一种水路桥梁防撞激光预警系统及方法

1.本发明涉及激光预警技术领域，具体涉及一种水路桥梁防撞激光预警系统及方法。


背景技术：

2.目前，随着经济和交通运输的发展，需要兴建大量跨江跨海桥梁，由于河海桥梁数量的急剧增加，船舶碰撞桥梁的事故日益增多；
3.中国专利cn108417092a公开了一种水路桥梁防撞激光预警系统及实现方法，包括激光扫描测距仪、水位传感器、云终端电脑、旋转摄像机和警示装置，激光扫描测距仪以及旋转摄像机分别安装在桥梁上，水位传感器也安装在桥梁上，旋转摄像机设有两台分别安装在桥梁上，两台旋转摄像机分别位于激光扫描测距仪的两侧，激光扫描测距仪、旋转摄像机和水位传感器都与云终端电脑连接，云终端电脑连接并控制警示装置；
4.针对上述的现有技术，该技术目前通过预警系统中的测距仪等设备进行改进，提高预警处理的效率；而无法针对船只在运行过程中，并结合外界环境因素的影响，对船只可能发生碰撞的概率进行及时反馈的问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的就在于解决上述背景技术的问题，而提出一种水路桥梁防撞激光预警系统及方法。
6.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
7.一种水路桥梁防撞激光预警系统，包括采集模块、分析模块、预警模块和反馈模块；
8.采集模块：用于采集水路运行工具的运行参数，并根据运行参数获取得到该水路运行工具的环境运行系数，将得到的实时环境运行系数与环境运行系数阈值进行分析比较，得到水路运行工具的运行状态信号；
9.分析模块：当接收到运行状态信号中的环境影响危险信号时，获取该水上运行设备的行驶参数，并对行驶参数进行分析，判断水上运行工具行驶状态是否异常，对应生成危险预警信号和安全预警信号；
10.预警模块：当接收到危险预警信号时，对该水上运行设备进行预警分析，并生成第一激光调节信号、第二激光调节信号和第三激光调节信号；
11.反馈模块：将接收到第一激光调节信号、第二激光调节信号和第三激光调节信号发送给激光控制仪，使得激光控制仪发出不同颜色的光束，对水上运行设备起到提示作用。
12.作为本发明进一步的方案：采集模块具体的工作过程如下：
13.步骤1：以水路桥梁为基点，将前方长度为l的水域面积，按照单位宽度为h，划分成n个监控区域；
14.步骤2：获取每个监控区域中的水路运行工具的环境运行参数，该环境运行参数包
括水浪波动幅度值、风力平均值和风向转变频率；
15.对应获取到该监控区域的水浪波动幅度值、风力平均值和风向转变频率，并对应标记为z l、zf和zz；
16.步骤3：将水浪波动幅度值z l、风力平均值zf和风向转变频率zz，代入到公式计算得到该水路运行工具在该监控区域中的环境运行系数xh；
17.步骤4：将得到的环境运行系数xh与对应该监控区域中的环境运行系数阈值进行比较。
18.作为本发明进一步的方案：当水路运行工具的环境运行系数xh大于环境运行系数阈值，则生成水上运行工具的环境影响危险信号。
19.作为本发明进一步的方案：当水路运行工具的环境运行系数xh小于环境运行系数阈值，则生成水上运行工具的环境影响安全信号。
20.作为本发明进一步的方案：分析模块具体工作过程如下：
21.步骤1：获取该水上运行设备的行驶参数，该行驶参数包括该水上运行设备的速度平均值、加速度平均值和水上设备的振幅平均值，并对应标记为js、ja和jz；
22.步骤2：将水上设备的速度平均值js、加速度平均值ja和振幅平均值ja，代入到公式计算得到该水路运行工具在该监控区域中的行驶系数xs；
23.步骤3：将得到的行驶系数xs与对应该监控区域中的行驶系数阈值进行比较。
24.作为本发明进一步的方案：当水路运行工具的行驶系数xs大于行驶系数阈值，则生成水上运行工具的危险预警信号。
25.作为本发明进一步的方案：当水路运行工具的行驶系数xs小于行驶系数阈值，则生成水上运行工具的安全预警信号。
26.作为本发明进一步的方案：预警模块具体分析过程如下：
27.步骤1：获取到水上设备的速度平均值js、加速度平均值ja和振幅平均值jz，并分别对应获取到水上设备的速度平均标准值jsb、加速度平均标准值jab和振幅平均标准值jaz，然后进行差值运算，对应得到速度平均差值jsbc、加速度平均差值jabc和振幅平均差值jazc；
28.步骤2：通过公式计算得到该水上运行设备的预警值；
29.步骤3：若y1＜yj≤y2，则生成第一激光调节信号；若y2＜yju≤y3，则生成第二激光调节信号；若y3＜yj，则生成第三激光调节信号。
30.作为本发明进一步的方案：反馈模块的工作步骤如下：
31.若反馈模块接收到第一激光调节信号，则使得激光控制仪发生蓝色光束；
32.若反馈模块接收到第二激光调节信号，则使得激光控制仪发生紫色光束；
