马宏勇
身份证号码：44022119801106****
摘要：我国正处于高速公路快速发展时期，道路跨越通航江河的大型桥梁数量逐年增多，而航运船型日趋大型化、重型化、高速化，船舶流量持续增加，使得桥梁和通行船舶之间的矛盾日趋突出，船舶撞击桥梁的事故亦不断增加。除人员伤亡和巨大的直接经济损失外，道路交通阻断还会带来难以估量的间接经济损失和社会影响。目前降低船舶撞击桥梁危害的措施主要分为被动防撞措施和主动防撞措施。
关健词：视频监控；防撞措施；
引 言
本文以满足大桥防撞的实际应用为出发点,提出了基于视频监控与分析的系统解决方案。在保证视频报警的前提下,尽可能地节省网络资源,降低运营费用。同时,视频传输应尽量利用企业现有的设备资源,以求最大程度降低方案造价,并且方案应具备功能完善、高稳定性、低维护性、可灵活扩容的特点
1、防撞措施概述
1.1被动防撞措施
被动防撞措施是从减小对桥梁撞击力的角度，在桥墩外侧加装防撞装置与吸能设施。这种方式从一定程度上降低了船舶撞击桥梁事故对桥梁的损伤，但不能避免事故发生，且存在减少通航空间、工程量大、造价高昂、维护成本较高等问题。在过去的桥梁防撞预警装置应用中，主要以被动防撞措施为主。
1.2主动防撞措施
主动防撞措施是采用监测技术从减小船舶撞击桥梁发生概率的角度，对船舶航行实施各种主动干预措施。统计数据表明，造成船舶撞击桥梁的原因主要分为3类:第1类是超高、偏航船舶造成桥梁的损坏或意外事故；第2类是人为操作失误或机械故障；第3类是恶劣的自然环境、通航条件不利等。由以上3类原因造成的船桥碰撞事故占事故总数比例分别为80%，8%，12%。若提前发现超高、偏航船舶或人为操作失误造成船舶存在撞桥趋势，预警人员采取主动措施就能有效避免或减轻桥梁撞击后果。该方式设备安装及维护成本较低，适用广泛，应优先选用。
2、国内外研究现状
目前国内外用于桥梁主动防撞预警监测的技术主要有:①激光对射技术，可以定性测量且成本较低，但存在飞鸟、漂浮物等引起的误报率高的问题，可以实现对桥梁防撞的报警功能，但难以实现对桥梁防撞的预警功能；②雷达成像技术，雷达采集到的模拟信号由于无准确的物理含义，所以无法直接处理，且高精度的雷达系统复杂，造价比较高；③视频检测技术，该技术易受光线、外界环境干扰，误报率比较高。
3、船撞桥梁事故
3.1概述
据统计数字表明,在通航的大型桥梁运营期间,约有10%的桥梁会发生不同程度的船舶撞击事故。在国内,航行船舶撞击桥梁的事故长期、普遍地存在,对桥梁安全运营造成了很大的危害。南京长江大桥自建桥至今己经发生了约30起船撞桥事故；重庆白沙沱大桥被船撞已达上百次之多；东海大桥在施工期间基础就曾遭受船撞而断裂；2007年6月15日5时左右,325国道广东佛山九江大桥发生了一起运砂船撞击桥墩事件,大桥桥墩当场被撞断,桥面随之垮塌,交通中断,造成了巨大的经济损失和社会影响；2007年8月29日,江苏昆山市大洋桥水域,一艘货船因避让船只,撞上大洋桥桥墩,致使大桥部分桥面发生坍塌；2010年11月2日，福州市乌龙江大桥新建桥下游水域，一艘行进船只正面撞击正在施工中的3号桥墩，致使施工塔吊被撞倒，吊臂恰好压在-部路过的客车、一辆出租车及一部两轮摩托车上，致使18人受伤。
3.2研究方案
多年来，桥梁的建设单位、管理单位及科研人员都在探索桥梁防撞的办法，也取得了一定的成果，目前国内桥梁防撞的方式总体来说有两类：第一类是在桥墩周围设置防撞防护设施，使船舶不能靠近桥墩，此类措施对于小型船舶能起到很好的防撞效果，却很难防止重型船舶对桥墩的撞击；
