本發(fā)明涉及橋梁主動防撞保護技術領域，具體涉及到一種無人值守橋梁防撞預警裝置及方法。

背景技術：

隨著航道交通的迅速發(fā)展，船舶日益增多且大型化，橋區(qū)水域通航密度大，通航安全形勢異常嚴峻，為保護橋梁和航道的安全，避免擾亂正常的交通運輸秩序，采取了很多橋梁主動防撞保護措施，現有的常用手段為：

一、設立標牌、航標燈，通過LED警示牌、喇叭聲音預警以及甚高頻電臺循環(huán)預警，這些方法雖成本較低、簡單易行，但不能實時采集橋梁水位信息，在大霧大雨等惡劣天氣導致視野較差時，容易失去保護作用，另外由于船舶航行時駕駛室本身噪聲較大，因此喇叭聲音預警在功率太小時無法將報警聲音傳遞到駕駛員，功率太大又對橋梁周邊居民產生噪聲干擾。甚高頻電臺雖然能將預警信息傳遞至駕駛員，但無法識別船名和船舶運動態(tài)勢，會造成駕駛員誤解，另外循環(huán)播放還會較多地占用CH16頻道。

二、通過雷達示位標標識通航橋孔，利用VTS(船舶交通管理系統(tǒng))24小時人工跟蹤和監(jiān)控船舶、播報航行警示提示，該種方法無法將橋梁周圍的實時水位信息及時告知附近航行船舶，并且安裝復雜，成本高，需要頻繁的人工干預，在通航繁忙的橋區(qū)并不可行。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的是針對上述現有技術的不足，提供了一種無人值守橋梁防撞預警裝置，該裝置有效提高了橋梁防撞保護方法的智能化、自動化程度以及預警信息的有效性，減少了人工干預程度和預警工作量。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種無人值守橋梁防撞預警方法。

本發(fā)明的目的可以通過如下技術方案實現：

一種無人值守橋梁防撞預警裝置，其特征在于：所述裝置包括AIS模塊、雷達水位傳感器、語音模塊、甚高頻電臺、電源模塊、無線模塊和信息處理模塊，所述AIS模塊、雷達水位傳感器、語音模塊、電源模塊、無線模塊均與信息處理模塊連接，所述甚高頻電臺與語音模塊連接；所述AIS模塊用來接收預警范圍內船舶發(fā)射的AIS動態(tài)和靜態(tài)信息并進行解析，設置橋梁防撞預警距離，對船舶航行態(tài)勢進行判斷，并對船舶到達通航橋孔位置進行排序；所述雷達水位傳感器用來24小時不間斷采集橋梁通航凈高信息；所述語音模塊用來完成報警文本信息向音頻信號的轉換；所述甚高頻電臺，用來將音頻信號調制后在156.025-157.425Mhz頻段發(fā)射警示信息；所述電源模塊用來對整個裝置進行供電；所述無線模塊用來將橋梁船舶通行信息和報警信息上傳到相關監(jiān)管部門；所述信息處理模塊用于建立常見中文拼音-中文漢字對照數據庫，根據內部的判斷機制實現英文船名的中文識別，對多種傳感器信息進行數據采集，數據分析和融合處理，同時對外部模塊進行邏輯控制，通過一個RS232和RS485串口連接AIS模塊，通過RS485串口連接雷達水位傳感器。

優(yōu)選地，所述AIS模塊通過射頻線連接AIS天線和GPS天線，預警距離在0-30海里任意設置，對預警距離內200個船舶進行自動排序，并能夠擴展排序船舶數量。

優(yōu)選地，所述雷達水位傳感器采用FMCW調制方式，測量范圍1.5-40米，測量精度≤1cm，以三角波為調制信號，天線波束11°×11°，工作在24GHz，全天候實時探測內部雷達天線平面與水平面之間的距離，具體工作時，水位計探測平面與水平面呈平行狀態(tài)，通過發(fā)射連續(xù)波至水平面，并對水平面反射回波進行分析，隨后通過多次測量和內部計算，輸出產品探測平面與水平面之間的精確距離值。

