桥梁主动防船撞监测预警系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种桥梁主动防船撞监测预警系统，包括视频监控装置、激光测高装置、报警装置以及主控机、集控中心，视频监控设备用于完成对通航船只的偏航监测；激光测高装置用于完成对通航船只的高度监测；主控机用于完成对通航船只运行状态的存储和处理；集控中心监测预警机制判断是否向船舶发布预警信息或其他信息，实现对船舶通航的远程监控。本实用新型专利技术利用船舶的实时数据与软件算法相结合，预警灵敏度更高，弥补了传统基于船舶交通管理系统和被动预防船舶撞击设施的在功能及效率上局限性。实现了全监控的自动化，减少了人的工作量并保证了事故预警的可靠性。实用性更强，探测距离更远，应急反应时间更长。

Monitoring and early warning system for bridge active collision avoidance

The utility model involves an active monitoring and early warning system for bridge collision avoidance, including video monitoring device, laser altimeter, alarm device, main control machine and centralized control center. The video monitoring equipment is used to complete the yaw monitoring of navigable vessels; the laser height measuring device is used to complete the altitude monitoring of navigable vessels; the main control machine is used. It is used to complete the storage and processing of the running state of the navigable vessel, and the monitoring and warning mechanism of the centralized control center determines whether the warning information or other information will be issued to the ship to realize the remote monitoring of the navigation of the ship. The utility model combines the real-time data of the ship with the software algorithm, and the early warning sensitivity is higher, which makes up for the limitation of the function and efficiency of the traditional ship traffic management system and the passive prevention of the ship impact facilities. It realizes the automation of the whole monitoring, reduces the workload of the people and ensures the reliability of the accident early warning. The practicability is stronger, the detection distance is farther, and the emergency response time is longer.