33.若反馈模块接收到第三激光调节信号，则使得激光控制仪发生红色光束。
34.一种水路桥梁防撞激光预警系统的工作方法,其特征在于，包括以下步骤：
35.步骤1：采集模块用于采集水路运行工具的运行参数，并根据运行参数获取得到该水路运行工具的环境运行系数，将得到的实时环境运行系数与环境运行系数阈值进行分析比较，得到该水路运行工具的运行状态信号；
36.步骤2：当接收到水上运行工具的环境影响危险信号时，获取该水上运行设备的行驶参数，并对行驶参数进行分析，判断该水上运行工具行驶状态是否异常；
37.步骤3：当接收到危险预警信号时，对该水上运行设备进行预警分析；
38.步骤4：接收预警模块发送的第一激光调节信号、第二激光调节信号和第三激光调节信号，并将此对应发送给激光控制仪，使得激光控制仪发出不同颜色的光束。
39.本发明的有益效果：
40.本发明通过采集到的水上运行设备的环境因素，判断该环境因素对水上运行设备在行驶过程中的影响，使得通过对环境因素分析，保证水上运行设备的安全行驶，避免因环境因素的影响，而造成出现桥梁发生碰撞的危险；然后采集水上运行设备自身的行驶状态，判断其存在着一定桥梁碰撞可能性的水路运行工具的危险程度，并以此通过激光控制仪发出相应的警示信号，给对应监控区域的水上运行工具，并根据该警示信号，操作人员对水上运行工具对应做出相应的速度调整，从而保证水上运行工具可以安全行驶，不会发生与前方桥梁碰撞的危险；
41.综上，本发明通过对水上运行设备的自身行驶因素和外界环境因素进行双重考量分析，使得可以有效避免水上运行设备与桥梁发生碰撞的危险。
附图说明
42.下面结合附图对本发明作进一步的说明。
43.图1是本发明的系统框图。
具体实施方式
44.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
45.实施例1
46.请参阅图1所示，本发明为一种水路桥梁防撞激光预警系统，包括采集模块、分析模块、预警模块和反馈模块；
47.采集模块用于采集水路运行工具的运行参数，并根据运行参数获取得到该水路运行工具的环境运行系数，将得到的实时环境运行系数与环境运行系数阈值进行分析比较，得到该水路运行工具的运行状态信号：
48.该采集模块具体的工作过程如下：
49.步骤1：以水路桥梁为基点，将前方长度为l的水域面积，按照单位宽度为h，划分成n个监控区域；
50.步骤2：获取每个监控区域中的水路运行工具的环境运行参数，该环境运行参数包括水浪波动幅度值、风力平均值和风向转变频率；
51.对应获取到该监控区域的水浪波动幅度值、风力平均值和风向转变频率，并对应标记为z l、zf和zz；
52.步骤3：将水浪波动幅度值z l、风力平均值zf和风向转变频率zz，代入到公式计算得到该水路运行工具在该监控区域中的环境运行系数xh；其中，a1、a2、a3均为预设比例系数，a1取值为0.12，a2取值为0.35，a3取值为0.84；
53.步骤4：将得到的环境运行系数xh与对应该监控区域中的环境运行系数阈值进行比较；
54.当水路运行工具的环境运行系数xh大于环境运行系数阈值，则生成水上运行工具的环境影响危险信号，并将该环境影响危险信号发送给分析模块；
55.当水路运行工具的环境运行系数xh小于环境运行系数阈值，则生成水上运行工具的环境影响安全信号，并将该环境影响安全信号发送给分析模块；
56.通过采集模块对采集到的水上运行设备的环境因素，判断该环境因素对水上运行设备在行驶过程中的影响，使得通过对环境因素分析，保证水上运行设备的安全行驶，避免因环境因素的影响，而造成出现桥梁发生碰撞的危险；
57.分析模块：当接收到水上运行工具的环境影响危险信号时，获取该水上运行设备的行驶参数，并对行驶参数进行分析，判断该水上运行工具行驶状态是否异常；
58.该分析模块具体的工作过程如下：
59.步骤1：获取该水上运行设备的行驶参数，该行驶参数包括该水上运行设备的速度平均值、加速度平均值和水上设备的振幅平均值，并对应标记为js、ja和jz；
60.步骤2：将水上设备的速度平均值js、加速度平均值ja和振幅平均值ja，代入到公式计算得到该水路运行工具在该监控区域中的行驶系数xs；其中，b1、b2、b3均为预设比例系数，b1取值为0.231，b2取值为0.647，b3取值为0.951；
61.步骤3：将得到的行驶系数xs与对应该监控区域中的行驶系数阈值进行比较；
62.当水路运行工具的行驶系数xs大于行驶系数阈值，则生成水上运行工具的危险预警信号，并将该危险预警信号发送给预警模块；
63.当水路运行工具的行驶系数xs小于行驶系数阈值，则生成水上运行工具的安全预警信号，并将该安全预警信号发送给预警模块；
64.预警模块：当接收到危险预警信号时，对该水上运行设备进行预警分析；
