船舶位置檢測 前用于檢測船舶偏航的主要技術有基于AIS的船舶位置識別技術及基于圖像識別的越界檢測 技術、基于微波雷達的船舶位置識別技術。 AIS 系統(tǒng)：船舶自動識別系統(tǒng)（Automatic Identification System, 簡稱 AIS 系統(tǒng)）由岸基（基 站）設施和船載設備共同組成，是一種新型的集網絡技術、現代通訊技術、計算機技術、電子信 息顯示技術為一體的數字助航系統(tǒng)和設備。 AIS 消息提供三類數據，其中包含： 1、船舶靜態(tài)數據，包含船名、呼號、MMSI、IMO、船舶類型、船長、船寬等； 2、船舶動態(tài)數據，包含經度、緯度、船首向、航跡向、航速等； 3、船舶航程數據，包含船舶狀態(tài)，吃水，目的地、ETA 等。 利用船舶 AIS 提供的位置信息對船舶行駛位置進行判斷其是否偏航。具有距離遠、數據準確、 不受天氣影響的優(yōu)點。但當船舶未安裝 AIS 或者 AIS 關閉時，AIS 將無法捕捉到船舶的任何信息。 圖像識別：是指利用計算機對圖像進行處理、分析和理解，以識別各種不同模式的目標和對 像的技術，在橋梁上架設攝像機，對橋區(qū)航道的圖像進行識別處理，可以判斷是否有船舶進入非 航道區(qū)域，對于珠海市內大橋，如果采用圖像識別方案判斷船舶偏航，需要在大橋上架設很多攝 像機，工程量龐大，而且這種方案受天氣影響，晚上不能識別。 航海雷達（Marine radar）是裝在船上用于航行避讓、船舶定位、狹水道引航的雷達，亦稱船 用雷達。航海雷達在能見度不良時為航海人員提供了必需的觀察手段。使用雷達檢測船舶位置的方法在現代船舶上被普遍使用，雷達識別船舶位置具有距離遠、不受天氣影響的優(yōu)點，但是目前 使用的船用雷達一般適用于目視判斷，要使用計算機對雷達掃描的圖像進行識別判斷，目前技術 成熟，性價比較高。 偏航檢測作為防撞預警檢測的第一步，在防撞預警監(jiān)測中舉足輕重，基于現有的 VTS 雷達覆 蓋網絡及數據接口，可對大橋預警線內的所有船舶進行監(jiān)測，現在絕大部分雷達都可兼容 AIS 系 統(tǒng)，雷達軟件可自動完成地理坐標轉換工作，將雷達回波數據和 AIS 數據的融合結果顯示在海事 地圖上，可以更加準確的判斷回波目標屬性，并可輔助判斷船舶是否關閉了 AIS 系統(tǒng)，在獲取船 舶的速度與航向矢量后，可判斷船舶是否偏航，部分雷達還具有自動目標獲取功能，當該功能打 開時，距離雷達站點 3nm 范圍內正在靠近的目標，會通過多普勒計算予以標記。 偏航識別常用的方法和對比：本系統(tǒng)設計中，考慮到對實際現場的分析和使用要求，主要使用 VTS 系統(tǒng)和 AIS 系統(tǒng)數據 融合，注意到 AIS 信號采集頻率低且船舶未開 AIS 則無法跟蹤的缺陷，在橋區(qū)設置激光雷達基站， 判斷預警區(qū)域內船舶的位置，并將信息經過智能算法加工處理判斷船舶是否偏航，若船舶已經發(fā) 生偏航，并且未及時做出航向糾正相應，則會發(fā)生船橋碰撞事件。這里選擇多線激光雷達設備， 可以獲取船舶的實時位置、坐標、尺寸等值。2）船舶超高監(jiān)測模塊 超高監(jiān)測是避免船舶正向撞擊橋體的有效手段，本項目通航孔尺寸小，然而通航船舶尺寸大， 載重高，危害性大，因此預警范圍需設計足夠廣泛，以覆蓋橋區(qū)所有區(qū)域，超高監(jiān)測的難點的難 點在于如何選擇一種適合現場氣象環(huán)境和滿足現場預警距離的監(jiān)測方式，現有常用的船舶超高監(jiān) 測方式有激光對射式傳感器、激光測距傳感器、激光雷達傳感器、圖形傳感器等，這些檢測方式 各有優(yōu)缺點，我們應該根據具體情況選用合適的超高監(jiān)測傳感器。