優(yōu)選地，所述語音模塊支持芯片、支持任意中文與英文文本的合成，可以采用GB2312、GBK、BIG5和UNICODE四種編碼方式，每次合成的文本量最多可達4K字節(jié)。

優(yōu)選地，所述甚高頻電臺可通過I/O控制，進行1W和25W功率切換。

優(yōu)選地，所述電源模塊選用UPS電源，輸出功率3000VA/2400W，電池容量DC12V、200AH，當AC220V正常時，穩(wěn)壓后直接供給AC220V，當AC220V斷電時，通過逆變轉換的方式繼續(xù)給裝置供應AC220V，使裝置在斷電后可繼續(xù)正常運行72小時。

本發(fā)明的另一目的可以通過如下技術方案實現：

一種無人值守橋梁防撞預警方法，包括以下步驟：

步驟1、在橋梁通航橋孔或防撞墩安裝橋梁防撞裝置；

步驟2、設置預警距離，該預警距離可根據橋梁大小靈活設置；

步驟3、采集并解析預警范圍內所有船舶的AIS動態(tài)信息和靜態(tài)信息；

步驟4、將AIS英文船名通過信息處理進行糾錯、查表、翻譯成對應中文漢字船名；

步驟5、完成報警文本信息向音頻信號的轉換，控制甚高頻電臺發(fā)射警示信息。

優(yōu)選的，所述步驟3包括以下步驟：

3-1)通過AIS模塊接收并解析預警距離范圍內的船舶的AIS動態(tài)信息，包括：船位、協(xié)調世界時、對地航向、對地速度、船首向信息等；

3-2)、通過AIS模塊接收并解析預警距離范圍內的船舶的AIS靜態(tài)信息，包括：MMSI號、呼號和船名、IMO編號、船長和船寬等；

3-3)、若預警范圍內有船舶，提取預警范圍內所有船舶的船位、對地航向、船首向信息和通航橋孔的經緯度進行對比，剔除遠離橋梁通航孔的船舶，并對剩余船舶按照到通航橋孔的距離由近及遠進行排序，并進行步驟3-4)，若預警范圍內無船舶，則進行步驟3-1)、步驟3-2)；

3-4)、將距離最近船舶的AIS靜態(tài)信息發(fā)送到信息處理模塊，同時重復步驟3-3)。

優(yōu)選的，所述步驟4包括以下步驟：

4-1)、建立船名拼音和漢字對照數據庫；

4-2)、利用信息處理模塊分析AIS靜態(tài)信息中中文拼音船名，判斷中文拼音船名是否為標準格式，剔除船名中除英文字母和阿拉伯數字外的其他字符；

4-3)將英文字符和阿拉伯數字轉化為拼音，并查詢步驟4-1)建立的數據庫，得到對應的中文漢字船名。

優(yōu)選地，步驟5將步驟4中得到的包含中文漢字船名和步驟3得到的通航凈高信息的預警信息發(fā)送到語音模塊，語音模塊完成預警文本信息向音頻信號的轉換，同時開啟甚高頻電臺，音頻信號通過甚高頻電臺調制后播發(fā)，播發(fā)完畢后關閉甚高頻電臺。

本發(fā)明與現有技術相比，具有如下優(yōu)點和有益效果：

1、本發(fā)明采用AIS技術、無線通信技術、信息融合技術、語音合成技術相結合的技術方案，通過主動判斷橋梁周圍船舶的運動態(tài)勢，自動對通行橋梁的船舶播發(fā)預警信息，提醒駕駛員謹慎駕駛及采取相應措施，從而達到了預防船舶碰撞橋梁事故的發(fā)生，整個過程完全智能化、自動化、不需要人工干預，減少了監(jiān)管部門的工作量。

2、本發(fā)明采用一種無人值守橋梁防撞預警方法，建立特有的拼音漢字數據庫和處理機制，實現正確識別船舶中文船名的效果，從而使預警信息正確傳達到目標船舶，不會給船舶駕駛員造成信息誤解。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種無人值守橋梁防撞預警方法的工作流程示意圖。

