一种桥梁碰撞预警系统及预警方法
阅读说明：本技术 一种桥梁碰撞预警系统及预警方法 (Bridge collision early warning system and early warning method ) 是由 吴细辉 常帅 谢文财 李鸿 于 2019-09-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种桥梁碰撞预警系统及预警方法,其中方法包括以下步骤：获取航道的图像信息后,根据图像信息判断船舶的高度是否超过桥面的高度,并在判断到超过时,发出报警信息；获取船舶发送的AIS信号,所述AIS信号包括船舶的坐标信息、航向信息和回转速率信息；结合坐标信息和预设的多个桥墩坐标获取多个指向信息,结合指向信息、航向信息检测和回转速率信息判断船舶是否驶向桥墩,并在判断到驶向桥墩时,发出报警信息。本发明通过图像检测船舶是否高于桥面,通过AIS信号检测船舶是否驶向桥墩,能够在较远距离、有效地检测到船舶是否会碰撞桥梁,提高了桥梁和航道的安全性,以及提高了桥梁管理的质量,可广泛应用于桥梁碰撞监控技术。(The invention discloses a bridge collision early warning system and an early warning method, wherein the method comprises the following steps: after image information of a channel is acquired, judging whether the height of a ship exceeds the height of a bridge floor according to the image information, and sending alarm information when the height of the ship exceeds the height of the bridge floor; acquiring an AIS signal sent by a ship, wherein the AIS signal comprises coordinate information, course information and rotation rate information of the ship; and acquiring a plurality of pieces of pointing information by combining the coordinate information and a plurality of preset bridge pier coordinates, judging whether the ship drives to the bridge piers or not by combining the pointing information, the course information detection and the rotation rate information, and sending alarm information when judging that the ship drives to the bridge piers. According to the invention, whether the ship is higher than the bridge floor is detected through the image, whether the ship drives to the bridge pier is detected through the AIS signal, whether the ship collides with the bridge can be effectively detected at a longer distance, the safety of the bridge and a channel is improved, the quality of bridge management is improved, and the method can be widely applied to a bridge collision monitoring technology.)
