專利名稱：防止物體撞擊橋梁的預警方法
技術領域：
本發明涉及預警技術領域，尤其涉及ー種防止物體撞擊橋梁的預警方法。
背景技術：
為了防止物體，例如船舶，撞擊橋梁，而造成財產損失和阻礙水路交通，有必要設置預警系統，對物體的撞擊提前進行預警。船舶交通管理系統(VTS系統)可以對數公里至數百公里的水面區域中的多個目標進行有效地定位、跟蹤。因此，可以借鑒VTS的經驗，在橋基上布設雷達設備，來監控橋址區域的船舶航行行為。VTS系統預先判斷撞擊危險，對可能撞擊橋梁的船舶提前發出警報，從而降低船舶撞擊橋梁的危險。但是，目前采用VTS系統存在以下不足(I)VTS系統中的雷達為微波雷達設備，造價高昂；(2)雷達建立跟蹤的時間太長，達ー個天線掃描周期，這不適于對港區內機動目標快速建立穩態跟蹤；(3)雷達適于在大范圍的水面區域進行跟蹤，而對于交通密集的港口水域的目標，跟蹤混跡現象較嚴重，兩船間檢測和跟蹤的分辨率較低；(4)雷達設備不能探測出船舶的外形尺寸數據，從而無法確定船舶是否會撞擊橋梁所需的船舶外形這個基本數據，也就無法準確地進行預警；(5) VTS系統是對大范圍水面區域進行檢測的船舶交通管理系統，并非專門為檢測橋梁的撞擊而設計的。因此，將VTS系統用于檢測橋梁，檢測效果并不理想，但成本又極高。因此，本領域的技術人員一直致力于開發一種成本低、預測精度高的防止物體撞擊橋梁的預警方法。
發明內容
有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種成本低廉、預測準確的防止物體撞擊橋梁的預警方法。為實現上述目的，本發明提供了ー種防止物體撞擊橋梁的預警方法，包括以下步驟A)、利用探測裝置實時探測并獲得物體的位置數據和尺寸數據。B)、記錄并存儲所述物體的位置數據和尺寸數據。C)、根據所述位置數據和所述尺寸數據，分析所述物體過去的運行狀態和當前的運行狀態。D)、根據所述物體過去的運行狀態和當前的運行狀態，預測所述物體未來的運行狀態。E)、根據所述物體未來的運行狀態，估算所述物體未來撞擊橋梁的可能性。
F)、如果所述物體未來撞擊橋梁的可能性大于或等于預設的閥值時，啟動報警；如果所述物體未來撞擊橋梁的可能性小于所述預設的閥值吋，則返回步驟A)。
進ー步地，所述步驟F)后還包括步驟G)，所述物體進行自矯正；如果所述物體的自矯正成功，則解除報警。進ー步地，所述步驟G)后還包括步驟H)，所述物體的自矯正失敗，則對所述物體進行外力干預并解除報警。進ー步地，所述外力干預為對所述物體進行攔截。進ー步地，所述報警的方式為顯示屏顯示報警信息、聲音報警、激光掃射報警的其中之一或所述報警方式的任意結合。進ー步地，所述物體的所述運行狀態的數據包括所述物體的速度、所述物體的方向和所述物體的運行軌跡。進ー步地，所述物體的所述運行狀態的數據還包括所述物體的加速度。 進ー步地，所述探測裝置包括激光測距儀和紅外探測設備。進ー步地，所述紅外探測設備包括紅外熱像儀。進ー步地，所述探測裝置還包括可見光探測設備。本發明的預警方法還可以進行物體的自矯正，使物體回到預定的運動軌跡上，以正常的速度和方向運行。本發明的預警方法在物體自矯正失敗的情況下，可以進行外力干預，使物體回到預定的運動軌跡上，以正常的速度和方向運行。本發明的預警方法采用紅外探測設備，尤其是在晚上或是霧天，能準確地探測到船舶的外形尺寸數據。本發明的預警方法采用可見光探測設備，能在天氣狀況較好的白天準確地探測到船舶的外形尺寸數據。可見光探測設備可滿足一般氣候條件下的目標成像，硬件成本較低，易于維護。由于紅外探測設備和可見光探測設備能探測獲得船舶的外形尺寸數據，從而可克服跟蹤混跡現象，提高船舶檢測和跟蹤的分辨率。本發明的預警方法采用激光測距儀，與VTS系統的微波雷達設備相比，成本大幅度降低，且建立跟蹤所需的時間短。激光測距儀能全天候、全天時地對運動目標，也即物體，進行高精度的測角和測距，獲得物體的位置數據。以下將結合附圖對本發明的構思、具體結構及產生的技術效果作進ー步說明，以充分地了解本發明的目的、特征和效果。
