保障通航桥梁安全，创新边缘计算技术助力桥梁主动防撞预警系统

news2024/11/26 9:52:52

一、需求分析

随着公路、铁路等交通基础设施建设，公路桥梁数量及里程也在近20年内迅猛发展，2000-2020年，公路桥梁数量从24.06万座增加到91.28万座，年均增长6.89%。此外，长三角、珠三角等地区还有大量跨江、跨河的城市桥梁，这些桥梁是路网咽喉，需要强化养护管理，保障运营安全。根据统计资料，早期建设的一些桥梁通航净空尺度较小、防撞标准相对较低，个别桥梁未按要求设置防撞设施，部分桥区导助航和警示标志不够完善，导致部分桥梁与船舶不匹配的安全风险凸显，直接影响到国家重要运输通道节点的安全畅通运行。

为解决“航道空间感知设备不足、桥梁水域船舶航行动态监测信息化不足、信息资源整合不足”等问题，提高航道通航保证服务水平，规范桥区水域船舶通航秩序，提升桥梁防撞能力，建立健全防范化解安全风险的长效机制，交通运输部与国家铁路局、国铁集团联合发布了《船舶碰撞桥梁隐患治理三年行动实施方案》(交办水〔2020〕69 号)。根据《船舶碰撞桥梁隐患治理三年行动实施方案》的统一部署，需要按照“各负其责、科学评估、防治结合、综合施策”的原则，全面排查和治理船舶碰撞桥梁全隐患，进一步健全安全管理责任体系，坚决防止重大事故发生。

然而，由于如何保障其质量和安全成为了极具挑战性的问题。为了解决这个问题，目前许多企业和机构采用人工巡检的方式来检测航道及通航桥梁的安全状况，但由于人工巡检存在着效率低下、成本高昂等问题，为此，通过边缘计算技术智能化的对通航桥区船舶实现超高和偏航等行为监测预警、辅助船员驾驶应运的通航桥梁主动防撞预警系统因用而生。

二、产品解决方案

主动防撞预警系统主要实现对通航桥区主动识别和事前告警，系统采用边缘计算智能AI算法，通过雷达、AIS接收器、摄像头等设备对桥区过往船只行为进行跟踪监测，对出现偏航、超速危险行为的船舶目标进行提前识别，并通过VHF电台，告警灯光方式对驾驶人进行告警提醒，促使驾驶人及时纠正危险行为。起到主动识别，提前预判，尽早告警，防范于事前，避免船舶碰撞桥梁事件的发生，保障桥梁的安全。

三、技术能力

桥梁主动防撞预警系统由多个现场单一桥梁管理模块和后台云中心管理共同组成，其中每个现场桥梁管理模块由多个监测单元组成。同时，每个桥梁部署各自部署独立的监测单元。

（1）偏航预警监测单元

通过激光雷达扫描检测通航航道区域中船舶航行位置，结合AIS与图像识别深度学习算法，测算判断船舶航行轨迹路线是否偏航。

（2）超高预警监测单元

采用激光交叉测量方式，实时监测过往船舶通航高度对进入辐射区（1公里范围）超高船舶发出危险警报。

（3）水位气象监测单元

环境传感器对桥梁周边环境进行实时监测风向、风速、水位高度状况，后台管理人员可以查看现场周边环境气象状况，辅助判断现场桥梁安全预警。

（4）视频监控单元

7×24 小时全天候监视桥梁附近航道的交通状况，对过往船舶航行进行抓拍录像。除了监控以外，结合深度学习算法与雷达协同检测偏航船舶，绘制虚拟航道辅助预警通知。

（5）无线预警通信单元

水岸甚高频通信电台与船载甚高频电台进行通信。将监测船舶预警信息与环境助航信息自动通知广播发送至船舶。

（6）船舶信息采集单元

AIS接收桥梁周边船舶的静态数据（船名、呼号、船型、船长、吃水等）与动态数据（船位、航向、航速等）。

（7）现场预警通知单元

联动偏航和超高监测，一旦触发预警，桥梁预警屏自动播报偏航超高提示，同时声、光触发预警提示船舶通航存在危险航行。

（8）现场管控单元

桥梁预警数据采集与本地存储，可根据不同桥梁现场状况，设置匹配不同等级航道预警上报机制与数据采集频率。

（9）后台管理单元

桥梁数据汇总处理和算法模型训练下发至各个桥梁，持续更新迭代优化预警监测精度，提供对接数据接口对接其他三方平台。

平台单元关联

四、领先技术应用

与传统的桥梁监测方法相比，我们的产品还拥有独特的优势。通过偏航预警和航向预测功能，我们能够根据历史数据和趋势分析，提前判断桥梁是否存在偏航问题，并预测其未来航向趋势，以便及时修复。同时，我们实现了雷视联动，通过视频监控和传感器监测的协同工作，能够对突发事件进行快速响应和处理，提高了安全性和应急能力。此外，我们不断迭代和优化算法，提高桥梁检测和预警的准确性和稳定性，并通过远程维护技术，保障整个系统的可靠性和可用性。