感潮河段的桥梁通航安全预警技术研究与应用

    陈志体+李冠鹤+黄少徐+吴晓

    摘 要：为避免船舶碰撞桥梁事故的发生，保障通航安全，本文以东莞航道指挥监测系统为例，介绍了该技术体系在桥梁通航安全预警中的具体应用和关键技术。

    关键词：感潮河段；桥梁通航安全预警；航道公共信息服务系统APP

    中图分类号：U643 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2017）11-0014-02

    1 概述

    近年来，随着国内国民经济的高速增长，内河航运事业迅速发展，船舶大型化已成为发展趋势。在珠三角等地区的航道改造过程中，由于受经费等因素的制约，往往桥梁的通航净高并未同步得到提升，易发船舶碰撞桥梁事故。其中最典型的事故是2007年广东九江大桥被撞，事故直接损失2千多万；2017年4月1日，珠海一艘载有近一千吨货物的货船在通过莲溪大桥时不慎撞到桥墩，导致莲溪大桥桥体移位，桥上的自来水管道破裂，造成了巨大的经济损失。

    东莞航道桥梁密集，桥梁众多，辖区内七级以上航道共有桥梁169座，平均2.3公里就有1座，航道经多次升级改造后，通航等级普遍提高。但按航道管理的要求，不达标桥梁96座，占比57%，该部分桥梁的防撞措施无法满足等级多次提升的航道的安全通航要求。桥型众多，桥区通航条件十分复杂。同时，由于东莞地处珠江下游地区，受潮汐的影响较大，辖区内大多为感潮河段，感潮河段最显著的特点是潮汐对水位的变化影响较大，涨潮时分，在河口段潮波向前推进时，一方面受河床上升和阻力的影响，一方面又受河水下注的阻碍，潮流能力逐渐消耗，造成水位堆叠，尤其是当上游来水较多时，上下游交界处的水位会陡然升高，船主对桥梁的通航净高易出现误判现象，极易造成船撞桥梁事故。2010年10月，一艘名为“恒辉01船”的千吨货船行至东莞万江大桥时，船舶驾驶楼碰撞到大桥通航孔底渠，事故造成一死一伤，万江大桥的通行也一度中断。

    针对上述情况，作者依托东莞航道指挥监测系统研究了一套多业务协同的桥梁通航安全预警技术体系：以航道指挥监测系统为核心，采用APP和安装在桥梁通航孔上方的LED显示屏两种途径提示桥梁的通航条件，以避免船舶撞桥事故的发生。目前，该系统已在东莞辖区内的东莞水道、倒运海水道等航道上进行了示范应用，对桥梁的防撞预警起到了较好的效果。

    2 桥梁通航安全预警功能设计

    桥梁通航安全预警的核心是实时监测桥梁的通航条件，并将该信息发布给计划通过该桥梁的船舶，便于船舶合理规划航线、选择配载，并在临近桥梁时谨慎驾驶。

    系统由桥梁通航条件数据的采集、处理和通航净高显示三部分组成。

    数据采集：包括桥梁及近域航道的实时水位、航道断面高程、桥梁设计净宽、顶标高以及航道业务综合数据等。

    数据处理：通过相应算法处理获取的实时水位等数据得出通航净高数据。

    通航净高显示：通过“航道公共信息服务系统”APP和安装于桥梁通航孔上方的LED显示屏同步展示，提醒过往船舶。

    桥梁通航安全预警主要包括如下子系统，如图1。

    2.1 数据采集子系统

    数据采集子系统的主要作用是采集橋梁通航安全最基本的三个方面数据：包括航道水位实时数据、桥梁通航孔立面和航道断面数据。航道实时水位数据来源于指挥监测系统的水位数据或安装于桥梁附近的实时水位数据。航道通航孔和航道断面数据来源于指挥监测系统的桥梁基本信息和航道断面数据库。

    2.2 数据处理子系统

    根据数据采集子系统提供的数据，通过系统处理和相应算法，得出该桥梁的实时通航净高，并推送给数据显示子系统。

    此外，为了防止由于通讯网络故障及显示设备异常等问题导致的数据误报现象，系统具备对显示屏数据进行二次复核的功能，对由于设备故障造成的显示数据与系统数据不符等异常状况做智能化的判别和处理，以确保通航净高显示数据的准确性。

    2.3 数据展示子系统

    经系统处理和计算获得的桥梁通航净高数据，通过航道公共信息服务系统APP和安装于通航孔上方的LED显示屏两种方式传送给船民。

    （1）指挥监测系统PC端

    在航道指挥监测系统的PC端，系统以电子航道图为载体，显示航道中各桥梁的实时通航水位、桥梁可通航高度等信息。

    （2）航道公共信息服务系统APP

    系统涵盖掌上航道图、导航规划、故障申报、审批查询、航道天气、航道新闻、航道通告和系统设置等内容。

    在桥梁通航安全预警方面的流程如图2所示：

    航道公共信息服务系统以电子航道图为基础，显示当前航行路线和船舶位置，提示通航水位、桥梁通航净高、航标以及航道通告信息等。当船民到达相应桥梁附近时，系统将该桥梁的通航净高主动推送给船民，以保障桥梁的通航安全。

    （3）LED显示屏

    目前在航道上，传统的桥梁净高提示方式是通过安装于桥梁附近的水尺显示当前的水位，船民凭经验判断桥梁的通航净高，且夜间无法观测，极易造成误判撞桥事故的发生。

    安装于通航孔上方的LED显示屏将系统获取的实时水位信息、航道断面信息，结合该桥梁的通航设计高度，通过系统的处理和计算，将实时通航净高显示在屏幕上，当船舶在到达桥梁之前，可以提醒过往船舶，如图3所示。

    3 应用

    目前，桥梁通航安全预警技术已在东莞航道的多处桥梁安装应用。系统通过“东莞航道公共信息服务系统”APP和LED显示屏发布实时通航情况，实现了事前预告和提醒，避免了船民对桥梁通航净高误判而导致的撞桥事故。此外，系统在桥梁上同时安装有视频监控系统，该系统对船舶过桥的实时状况进行全程拍摄，为事后处理提供实景证据，从船舶出发到过桥构成一整套桥梁通航安全预警支持，其业务逻辑如图4所示。

    4 结束语

    桥梁通航安全预警是在航道水位、桥梁通航孔高度和航道断面数据的基础上，通过计算机处理和相应的算法，获得桥梁的实时通航净高，通过“东莞航道公共信息服务系统”APP和LED显示屏两种方式发布桥梁的通航数据，并全面监测桥梁通航状况。该技术有助于减少船舶撞桥事故的发生，有效地保障了桥梁的通航安全。

    参考文献：

    [1] 付利.浅论水上桥梁防碰撞设施的重要性[J].中国水运，2010（8）.

    [2] 郭磊.强震作用下桥梁的碰撞效应及对应措施[N].湖南大学，2010.

    [3] 赖云灵.内河船舶防碰撞的预警系统研究[J].中国水运，2009（7）.

    [4] 姜金辉，金允龙，潘溜溜，等.桥梁防撞研究技术与方法[J].上海船舶运输科学研究所学报.