圖I是本發明的預警方法的第一實施方式的流程示意圖。圖2是本發明的預警方法的第二實施方式的流程示意圖。圖3是本發明的預警方法的第三實施方式的流程示意圖。
具體實施例方式本發明的防止物體撞擊橋梁的預警方法以防止船舶撞擊橋梁為例，但本發明并不局限于此，任何有撞擊橋梁可能性的物體，例如石塊、飛機、不明飛行物等都適用于本發明。如圖I所示為本發明的第一實施方式的流程示意圖，包括以下步驟
S11、利用探測裝置實時探測并獲得物體的位置數據和尺寸數據探測裝置包括激光測距儀和紅外探測設備。激光測距儀對船舶進行捕獲和跟蹤，獲得船舶的位置數據。激光測距儀將船舶的位置數據傳送給紅外探測設備。當船舶的紅外輻射足夠強時，紅外探測設備中的紅外熱像儀識別并跟蹤船舶，船舶的圖像經處理后獲得船舶外形的尺寸數據。本發明中采用的激光測距儀，與VTS系統的微波雷達設備相比，設備成本大幅降低。S12、記錄并存儲船舶的位置數據和尺寸數據將激光測距儀探測到的船舶的位置數據實時儲存至數據庫中，將紅外探測設備探測并處理后所得的船舶外形的尺寸數據也存儲至數據庫中。S13、根據船舶的位置數據和尺寸數據，分析船舶過去的運行狀態和當前的運行狀 態運行狀態的數據包括船舶的速度、船舶的方向和船舶的運行軌跡。關于船舶的速度和船舶的方向，船舶運行狀態分析裝置從數據庫中取出由激光測距儀探測到的船舶的位置數據(Xi (t)，yi(t))，結合時間融合算法，獲得船舶的速度(Xi ’(t)，y/ (t))的快慢和船舶的速度(Xi ’(t)，y/ (t))的方向。通過對船舶過去的和當前的速度快慢和速度方向的分析，可以獲知船舶的速度快慢和速度方向是否都正常，是否在預設的范圍之內。關于船舶的運行軌跡，實際也即是船舶的位置數據。船舶運行狀態分析裝置分析船舶過去的和當前的運行軌跡是否在船舶的預設航線范圍之內。此外，運行狀態的數據還可以包括船舶的加速度。船舶運行狀態分析裝置從數據庫中取出由激光測距儀探測到的船舶的位置數據(Xi(t)，yi(t))，結合時間融合算法，獲得船舶的加速度(Xi”(t)，y/’(t))。通過對船舶過去的和單簽的加速度的分析，可以進一歩獲知船舶的加速度是否正常，是否在預設的范圍之內。時間融合算法為本領域技術人員熟知的技術，在此不再贅述。S14、根據船舶過去的運行狀態和當前的運行狀態，預測船舶未來的運行狀態根據船舶過去的運行狀態和當前的運行狀態的分析，也即船舶的速度、船舶的方向和船舶的運行軌跡、船舶的加速度的分析，船舶運行狀態預測裝置對船舶未來的運行狀態進行預測，也即對未來的船舶的速度的快慢、船舶的方向、船舶的運行軌跡和船舶的加速度進行預測。S15、根據船舶未來的運行狀態，估算船舶未來撞擊橋梁的可能性船舶撞擊橋梁可能性估算裝置根據預測的船舶未來的運行狀態，估算船舶未來是否有可能撞擊橋梁。S16、如果船舶未來撞擊橋梁的可能性大于或等于預設的閥值時，啟動報警；如果船舶未來撞擊橋梁的可能性小于預設的閥值時，則返回步驟S11。如果船舶未來撞擊橋梁可能性估算裝置所估算撞擊橋梁的可能性大于或等于預設的閥值時，例如可能性大于70%時，報警裝置啟動報警；如果撞擊橋梁的可能性小于預設的閥值時，例如可能性小于70%吋，則返回步驟S11，繼續進行船舶的位置數據和尺寸數據的探測。
報警裝置可以為顯示屏，顯示報警信息；也可以為語音報警設備，通過語音提示例如船載無線通信設備進行報警；也可以為激光報警設備，通過激光掃射進行報警等。本發明并不限于某種報警設備和報警方式。任何提示船舶有撞擊橋梁可能性的報警設備和報警方式都可應用于本發明。本發明的報警裝置也可以為多個報警設備的任意結合，例如顯示屏和語音報警設備的結合，顯示屏和激光報警設備的結合，顯示屏、語音報警設備和激光報警閥設備的結合等。圖2是本發明的預警方法的第二實施方式的流程示意圖。本實施例與上述實施例的流程基本相同，所不同之處在于，在S16之后還包括S17、船舶進行自矯正；如果船舶的自矯正成功，則解除報警。報警裝置對船舶進行報警提示后，船舶可以自矯正。例如，駕駛人員調整船舶的速度和方向，并使船舶運行于預定的航線范圍內。如果船舶的自矯正成功，也即船舶的運行狀態，例如速度快慢、方向、加速度、運行軌跡在預設的閥值范圍內，則報警裝置解除報警。