技术领域
本发明涉及桥梁碰撞监控技术，尤其涉及一种桥梁碰撞预警系统及预警方法。
背景技术
针对船舶碰撞桥梁的事故，国内有公司开发出了各种桥梁防碰撞系统。具体有以下几种型式：1、雷达监控预警型；2、激光/红外线探测预警型；3、自我保护型。但是，每种方案都有它的明显的弱点，比如说，雷达通常对高度的测量效果不好，甚至不能测量目标高度，因此无法检测船体是否过高，撞到桥面；激光仅适宜测距，红外线干涉预警的探测距离较近，仅数百米，通常小于100米，如此对于惯性大的船来说，还是存在碰撞的危险；自我保护型是在桥梁结构上加装机械装置以缓冲船舶的冲击力，或改变船舶的运动方向等，但是这种方式的工程代价大，成本高，且避碰效果不好。
发明内容
为了解决上述技术的问题之一，本发明的目的是提供一种有效地能够避免船舶碰撞桥面和桥墩的预警系统及预警方法
本发明所采用的第一技术方案是：
一种桥梁碰撞预警系统，包括AIS接收模块、图像采集模块和预警主机，所述预警主机分别与AIS接收模块和图像采集模块连接；
所述AIS接收模块用于获取船舶发送的AIS信号，所述AIS信号包括船舶的坐标信息、航向信息和回转速率信息；
所述图像采集模块用于获取航道的图像信息；
所述预警主机用于根据图像信息判断船舶的高度是否超过桥面的高度，并在判断到超过时，发出报警信息，以及结合坐标信息和预设的多个桥墩坐标获取多个指向信息，结合指向信息、航向信息检测和回转速率信息判断船舶是否驶向桥墩，并在判断到驶向桥墩时，发出报警信息。
进一步，所述图像采集模块安装的高度等于桥面高度。
进一步，还包括VHF设备，所述VHF设备与预警主机连接。
进一步，还包括大屏幕，所述大屏幕与预警主机连接。
进一步，还包括语音警报模块，所述语音警报模块与预警主机连接。
本发明所采用的第二技术方案是：
一种桥梁碰撞预警方法，包括以下步骤：
获取航道的图像信息后，根据图像信息判断船舶的高度是否超过桥面的高度，并在判断到超过时，发出报警信息；
获取船舶发送的AIS信号，所述AIS信号包括船舶的坐标信息、航向信息和回转速率信息；
结合坐标信息和预设的多个桥墩坐标获取多个指向信息，结合指向信息、航向信息检测和回转速率信息判断船舶是否驶向桥墩，并在判断到驶向桥墩时，发出报警信息。
进一步，所述AIS信号还包括航速信息和船号信息，所述结合指向信息、航向信息检测和回转速率信息判断船舶是否驶向桥墩，并在判断到驶向桥墩时，发出报警信息这一步骤，具体包括以下步骤：
结合指向信息、航向信息检测和回转速率信息判断船舶是否驶向桥墩，并在检测到驶向桥墩时，结合坐标信息、桥墩坐标和航速信息计算船舶碰撞桥墩的时间；
结合船号信息和计算获得的时间生成并发出报警信息。
进一步，所述根据图像信息判断船舶的高度是否超过桥面的高度，并在判断到超过时，发出报警信息这一步骤，具体为：
根据图像信息识别图像中的视平线和船舶，判断船舶是否高于视平线，若是，则判定船舶高出桥面，发出报警信息。
进一步，所述图像信息中包含有高度参照物，所述根据图像信息判断船舶的高度是否超过桥面的高度，并在判断到超过时，发出报警信息这一步骤，具体包括以下步骤：
结合图像信息和预设的识别模型识别图像中的高度参照物和船舶；
获取高度参照物及船舶在图像上的尺寸信息，结合坐标信息、尺寸信息、和高度参照物的位置及高度数据计算船舶的高度；
判断船舶的高度是否超过桥面的高度，并在判断到超过时，发出报警信息。
进一步，所述AIS信号还包括船号信息，所述发出报警信息这一步骤，具体为：
结合船号信息和预设模板生成文字报警信息，通过大屏幕显示文字报警信息；
将文字报警信息转换为语音报警信息后，通过语音警报模块播放语音报警信息。
本发明的有益效果是：本发明在纵向上通过图像检测船舶是否高于桥面，在横向上通过AIS信号检测船舶是否驶向桥墩，能够在较远距离、有效地检测到船舶是否会碰撞桥梁，提高了桥梁和航道的安全性，以及提高了桥梁管理的质量。
