桥梁主动防撞预警与碰撞抓拍系统

国共发生涉及船舶与桥梁触碰的大小事故约 1 532 造价昂贵 。 [1-3] 而主动防撞预警是在发生事故前通过
宗 ，造 成 安 全 事 故 以 及 极 大 的 经 济 损 失 。 2007 年 6 相关技术手段提醒船只存在撞桥的危险，可同时避
月 15 日，由于运沙船的碰撞广东九江大桥，发生坍 免船与桥受到损伤，成为桥梁防船撞领域的热点研
第 27 卷 第 7 期 Vol.27 No.7
电子设计工程 Electronic Design Engineering
2019 年 4 月 Apr. 2019
桥梁主动防撞预警与碰撞抓拍系统
朱海洋，朱思悦，王磊磊，郑广瑜，黄嘉智
（中国航天科技集团 上海无线电设备研究所，上海 200090）
摘要：船桥相撞是桥梁事故的发生的主要原因，为了保障桥区安全，提出以雷达为核心的全方位、
ZHU Hai⁃yang，ZHU Si⁃yue，WANG Lei⁃lei，ZHENG Guang⁃yu，HUANG Jia⁃zhi （Shanghai Radio Equipment Research Institute，China Aerospace Science and Technology Corporation，
高可靠性桥梁主动防撞预警与碰撞抓拍系统。首先构建雷达监控几何模型，并依据模型对船舶方
位进行解析，便于桥区多个雷达的数据融合。然后设计低功耗无线加速度传感器网络用于感知船
舶 与 桥 墩 的 碰 撞 过 程 ，以 解 决 桥 墩 承 台 施 工 布 线 的 难 题 。 最 终 在 川 杨 河 园 桥 进 行 系 统 演 示 ，结 果
Shanghai 200090，China）
Abstract: Ship- bridge collision is the main reason of bridge accident，full range and high reliability ship- bridge collision avoidance warning and collision capture system taking Radar as the core was proposed to ensure the safety of bridge area. Radar monitoring model was built and ship’s azimuth was analyzed firstly，which is basics of different radar data fusion. Then low power consumption wireless acceleration sensor network was designed to sense the collision between the ship and the pier，which will solve the problem of construction wiring of bridge pier. The system was finally demonstrated at chuanyang river garden bridge，which turn out that the system works reliably and can reduce false alarm rate of ship violation effectively. Key words: ship-bridge collision avoidance；collision warning；collision sensing；radar monitoring model
塌 近 200 米 ，共 造 成 8 人 死 亡 经 济 损 失 4 500 万 元 。 究方向。Zheng 和 Zhang[4-6]利用视频的时-空域统计
2010 年 10 月 10 日东莞东江万江大桥发生船舶撞桥 信息背景建模方法对目标进行检测，能够有效的改
收稿日期：2018-08-07 稿件编号：201808034
表明该系统工作稳定可靠，并能有效的减少船舶违章的误报率，保护桥梁和船舶的安全。
关键词：桥梁防撞；碰撞预警；碰撞感知；雷达监控模型
中图分类号：TN29
文献标识码：A
文章编号：1674-6236（2019）07-0033-05
Ship-bridge collision avoidance warning and collision capture system
桥梁是连接江河两岸最主要的交通枢纽，随着 事故导致至 1 名船员死亡、1 名船员受伤，经济损失
国家及地方对基础设施建设的大量投入我国各地建 超过 400 万元。2015 年 10 月 15 日肇庆市西江大桥
成及在建的特大型桥梁数量猛增，这些桥梁对整个 发 生 船 舶 超 高 撞 桥 事 故 造 成 至 少 70 趟 列 车 发 生 改
《电子设计工程》2019 年第 7 期
标 检 测 环 境 适 应 性 差 。 为 了 解 决 全 天 时 、全 天 候 的 问 题 ，翁 卫 军 等 人 研 究 桥 梁 防 船 撞 远 红 外 热 成 像 预 警 技 术 [7- 9]，并 采 用 多（双）台 远 红 外 热 成 像 摄 像 机 进 行交叉成像，从而提高目标定位精度，对于 2 公里的 目标定位精度可控制在 3 m 以内。但是红外探测抗 干 扰 能 力 不 高 ，系 统 复 杂 且 性 价 比 不 高 。 船 舶 超 高 预警常采用激光对射或激光扫描的方式设置限高 线 ，但 [10-12] 是激光设备若长时间工作容易损坏。因此 采用单一的探测手段无法对进入桥区的船舶全方位 的监测 ，从 [13] 而造成虚警或漏检的现象出现。CAI 提 出了融合雷达与视频分析技术的智能桥梁防撞偏航 预警系统的解决方案 。 [14] 本文借鉴成熟的船舶交通 管 理 系 统（Vessel Traffic Services，VTS）[15- 16]，并 结 合 桥梁防撞应用的特点，以具备测量精度高、抗干扰能 力强、不受天气及光线等外界环境影响、全天候工作 等众多优点的雷达作为核心，构建集雷达技术、激光 限高技术、AIS 技术、视频监控技术、无线传感器网络 碰撞感知技术、网络技术于一体的全方位、高可靠性 桥梁主动防撞预警与碰撞抓拍系统。
善 桥 区 复 杂 背 景 和 传 感 器 抖 动 的 影 响 ，但 是 视 频 目
基金项目：上海市科技创新行动计划（17DZ1204300）；上海市军民融合专项（JMRH-2018-1060）
作者简介：朱海洋（1989—），男，江苏徐州人，博士，工程师。研究方向：雷达信号处理、传感器网络。 - 33 -
国民经济生活发挥着极其重要的作用，因此迫切需 道或停运。
要预防桥损及桥毁等恶性事件的Hale Waihona Puke Baidu生。随着国民经
桥 梁 防 撞 有 主 动 防 撞 和 被 动 防 撞 之 分 ，被 动 防
济的发展，江河流域船舶活动己日趋密集，严重威胁 撞是指建造防撞墩或增加防撞箱来保护桥梁，但是
着流域上桥梁的安全。2000 年到 2015 年 16 年间，全 被动防撞无法避免碰撞、对大型船舶防撞效果较差、