【技术实现步骤摘要】
桥梁主动防船撞监测预警系统
本技术涉及一种桥梁主动防船撞监测预警系统。
技术介绍
目前，通航水域的桥梁主动防撞技术和方法研究仍处于空白或起步阶段，尚无适用的设计规范或标准。国内外现有的桥梁防船舶撞击技术主要是基于被动防船撞系统和船舶交通管理系统(VTS)进行工作的。目前被动防船撞系统主要是通过提高桥梁的抗力和增加缓冲装置的方式来保证桥梁在发生船撞事件后具有足够的抗力而不发生倒塌事故。这种方式从一定程度上降低了船撞桥事故对桥梁的损伤，但不能避免事故的发生，且导致桥梁修建费用过高，很不经济合理。船舶交通管理系统(VTS)的信息交换方法主要采用高频无线电话、传真、VHF(VeryHighFrequency)通信等，系统信息交换流程重复繁琐，工作效率极低。同时大量船舶驾驶人员询问信息的电话咨询会影响到值班人员的正常工作，从而会造成交通安全问题。
技术实现思路
本技术提出了一种桥梁主动防船撞监测预警系统，并利用上述系统实现对船舶通航偏航与超高的自动监测，为实现上述目的本技术的具体方案如下：一种桥梁主动防船撞监测预警系统，包括视频监控装置、激光测高装置、报警装置以及主控机、集控中心，所述视频监控装置、激光测高装置、报警装置分别与所述主控机电连接，所述主控机与所述集控中心电连接，其中：所述视频监控设备安装在桥梁上，用于完成对通航船只的偏航监测；所述激光测高装置安装于航道两侧岸堤上，用于完成对通航船只的高度监测；所述主控机用于完成对通航船只运行状态的存储和处理；所述集控中心监测预警机制判断是否向船舶发布预警信息或其他信息，实现对船舶通航的远程监控。优选的，所述视频监控装置包含有可见光成像系统、红外热成像系统和激光补光成像系统，以采用多光谱联合检测，根据不同可见程度及环境情况选择不同的成像模式。优选的，所述视频监控装置还包括安装于通航口两侧桥梁的辅助摄像机，以录制船舶通航过程。优选的，所述激光测高装置包括激光光束机，其激光束中心高度与通航孔允许最高净空高度相同，以采用激光反射原理实现对通航船只的高度监测。优选的，所述报警装置包括LED显示屏、高音喇叭、照明灯、透雾灯及/或预警灯。优选的，所述通航船只的运行状态包括船舶检测、虚拟航道标定、船舶与桥梁相对位置、船舶与航道相对位置、预测船舶航线以及通航船只的偏航监测。本技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：(1)利用船舶的实时数据与软件算法相结合，预警灵敏度更高，弥补了传统基于船舶交通管理系统(VTS)和被动预防船舶撞击设施的在功能及效率上局限性。(2)相比现有的船舶交通管理系统，实现了全天24小时监控的自动化，减少了人的工作量并保证了事故预警的可靠性。(3)防超高探测距离可随激光测距仪安装位置改变而改变，实用性更强，探测距离更远，应急反应时间更长。(4)无需在船舶上安装任何装置，从而提高了普及性。附图说明此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本技术的不当限定，在附图中：图1为本技术实施例的系统结构示意图；图2为本技术实施例的系统原理图；图3为本技术实施例的桥梁主动防撞系统软件中的基于张正友棋盘格标定法的虚拟航道绘制算法流程；图4为本技术实施例的桥梁主动防撞系统软件中的基于张正友棋盘格标定法的虚拟航道绘制算法中摄像机标定的空间结构；图5为本技术实施例的桥梁主动防撞系统软件中的前景检测算法流程图；图6为本技术实施例的红外摄像机的线缆及接口图图7、8为本技术实施例安装示意图；图9为本技术实施例方法流程图。具体实施方式下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本技术，在此本技术的示意性实施例以及说明用来解释本技术，但并不作为对本技术的限定。实施例如图1所示，本实施例的一种桥梁主动防船撞监测预警系统。该系统包括系统硬件和系统软件两个部分。系统硬件包括视频监控设备、激光测高装置、报警装置、主控机、集控中心计算机。其中视频监控设备安装在桥梁上，包含有可见光成像系统、红外热成像系统和激光补光成像系统，采用多光谱联合检测，根据不同可见程度及环境情况选择不同的成像模式；激光测高装置安装于航道两侧岸堤上，采用激光反射原理，其激光束中心高度与通航孔允许最高净空高度相同；报警装置包括LED显示屏、高音喇叭、照明灯、透雾灯、预警灯，安装于桥梁上。系统软件包括图像处理模块、超高监测模块、数据存储模块、预警信息发布模块。其中图像处理模块包括船舶检测算法、虚拟航道标定算法、测定船舶与桥梁相对位置算法、测定船舶与航道相对位置算法、预测船舶航线算法，完成对通航船只的偏航监测；超高监测模块完成对通航船只的高度监测；数据存储模块完成对通航船只运行状态的实时存储；预警信息发布模块包括信息发布App、无线电广播等形式。如图2所示为本实施例的一种桥梁主动防船撞监测预警系统的系统原理图。主控机通过光纤数据线获取红外摄像仪、辅助摄像机及激光测高仪的图像及高度信息，并通过安装于主控机的桥梁主动防撞系统软件进行偏航及超高预测。DVR录像机记录船只通过通航口的过程并进行存档处理，便于事故鉴定与评价。若有船只偏航或超高的危险，主控机内的桥梁主动防撞系统软件实时存储数据船只航行的状态数据，包括时间、船只照片、航道状态和高度状态，并自动触发报警装置，包括LED显示屏、高音喇叭、照明灯、透雾灯、预警灯。集控中心通过网络与主控机进行通讯。集控中心计算机通过网络访问主机的监测预警系统，根据预警结果判断是否向船舶发布预警信息或其他信息，实现对船舶通航的远程监控。如图3、图4所示为本实施例的桥梁主动防撞系统软件中的基于张正友棋盘格标定法的虚拟航道绘制算法。张正友标定算法该方法介于传统标定与自标定之间，标定过程操作简便且精确度高。具体算法步骤：本地调用25幅从不同方向拍摄标定板的图像，检测标定板上各个角点，通过现实标定板角点与图像平面中角点的关系计算摄像机的内参数、畸变系数，并优化求精；本地调用与摄像机光心距离为H1的水面放置的参考板(即标定板)的图像，计算摄像机外参数。虚拟航道绘制算法：已知参考板平面到水面的距离△H，摄像头到水面的距离H2＝H1+△H；由用户桥梁通航口宽度L2和监测距离D2，假设Z＝0，以零平面内左上角为坐标系原点，水面上虚拟航道四端点的世界坐标为A(L2,D2,0)、B(L2,0,0)、C(0,0,0)D(0,D2,0)；根据相似定理H1/H2＝D1/D2＝L1/L2，L2、D2在参考板平面上对应的长度L1、D1，若标定面Z＝0，水面上A、B、C、D四点在参考板平面上的映射点世界坐标是a(L1,D1,0)、b(L1,0,0)、c(0,0,0)、d(0,D1,0),即参考板上虚拟航道端点的世界坐标；据摄像机内外参数、畸变系数以及a、b、c、d四点坐标，计算虚拟航道端点于图像中的映射点H、I、J、K的像素坐标，于图像中绘制虚拟航道。如图5所示为本实施例中桥梁主动防撞系统软件中的前景检测算法流程图。在该算法实施之前首先进行图像预处理，将获取的图像从YUV色彩模型转换为RGB色彩模型，并灰度化忽略色彩信息；根据虚拟航道两边的端点坐标对图像进行ROI处理，限定检测范围并缩短处理时间；对图像进行高斯滤波处理，较平滑地滤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种桥梁主动防船撞监测预警系统，其特征在于：包括视频监控装置、激光测高装置、报警装置以及主控机、集控中心，所述视频监控装置、激光测高装置、报警装置分别与所述主控机电连接，所述主控机与所述集控中心电连接，其中：所述视频监控设备安装在桥梁上，用于完成对通航船只的偏航监测；所述激光测高装置安装于航道两侧岸堤上，用于完成对通航船只的高度监测；所述主控机用于完成对通航船只运行状态的存储和处理；所述集控中心监测预警机制判断是否向船舶发布预警信息或其他信息，实现对船舶通航的远程监控。

【技术特征摘要】
1.一种桥梁主动防船撞监测预警系统，其特征在于：包括视频监控装置、激光测高装置、报警装置以及主控机、集控中心，所述视频监控装置、激光测高装置、报警装置分别与所述主控机电连接，所述主控机与所述集控中心电连接，其中：所述视频监控设备安装在桥梁上，用于完成对通航船只的偏航监测；所述激光测高装置安装于航道两侧岸堤上，用于完成对通航船只的高度监测；所述主控机用于完成对通航船只运行状态的存储和处理；所述集控中心监测预警机制判断是否向船舶发布预警信息或其他信息，实现对船舶通航的远程监控。2.如权利要求1所述的桥梁主动防船撞监测预警系统，其特征在于：所述视频监控装置包含有可见光成像系统、红外热成像系统和激光补光成像系统，以采用多光谱联合检测，根据不同可见程度及环境情况...

【专利技术属性】
技术研发人员：周曙，刘畅，张彩云，邵华平，刘新东，张新征，邓义军，罗志维，凌政，
申请(专利权)人：广州忘平信息科技有限公司，暨南大学，
类型：新型
国别省市：广东,44