附图说明
图1是本发明一种桥梁碰撞预警系统的结构框图；
图2是本发明一种桥梁碰撞预警方法的步骤流程图；
图3是具体实施例中图像中视平线与物体的示意图；
图4是具体实施例中视平线与物体的第一种位置示意图；
图5是具体实施例中视平线与物体的第二种位置示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例提供了一种桥梁碰撞预警系统，包括AIS接收模块3、图像采集模块2和预警主机1，所述预警主机1分别与AIS接收模块3和图像采集模块2连接；
所述AIS接收模块3用于获取船舶发送的AIS信号，所述AIS信号包括船舶的坐标信息、航向信息和回转速率信息；
所述图像采集模块2用于获取航道的图像信息；
所述预警主机1用于根据图像信息判断船舶的高度是否超过桥面的高度，并在判断到超过时，发出报警信息，以及结合坐标信息和预设的多个桥墩坐标获取多个指向信息，结合指向信息、航向信息检测和回转速率信息判断船舶是否驶向桥墩，并在判断到驶向桥墩时，发出报警信息。
在本实施例中，分别针对桥梁的纵向和横向进行监测。纵向监测，即监测船舶高度是否超高桥面，预防船舶超高碰撞桥面；横向监测，即监测船舶是否会碰撞桥梁或桥墩。
在纵向监测上，主要采用图像采集模块和预警主机组合来检测，所述图像采集模块为一般拍摄图像的设备，可采用现有的设备来实现，优选地，可采用高清的摄像机来实现；所述预警主机用于对采集的图像进行处理和进行检测判断，可采用现有的服务器来实现即可，在本实施例中不进行限制。当预警主机接收到图像信息后，对图像进行处理，识别图像中的船舶，并判断船舶的高度是否高于桥面；其中，可采用现有技术来识别图像中的船舶，比如通过预设神经网络模型来识别，再判断船舶高度是否高于桥面时时，可采用多种方式实现，比如通过将相机安装在桥面上，采用透视原理，视平面水平时，视平线和所成像上目标物体的相交处的高度与视高相同，利用这个原理识别出高于桥面的船舶。或者通过在航道现场安放有固定的参照物，通过识别图像中参照物和船舶，最终计算出船舶的高度，进而判断船舶是否超高。当检测到超高时，发出报警信息，管理人员可以第一时间进行处理，避免出现撞击桥面事件，提高航道的安全性。由于在航道管理中，需要用到摄像头来监控和采集证据，而本实施例中的图像采集模块可直接采用该摄像头，极大地降低了监控成本；另外，通过调整图像的焦距可以设置水面上的监控范围，且监控距离可达上千米，且效果更加。
在横向监测上，主要采用AIS接收模块和预警主机组合来检测，所述AIS接收模块采用现有的AIS设备来实现即可。当AIS接收模块接收到航道内的船舶时，根据坐标信息选取一定范围内的船舶，并建立船舶清单，太远的船舶暂不进入监控范围。所述坐标信息为卫星定位数据，比如GPS数据和/或北斗数据，所述航向信息包括船舶行驶的方向角度，所述回转速率信息为船舶的回转速率，即方向的变动情况。结合坐标信息和预设的多个桥墩坐标获取多个指向信息，当检测到驶向桥墩时，则发现报警信息，警告管理人员和船舶人员，避免出现撞桥事件，提高了桥梁和航道的安全性。
参照图3，进一步作为优选的实施方式，所述图像采集模块安装的高度等于桥面高度。
所述图像采集模块的高度与桥面高度相等，在图像采集模块采集的图像当中，所述桥面对应视平线，当物体比视平线低时，基于视角的原因，可以看到物体的顶部，比如图3中左侧物体，可以看到棱柱的上表面，则该物体则低于桥面。当物体高于视平线低时，则看不到物体的顶部，如图3中右侧的物体，该物体则高于桥面。具体地，从图像中获取视平线时，可采用现有的技术来获取，也可以通过人工输入该视平线，基于复杂的图像结构的，可以通过人工输入视平线。在图像中，当船舶高于视平线时，则说明船舶高于桥面，发出报警信息。
进一步作为优选的实施方式，还包括VHF设备，所述VHF设备与预警主机连接。
当预警主机发现某船舶可能碰撞桥梁后，生成警告数据，并通过VHF设备发送至该船舶的VHF装置中，让船员知道碰撞情况，并做出避险处理。
进一步作为优选的实施方式，还包括大屏幕，所述大屏幕与预警主机连接。