第二类是在桥梁上加装激光雷达等感应设备以及声光预警设备，探测到船舶靠近桥梁且存在风险时对其进行声光警示，提醒驾驶员及时采取措施，避免偏离航道而撞击桥梁，这些方法起到了一定的效果。近年来，船撞桥事故在不断减少，但还是时有发生，归根结底，当前的这些防撞手段太过于被动，预警的距离太短，临近桥梁才能被感知，发现异常仓促预警，船舶的反应时间不足，同时声光预警对于疲劳驾驶的船舶驾驶员可能产生不了任何效果。
本系统通过多终端提前预警和多方联动联控，将驾驶员、船舶公司、桥梁管理单位、行业管理及执法部门有机地联合起来，多方协同防撞，可以更为有效地防止船撞桥事故的发生。
4、防撞技术系统方案设计
4.1实现思路
系统的总体实现思路为依据精确的基础数据（包括航道、桥梁等信息）和实时的船舶精确定位，实时分析船舶的偏航情况，发现船舶撞桥隐患及时预警，通过网络化多方联合防控的手段最大可能地防止船舶撞桥事故的发生。
4.2建立全面的基础数据
建立航线、航道、沿线桥梁、船舶、船舶公司、桥梁管理单位、
海事部门等精确的详细数据，有了这些基础数据，才能精准地分
析船舶偏航及撞桥隐患，做到多方联合防控。
4.3船舶精确定位
实时定位船舶的位置，确定船舶的方向、速度，以此作为判断船舶偏航及撞桥隐患的依据，因此对船舶的精确定位非常重要，目前，一般的gps定位精度为25米左右，精度难以达到要求，通过在航道区域建立基站同通过载波相位差分gps技术，可以对船舶进行精确定位，载波相位差分技术又称为RTK技术（real time kinematic）[2]，建立在实时处理两个基准站的载波相位基础上，由基准站通过数据链实时将其载波观测量及站坐标信息一同传送给用户站。用户站接收GPS卫星的载波相位与来自基准站的载波相位，并组成相位差分观测值进行实时处理，通过差分计算处理能实时提供观测点的三维坐标，并达到厘米级的高精度定位结果。
目前，也有提供区域范围内精确定位的第三方服务，如千寻位置服务，能够提供厘米级、甚至毫米级的三维位置服务，而且成本在逐年下降。
4.4实时监测、智能分析预警
提前预警：出发前根据船舶基本信息（高度、宽度）以及航线，自动分析能否通航，对存在限高限宽不满足通航要求的桥梁进行预警提示。实时预警：实时根据船舶的精确定位信息和航道数据分析船舶的偏离航道行为，同时监测前方2公里内的桥梁水域状况，发现问题及时预警。
4.5智能视频监控技术
智能视频监控(Intelligent Video Surveillance,IVS)是基于计算机视觉技术对监控场景的视频图像内容进行分析,提取场景中的关键信息,并形成相应事件和告警的监控方式,是新一代基于视频内容分析的监控系统。如果把摄像机看作人的眼睛,智能视频监控系统或设备则可看作人的大脑。智能视频监控技术借助计算机强大的数据处理功能,对视频画面中的海量数据进行高速分析,过滤掉用户不关心的信息,仅为监控者提供有用的关键信息。随着智能化视频分析技术的不断发展,未来还可以针对网络化视频报警联动,提供行为分析、图像复核等智能化特征的视频应用。
5、基于视频监控的桥梁防撞技术研究
5.1视频立体化防护体系
首先从航道的管理入手,航道的管理一般由海事部门和港口或航道管理局负责。参照陆路交通管理中直观地看到的道路实际分割线,在水域交通管理中也可以通过智能视频分析系统来虚拟出这些航道分割线。在通航孔与非通航孔之间建立一道虚拟空间屏障,同时根据桥梁的位置将水域划分出不同的监控区域,确保任何可能跨越这些屏障的船只都会由系统产生一个报警信号,触发视频分析处理服务器,对该区域船舶的行驶规则进行实时监控。而这些需求都可通过不同类型、不同位置的摄像机布设来实现,将桥区水域划分为不同的监控区域,根据每个监控区域重要性的差别,采取不同的监控措施,实现船舶从邻近所设定的监控区到接近桥梁全过程的立体化监控。