S18、如果船舶的自矯正失敗，則對船舶進行外力干預并解除報警。如果船舶的自矯正失敗，例如船舶發動機損壞，船舶進水等導致駕駛人員無法自矯正，則對船舶進行外力干預。外力干預完成后，報警裝置解除報警。外力干預可以為對船舶進行攔截。本發明對外力干預的方式不做限制。圖3所示為本發明的報警方法第三實施例的流程示意圖。本實施例與第二實施例基本相同，所不同之處在于，在S16之后，步驟S17’直接對船舶進行外力干預，并在干預成功后解除報警。也即是沒有船舶進行自矯正的步驟。本發明的預警方法通過探測所得的數據，分析船舶過去的和當前的運行狀態，井預測船舶未來的運行狀態，估算出船舶撞擊橋梁的可能性，及時進行預警，極大地降低了船舶撞擊橋梁的風險。本發明的預警方法可以完全滿足橋區全天候、全天時、全自動地對通航船舶檢測、監視、跟蹤和預警的要求，可以廣泛地應用在具有橋梁的水域(內河、湖泊、近海)上。本發明的預警方法具有成本低、預測精度高等有益效果。以上詳細描述了本發明的較佳具體實施例。應當理解，本領域的普通技術人員無需創造性勞動就可以根據本發明的構思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術領域中技術人員依本發明的構思在現有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在由權利要求書所確定的保護范圍內。
權利要求
1.一種防止物體撞擊橋梁的預警方法，包括以下步驟 A)、利用探測裝置實時探測并獲得物體的位置數據和尺寸數據； B)、記錄并存儲所述物體的位置數據和尺寸數據； C)、根據所述位置數據和所述尺寸數據，分析所述物體過去的運行狀態和當前的運行狀態； D)、根據所述物體過去的運行狀態和當前的運行狀態，預測所述物體未來的運行狀態； E)、根據所述物體未來的運行狀態，估算所述物體未來撞擊橋梁的可能性； F)、如果所述物體未來撞擊橋梁的可能性大于或等于預設的閥值時，啟動報警；如果所述物體未來撞擊橋梁的可能性小于所述預設的閥值時，則返回步驟A)。
2.如權利要求I所述的預警方法，其中，所述步驟F)后還包括步驟G)，所述物體進行自矯正；如果所述物體的自矯正成功，則解除報警。
3.如權利要求2所述的預警方法，其中，所述步驟G)后還包括步驟H)，所述物體的自矯正失敗，則對所述物體進行外力干預并解除報警。
4.如權利要求3所述的預警方法，其中，所述外力干預為對所述物體進行攔截。
5.如權利要求I所述的預警方法，其中，所述物體的所述運行狀態的數據包括所述物體的速度、所述物體的方向和所述物體的運行軌跡。
6.如權利要求5所述的預警方法，其中，所述物體的所述運行狀態的數據還包括所述物體的加速度。
7.如權利要求I所述的預警方法，其中，所述探測裝置包括激光測距儀和紅外探測設備。
8.如權利要求7所述的預警方法，其中，所述紅外探測設備包括紅外熱像儀。
9.如權利要求I所述的預警方法，其中，所述探測裝置還包括可見光探測設備。
10.如權利要求I所述的預警方法，其中，所述報警的方式為顯示屏顯示報警信息、聲音報警、激光掃射報警的其中之一或所述報警方式的任意結合。
全文摘要
本發明公開了一種防止物體撞擊橋梁的預警方法，包括A)利用探測裝置實時探測并獲得物體的位置數據和尺寸數據；B)記錄并存儲所述物體的位置數據和尺寸數據；C)根據所述位置數據和所述尺寸數據，分析所述物體過去的運行狀態和當前的運行狀態；D)根據所述物體過去的運行狀態和當前的運行狀態，預測所述物體未來的運行狀態；E)根據所述物體未來的運行狀態，估算所述物體未來撞擊橋梁的可能性；F)如果所述物體未來撞擊橋梁的可能性大于或等于預設的閥值時，啟動報警；如果所述物體未來撞擊橋梁的可能性小于所述預設的閥值時，則返回步驟A)。本發明的方法降低了預警系統的成本，提高了預警精度。
文檔編號G08G3/02GK102708706SQ201110404058
公開日2012年10月3日 申請日期2011年12月7日 優先權日2011年12月7日
發明者周良, 淡丹輝, 肖剛, 閆興非 申請人:上海交通大學, 上海市城市建設設計研究院