圖2為本發(fā)明一種無人值守橋梁防撞預警方法中所建立的中文拼音漢字對照圖。

圖3位本發(fā)明一種無人值守橋梁防撞預警裝置的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。

實施例：

如圖1所示，本實施例提供了一種無人值守橋梁防撞預警方法，包括以下步驟：

步驟1、在橋梁通航橋孔或防撞墩安裝橋梁防撞裝置；

步驟2、設置預警距離，該預警距離可根據橋梁大小靈活設置；

步驟3、采集并解析預警范圍內所有船舶的AIS動態(tài)信息和靜態(tài)信息；

本步驟3包括以下步驟：

3-1)通過AIS模塊接收并解析預警距離范圍內的船舶的AIS動態(tài)信息，包括：船位、協(xié)調世界時、對地航向、對地速度、船首向信息等；

3-2)、通過AIS模塊接收并解析預警距離范圍內的船舶的AIS靜態(tài)信息，包括：MMSI號、呼號和船名、IMO編號、船長和船寬等；

3-3)、若預警范圍內有船舶，提取預警范圍內所有船舶的船位、對地航向、船首向信息和通航橋孔的經緯度進行對比，剔除遠離橋梁通航孔的船舶，并對剩余船舶按照到通航橋孔的距離由近及遠進行排序，并進行步驟3-4)，若預警范圍內無船舶，則進行步驟3-1)、步驟3-2)；

3-4)、將距離最近船舶的AIS靜態(tài)信息發(fā)送到信息處理模塊，同時重復步驟3-3)。

步驟4、將AIS英文船名通過信息處理進行糾錯、查表、翻譯成對應中文漢字船名；

本步驟4包括以下步驟：

4-1)、建立船名拼音和漢字對照數據庫；

4-2)、利用信息處理模塊分析AIS靜態(tài)信息中中文拼音船名，判斷中文拼音船名是否為標準格式，剔除船名中除英文字母和阿拉伯數字外的其他字符；

4-3)將英文字符和阿拉伯數字轉化為拼音，并查詢步驟4-1)建立的數據庫，得到對應的中文漢字船名。

在步驟4中，信息處理模塊提取AIS信息中的英文船名，但由于國內英文船名設置未有統(tǒng)一格式，并且存在船員在使用AIS設備時存在英文船名設置錯誤的現象，為使預警信息能準確傳送至船舶駕駛員，必須采取處理措施將英文船名做標準化處理，轉換為標準英文船名，并做漢化處理，解析為中文船名，才能實現船舶名字的智能中文識別。本發(fā)明所述標準英文船名格式為26個英文字母組合和0-9阿拉伯數字的隨機組合，且字母數字合計不超過20，除此之外不能包含任何字符，為將英文船名解析為中文船名，建立拼音-漢字對照數據庫，由于一個拼音可對應多個漢字，例如：拼音“a”,可視為：“阿”，“啊”等；拼音“chuang”，可視為：“闖”，“創(chuàng)”等；本發(fā)明根據常用中文船名統(tǒng)計分析，建立了一個401漢字的常用船名漢字庫，如圖2所示，實現拼音和漢字一一對應，例如將拼音“a”對應為“啊”，將拼音“chuang”對應為“創(chuàng)”。