所述AIS信号包括有船舶的基本信息，比如船号和唯一编码，当监测某船舶可能碰撞桥梁时，结合船舶的基本信息生成文字警告信息，并通过大屏幕显示该文字警告信息，其中，大屏幕可以为LED大屏幕。
进一步作为优选的实施方式，还包括语音警报模块，所述语音警报模块与预警主机连接。
当检测到某船舶可能碰撞桥梁时，通过语音警报模块警告该船舶，所述语音警报模块可以为警铃，或者大喇叭。
如图2所示，本实施例还提供了一种桥梁碰撞预警方法，包括以下步骤：
S1、获取航道的图像信息后，根据图像信息判断船舶的高度是否超过桥面的高度，并在判断到超过时，发出报警信息；
S2、获取船舶发送的AIS信号，所述AIS信号包括船舶的坐标信息、航向信息和回转速率信息；
S3、结合坐标信息和预设的多个桥墩坐标获取多个指向信息，结合指向信息、航向信息检测和回转速率信息判断船舶是否驶向桥墩，并在判断到驶向桥墩时，发出报警信息。
在本实施例方法中，通过图像信息检测船舶是否高于桥面，从而避免船舶碰撞到桥面，结合AIS信号和预设的桥墩坐标检测船舶是否驶向桥墩，从而避免船舶碰撞到桥墩。由于图像信息和AIS信号的采集范围大，因此可以在较远的距离即可对船舶进行检查并警告，避免距离太急，处理起来过于仓促。而且图像信息和AIS信号的采集范围可调，比如在本实施例中，针对AIS信号，筛选与桥梁距离为300米距离的船舶进行监控。
其中，步骤S1的第一种具体实施方式如下：
根据图像信息识别图像中的视平线和船舶，判断船舶是否高于视平线，若是，则判定船舶高出桥面，发出报警信息。
在本实施例中，所述图像采集模块安装在桥梁上，采集图像后，识别船舶并判断船舶是否高于图像中的视平线，所述视平线与桥面对应，当船舶高于视平线，则说明船舶高于桥面。通过本实施例的方法能够快速地检测出船舶是否高出桥面。
以下结合图3-图5对本实施例方法进行说明，参照图3，左侧的物体低于视平线，而右侧的物体高于视平线；参照图4，桌面低于视平线；参照图5，桌面高于视平线，桌角与视平线的交点的高度相等。在具体获取图像中的视平线时，可采用现有的计算机图像处理方法，获取图像中的视平线，也可以通过固定摄像机的工作参数后，人工设置视平线。
所述图像信息中包含有高度参照物，步骤S1的第二种具体实施方式如下：
S11、结合图像信息和预设的识别模型识别图像中的高度参照物和船舶；
S12、获取高度参照物及船舶在图像上的尺寸信息，结合坐标信息、尺寸信息、和高度参照物的位置及高度数据计算船舶的高度；
S13、判断船舶的高度是否超过桥面的高度，并在判断到超过时，发出报警信息。
在本实施例中，在现场设有高度参照物，比如某个建筑，通过识别图像中高度参照物和船舶，并获取图像上尺寸信息，结合高度参照物的实际尺寸和图像上的尺寸计算缩小比例，结合高度参照物的坐标与船舶的坐标技术两者之间的比例，最后结合船舶的尺寸信息和求解的比例计算出船舶的高度值，根据高度值判断是否碰撞到桥面。
其中，所述AIS信号还包括航速信息和船号信息，步骤S3具体包括步骤S31～S32：
S31、结合指向信息、航向信息检测和回转速率信息判断船舶是否驶向桥墩，并在检测到驶向桥墩时，结合坐标信息、桥墩坐标和航速信息计算船舶碰撞桥墩的时间；
S32、结合船号信息和计算获得的时间生成并发出报警信息。
当检测到船舶驶向桥墩时，计算船舶碰撞桥墩的时间，并结合船号信息和计算获得的时间生成并发出报警信息，方便管理人员更加有效的进行管理。
进一步作为优选的实施方式，所述AIS信号还包括船号信息，所述发出报警信息这一步骤，具体为：
结合船号信息和预设模板生成文字报警信息，通过大屏幕显示文字报警信息；
将文字报警信息转换为语音报警信息后，通过语音警报模块播放语音报警信息。
当检测到船舶可能碰撞到桥梁时，结合船号信息和预设模板生成文字报警信息，所述预设模板为“船号为xxx的船舶超高，请停止过桥”，或者“船号为xxx的船舶在xx分钟后碰撞桥墩，请改变方向”等。通过大屏幕显示和大喇叭通知，提醒船员做出应对，有效地避免船舶碰撞桥梁。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。