超高監(jiān)測距離測算一般采用緊急停船距離經驗估算法：從主機倒車后的船速隨時間變化關系 看，可近似認為是一個勻減速過程，如圖所示。緊急停船距離的大小就是速度曲線與時間軸圍成 的面積。即其中：C 為緊急停船距離系數，一般貨船去 0.25~0.27，大型油船取 0.27~0.29；S 為基金停船 距離（m）；Ta 為倒車使用使用（s）；Vk 為倒車時船速（Kn）。使用該公式時，可以不考慮主 機種類和吃水狀態(tài)。 我們的設計方案為：采用圖像識別的方式，同時配合激光超高檢測方案，在可見度較好的情 況下，激光交叉式超高檢測更加可靠，并且測高精度更高。夜間或不良氣象條件下，當激光監(jiān)測 可靠性降低時，可利用熱成像圖像識別，進行船舶的水線以上高度測量。 3）船舶超速監(jiān)測 限速檢測是保證不同種類的船舶在警戒海域內不同航道按照不同的航速進行行駛，需要使用 AIS 系統(tǒng)對船舶類型進行識別，區(qū)分高速客船和其他船舶，還需要使用 VTS 對船舶的航向和航速 參數進行分析，最后判斷船舶所處航道，按照下表對船舶航速進行限速操作。對于未按照限速要 求操作的船舶，則啟用應急響應子程序。 我們獲取 AIS、雷達和圖像監(jiān)測中的數據，根據相關算法可以判斷出船舶的實時速度，如存 在超速現象，啟用應急響應子系統(tǒng)，并進行預報警。4）船舶流量及違章行為預警 系統(tǒng)可根據各采集元件的數據，分析得到船舶的船名、速度、航向、水線以上高度。從而可 發(fā)現船舶1）是否存在掉頭逆行、違規(guī)拋錨、失舵漂浮等現象，進行預警和提示。也可對船舶日流量、 月流量、通過船舶類型等進行歸類統(tǒng)計，對橋區(qū)的日常管理有著積極的意義。 5）惡劣氣象預警及水位監(jiān)測 水文氣象設備一般包括氣溫計、氣壓計、風速儀、風向儀、能見度儀，流速，流向等，這些 信息與船舶通航及船舶通航安全密切相關。為了實時掌握轄區(qū)的氣象情況，為船舶提供信息服務， 有必要根據需求對橋區(qū)域內的氣象信息進行收集。對于突發(fā)的惡劣氣象環(huán)境，可通過 AIS、VHF 等通訊手段進行及時預警，助航提示。水位傳感器可采集當前水位高度，并根據橋梁的設計高度計算出橋梁的實際通航凈高并告知 通過橋梁的船舶，提示其注意安全，水位傳感器一般有投入式水位傳感器和反射式超聲波水位傳 感器，系統(tǒng)一般選取超聲波式水位傳感器作為采集元件，這種傳感器有安裝簡單、不受環(huán)境影響 等優(yōu)點。根據夔門大橋的高低水位差及安裝高度等特征，此處宜選擇超聲波水位傳感器。 6）CCTV 視頻監(jiān)控模塊 視頻監(jiān)控是有效的管理手段之一，方便事故監(jiān)管、事故取證等，項目實施過程中，我們需要 對目前的監(jiān)控盲區(qū)、重點監(jiān)測部位等，對現有的視頻傳感元器件進行調整和增加，以期可以對全 橋所有重點區(qū)域實現監(jiān)控覆蓋。視頻監(jiān)控使用視頻監(jiān)控單元，其實現 7×24 小時全天候監(jiān)視橋梁的工作狀態(tài)，一旦發(fā)生船舶 碰撞事故，視頻監(jiān)控資料作為一個重要的取證資料，及時掌握大橋的性能和運營狀態(tài)，及時發(fā)現 橋面、橋下空間、橋梁控制區(qū)、河道控制區(qū)范圍危及橋梁安全的路政違法違規(guī)行為，及時發(fā)現構 件異常現象，做出判斷并找出原因，及早發(fā)現安全隱患；當橋梁出現安全狀況時，進行實時預警， 并給出處置措施。