接著，對本發(fā)明實施例英文船名解析為中文船名的過程進行進一步的說明，若排序中第一位船舶的英文船名為“YUE_QING$YUAN,HUO2238”,可明顯看到英文船名中夾雜“_”、“$”、“,”符號，不符合本發(fā)明所述標準英文格式，因此首先進行糾錯處理，剔除該三種符號，將該船名轉化為標準格式“YUEQINGYUANHUO2238”，進一步地，將“YUEQINGYUANHUO2238”英文船名分為“YUEQINGYUANHUO”和“2238”兩部分，首先對英文船名字母部分“YUEQINGYUANHUO”做拼音轉化處理：由于漢語拼音由至少1個最多6個拼音字母組成，對英文船名首先從前往后選取6個英文字母，并在所建數據庫中查詢，若查詢不到對應拼音，則后退一個字母，用5個英文字母查詢，以此類推，直到查詢到拼音，則將拼音解析為唯一對應的漢字，下一個漢字用同樣的辦法，直到搜索到所有的船名。因此，我首先從前往后選取6個英文字母“YUEQIN”，查詢不到漢字，再用5個英文字母“YUEQI”搜索，仍然搜索不到，繼續(xù)用4個英文字母“YUEQ”，仍查詢不到拼音，直到用個英文字母“YUE”，可在數據庫中查到位于該拼音，并將該拼音識別為漢字“粵”，對剩余英文字母“QINGYUANHUO”做同樣處理，可得到“清”、“遠”、“貨”三個漢字，接著，對英文船名數字部門“2238”做如下處理：對數字“0”、“1”、“2”、“3”、“4”、“5”、“6”、“7”、“8”、“9”直接一一對應為對漢字“一”、“二”、“三”、“四”、“五”、“六”、“七”、“八”、“九”。因此“2238”可翻譯為“二二三八”，進一步，將英文字母翻譯船名“粵清遠貨”和數字部分翻譯船名“二二三八”相結合，最終可將“YUEQINGYUANHUO2238”翻譯為“粵清遠貨二二三八”，將船名“粵清遠貨二二三八”，雷達水位計上傳通航凈高、報警語句進行數據融合，輸出報警文本信息“粵清遠貨二二三八！粵清遠貨二二三八！XX大橋通航凈高11.26米，注意行駛！”該條報警文本信息的內容和格式可以根據實際情況靈活設置。

步驟5、完成報警文本信息向音頻信號的轉換，控制甚高頻電臺發(fā)射警示信息。

本步驟5將步驟4中得到的包含中文漢字船名和步驟3得到的通航凈高信息的預警信息發(fā)送到語音模塊，語音模塊完成預警文本信息向音頻信號的轉換，同時開啟甚高頻電臺，音頻信號通過甚高頻電臺調制后播發(fā)，播發(fā)完畢后關閉甚高頻電臺。

如圖3所示，本實施例還提供了一種無人值守橋梁防撞預警裝置，其特征在于：所述裝置包括AIS模塊、雷達水位傳感器、語音模塊、甚高頻電臺、電源模塊、無線模塊和信息處理模塊，所述AIS模塊、雷達水位傳感器、語音模塊、電源模塊、無線模塊均與信息處理模塊連接，所述甚高頻電臺與語音模塊連接；所述AIS模塊用來接收預警范圍內船舶發(fā)射的AIS動態(tài)和靜態(tài)信息并進行解析，設置橋梁防撞預警距離，對船舶航行態(tài)勢進行判斷，并對船舶到達通航橋孔位置進行排序；所述雷達水位傳感器用來24小時不間斷采集橋梁通航凈高信息；所述語音模塊用來完成報警文本信息向音頻信號的轉換；所述甚高頻電臺，用來將音頻信號調制后在156.025-157.425Mhz頻段發(fā)射警示信息；所述電源模塊用來對整個裝置進行供電；所述無線模塊用來將橋梁船舶通行信息和報警信息上傳到相關監(jiān)管部門；所述信息處理模塊用于建立常見中文拼音-中文漢字對照數據庫，根據內部的判斷機制實現英文船名的中文識別，對多種傳感器信息進行數據采集，數據分析和融合處理，同時對外部模塊進行邏輯控制，通過一個RS232和RS485串口連接AIS模塊，通過RS485串口連接雷達水位傳感器。

以上所述，僅為本發(fā)明專利較佳的實施例，但本發(fā)明專利的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明專利所公開的范圍內，根據本發(fā)明專利的技術方案及其發(fā)明專利構思加以等同替換或改變，都屬于本發(fā)明專利的保護范圍。