其他的防护手段还包括在桥梁前一定的距离处架设一块大型的户外型LED信息显示屏,可以在屏上显示当地当时的气象及水文信息,违章船只通告,显示距离大桥的实际距离,如“前方2 km处桥梁,请谨慎航行”。更重要的是在夜间和大雾天时,显示屏自身就是一个非常好的警示牌,对船只的安全运行起到很好的安全警示作用。除了这些预警系统以外,还应该设计一些相应的预案,如桥-船通信、高频呼叫系统、遇险交通阻断系统等。
5.2三级立体监控预警方案
将桥区水域划分为三级监控区域,即发现区、监视区、警戒区,通过摄像机的递次架设来完成从发现、监视到报警的三级立体监控预警体系,如图1所示。在远端发现区通过大倍率的被动式红外摄像机采集视频信息,对目标物进行识别,包括船舶类型、大小、上游过桥船只的流量等,虚线区域表示摄像机视域范围,发现区为距离大桥1。25～1。5 km的范围。监视区为距离大桥0。1～1。25 km的范围,对于进入监视区的船舶通过视频分析手段进行行驶规则的监控,监控的内容包括船只目标航速航向、即将到达大桥的时间、是否偏离航道、是否有撞向桥墩的倾向等。如发现有违反规则的船舶可以通过VHF广播对船只进行警告。警戒区范围划定为距离大桥100m内,如有船只进入,则相关部门将进入戒备状态,启动相应的紧急预案。通过这个立体的监控体系可以在以被控目标为轴心的上下游几公里范围内对所有即将通过的船只进行有效的监控。
5.3监控系统的基本组成
监控系统组成包括摄像机、硬盘录像机、视频分析和管理服务器、终端显示器等。
摄像机：固定安装的高感度摄像机,用于拍摄监视现场的高清晰图像,为智能分析提供基础视频数据。
硬盘录像机：可以根据用户远端操作将摄像数据进行本地保存处理视频分析服务器:用于对视频图像内容进行高速分析与数据处理,并对比安全管理规则或用户设定的条件给出报警或结果。
智能跟踪高速云台：当智能视频分析判别有违反安全规则情况(报警)时,自动根据视频分析服务器的分析结果及方案设定,驱动高速云台型摄像机迅速转到事件区域,以提供给管理者近距离、高清晰地观察现场实际状况。
视频管理服务器:通过IP网络或串口实现对网络视频编解码器、矩阵、云台、报警主机等设备的互联及管理控制。
终端显示设备：主要是实现对信息、图形和视频的显示功能。由于智能视频分析方案具有消除多余无用信息而只将关键报警信息提取并显示的功能,使得管理人员能够通过设在监控中心的显示设备直接获得有用资讯,从而使他们能根据真实情况,迅速地采取最有效的措施。
6、结束语
桥梁防撞预警视频监控系统的建成，将在很大程度上避免或减少通航船舶碰撞桥梁事故的发生，有利于提高航道通行安全，消除桥梁被碰撞的安全隐患，对桥梁安全通行和生产顺利进行将起到积极促进作用。同时，也给发生事故调查取证提供了充分的影像证据，有利于索赔，挽回经济损失。
参考文献
[1]基于激光距离探测的桥架梁防撞预警装置[J]。刘展海,何伟,刘展航,禤桂勇。电子制作。2018(12)
[2]基于云平台的桥梁主动防撞预警系统设计[J]。程呈。科技风。2018(08)
[3]桥梁防船撞措施研究进展综述[J]。沈自力。交通科技。2015(03)
[4]基于视频监控技术的桥梁防撞系统[J]。张慧哲,陈洪,周良。上海交通大学学报。2011(S1)