實時監(jiān)測系統(tǒng)具有數據儲備功能，可以對指定時間內橋區(qū)的通航情況進行回看， 記錄調取，有助于橋區(qū)的全方位管理，建立智能橋區(qū)管理機制。 為更好的檢測到來船方向狀況，分別在每個橋墩上安裝兩臺球機，作用于監(jiān)測航道上的船舶， 并若有發(fā)生偏航事件，通過設置預置點，監(jiān)看橋墩，隨時監(jiān)控可能發(fā)生碰撞事故的船舶，以達到 取證的功能。球機成交叉監(jiān)控，可監(jiān)看非通航區(qū)域，實行全河道的可視化監(jiān)控。7）聲光預警模塊 采用聲、光、文字等方式全方位全體系的預警模式，在設計時結合橋區(qū)特征，針對大橋的通 航條件、過往船只、來往車輛等情況，專門進行設計，大體狀況描述如下：當超速、偏航船舶駛 入該橋區(qū)水域監(jiān)測范圍內時，岸邊電子屏會顯示“超高禁止通行”或“您已偏航”等字樣，同時 觸發(fā)電笛或高音設備及激光束閃爍，針對不同的違規(guī)事件，光束會有不同的閃爍動作，以提示船 員及時糾正自己的駕駛行為；當橋區(qū)遇到大霧、強降雨等天氣時，激光束進入常亮狀態(tài)，警示幾 公里外的船舶注意即將駛入橋區(qū)，提醒船員減緩速度通過；對行駛至危險區(qū)域內還未意識到已偏 航或超速的船舶，會觸發(fā)高音警報及激光束定向直射；當該橋區(qū)附近發(fā)生事故、水面漂浮障礙物或橋區(qū)施工等情況，根據檢測捕捉到的影像進行數據分析處理，在橋梁上下游處的 LED 電子屏 會播放相關訊息，警示船舶停駛或小心通過，如“前方施工，請小心行駛?！薄案浇l(fā)生事故， 禁止通過”等文字；正常情況下，LED 電子屏可顯示當前風速風力、氣象溫度、能見度等信息， 輔助船員安全駕駛。8）海事助航信息自動播報和提示 系統(tǒng)可關聯(lián)當地還是管理部門的相關數據（在管理部門允許的情況下），從而自動向駛入橋 區(qū)水域的船舶發(fā)布各種海事管制信息，如施工信息、水位信息、通航凈高、能見度等，這些信息 幫助船舶駕駛員更好地了解航道通航情況。 9）數據查詢及大數據統(tǒng)計功能 系統(tǒng)需收集的前端采集設備的數據包括兩類：1）AIS 定位船舶數據、船舶超高數據、船舶偏 航數據，以及其它相關的電氣參數等；2）超高、偏航預警數據、違章船舶抓拍預警數據、高清 現場視頻數據。為確保在意外情況下（如斷電或網絡受損），前端采集的數據不丟失，需在前端 配備存儲設備，本項目設計的前端存儲設備為硬盤錄像機。 系統(tǒng)保存每次報警的時間、錄像數據，過往船舶的數據，數據的保存時長可根據業(yè)主的需求 設定。對系統(tǒng)中的發(fā)布信息、船舶通航情況、超高信息、雷達偏航信息、違規(guī)關閉 AIS 信息、重 點監(jiān)控船舶信息進行統(tǒng)計。同時，根據需要，管理人員可以通過管理云平臺隨時對數據進行查閱、 統(tǒng)計、打印。 10）模擬航標和電子圍欄 系統(tǒng)把橋梁的墩臺及危險地點通過 AIS 系統(tǒng)向附近船舶發(fā)布虛擬航標信息，經過的船舶靠近 虛擬標點時船載 AIS 裝置會自動發(fā)出預警信息提醒船舶駕駛員注意安全航行。 在防撞管理平臺對橋梁附近水域設置電子地圖進行規(guī)劃，形成電子圍欄區(qū)域，如果船舶進入電子圍欄區(qū)域，系統(tǒng)將自動向進入圍欄的船舶發(fā)出警告，確保大橋的安全。