng)有不少研究和實際應用的例子可以借鑒參考，當建設大壩防撞系統(tǒng)時可以以此為參考。

5 預警后處置

預警只是手段，當出現(xiàn)失控船舶有撞擊大壩的風險時，如何在有效預警的前提下做好處置工作才能真正有效地保證大壩的安全。當收到有可疑船舶預警，首先要判斷該船舶是否失控，若只是正常行駛，可正常通過引航道、船閘到下游河道，若船舶已失控，在聯(lián)系相關(guān)部門的基礎上，判斷是否滿足臨時錨泊的條件，若滿足可對船舶進行臨時錨泊，若錨泊不了且繼續(xù)失控向大壩方向前進，在確認船上無人員的情況下可以通過降低庫水位，控制閘門開度引導船舶通過溢洪道往下游排，并通知下游大壩管理部門做好準備。

6 結(jié)語

本文從現(xiàn)狀分析了防止船舶撞擊大壩的預警的必要性，通過對雷達、AIS、視頻監(jiān)控、激光幾種技術(shù)分析了防止船舶撞擊大壩的預警的可行性，目前從技術(shù)角度來看防止船舶撞擊大壩的預警已經(jīng)能實現(xiàn)，但是目前實際應用的實例非常少，除了資金方面的因素，管理方面的因素也是很值得我們探討的。

參 考 文 獻

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