65.该预警模块具体分析过程如下：
66.步骤1：获取到水上设备的速度平均值js、加速度平均值ja和振幅平均值jz，并分别对应获取到水上设备的速度平均标准值jsb、加速度平均标准值jab和振幅平均标准值jaz，然后进行差值运算，对应得到速度平均差值jsbc、加速度平均差值jabc和振幅平均差值jazc；
67.其中，该水上设备的速度平均标准值jsb、加速度平均标准值jab和振幅平均标准值jab为预设的参数；
68.步骤2：通过公式计算得到该水上运行设备的预警
值；其中，c1、c2和c3均为比例系数固定数值，且c1、c2和c3的取值均大于零，c1取值为0.356，c2取值为0.845，,c3取值为0.847；
69.步骤3：若y1＜yj≤y2，则生成第一激光调节信号；若y2＜yju≤y3，则生成第二激光调节信号；若y3＜yj，则生成第三激光调节信号；其中，y1、y2和y3均为预警界定阈值；y1＜y2＜y3；
70.反馈模块，接收预警模块发送的第一激光调节信号、第二激光调节信号和第三激光调节信号，并将此对应发送给激光控制仪，使得激光控制仪发出不同颜色的光束，对水上运行设备起到提示作用；其中，激光控制仪是安装在水路桥梁上的；
71.该反馈模块的工作步骤如下：
72.若反馈模块接收到第一激光调节信号，则使得激光控制仪发生蓝色光束；
73.若反馈模块接收到第二激光调节信号，则使得激光控制仪发生紫色光束；
74.若反馈模块接收到第三激光调节信号，则使得激光控制仪发生红色光束。
75.该预警模块与反馈模块之间相互配合，通过预警模块对危险预警信号进行分析，判断其存在着一定桥梁碰撞可能性的水路运行工具的危险程度，并以此通过激光控制仪发出相应的警示信号，给对应监控区域的水上运行工具，并根据该警示信号，操作人员对水上运行工具对应做出相应的速度调整，从而保证水上运行工具可以安全行驶，不会发生与前方桥梁碰撞的危险。
76.实施例2
77.基于上述实施例1，本发明的一种水路桥梁防撞激光预警系统的工作方法，包括以下步骤：
78.步骤1：采集模块用于采集水路运行工具的运行参数，并根据运行参数获取得到该水路运行工具的环境运行系数，将得到的实时环境运行系数与环境运行系数阈值进行分析比较，得到该水路运行工具的运行状态信号；
79.步骤2：当接收到水上运行工具的环境影响危险信号时，获取该水上运行设备的行驶参数，并对行驶参数进行分析，判断该水上运行工具行驶状态是否异常；
80.步骤3：当接收到危险预警信号时，对该水上运行设备进行预警分析；
81.步骤4：接收预警模块发送的第一激光调节信号、第二激光调节信号和第三激光调节信号，并将此对应发送给激光控制仪，使得激光控制仪发出不同颜色的光束。
82.以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

技术特征：
1.一种水路桥梁防撞激光预警系统，其特征在于，包括采集模块、分析模块、预警模块和反馈模块；采集模块：用于采集水路运行工具的运行参数，并根据运行参数获取得到该水路运行工具的环境运行系数，将得到的实时环境运行系数与环境运行系数阈值进行分析比较，得到水路运行工具的运行状态信号；分析模块：当接收到运行状态信号中的环境影响危险信号时，获取该水上运行设备的行驶参数，并对行驶参数进行分析，判断水上运行工具行驶状态是否异常，对应生成危险预警信号和安全预警信号；预警模块：当接收到危险预警信号时，对该水上运行设备进行预警分析，并生成第一激光调节信号、第二激光调节信号和第三激光调节信号；反馈模块：将接收到第一激光调节信号、第二激光调节信号和第三激光调节信号发送给激光控制仪，使得激光控制仪发出不同颜色的光束，对水上运行设备起到提示作用。2.根据权利要求1所述的一种水路桥梁防撞激光预警系统,其特征在于，采集模块具体的工作过程如下：步骤1：以水路桥梁为基点，将前方长度为l的水域面积，按照单位宽度为h，划分成n个监控区域；步骤2：获取每个监控区域中的水路运行工具的环境运行参数，该环境运行参数包括水浪波动幅度值、风力平均值和风向转变频率；对应获取到该监控区域的水浪波动幅度值、风力平均值和风向转变频率，并对应标记为zl、zf和zz；步骤3：将水浪波动幅度值zl、风力平均值zf和风向转变频率zz，代入到公式计算得到该水路运行工具在该监控区域中的环境运行系数xh；步骤4：将得到的环境运行系数xh与对应该监控区域中的环境运行系数阈值进行比较。3.根据权利要求2所述的一种水路桥梁防撞激光预警系统,其特征在于，当水路运行工具的环境运行系数xh大于环境运行系数阈值，则生成水上运行工具的环境影响危险信号。4.根据权利要求3所述的一种水路桥梁防撞激光预警系统,其特征在于，当水路运行工具的环境运行系数xh小于环境运行系数阈值，则生成水上运行工具的环境影响安全信号。5.根据权利要求1所述的一种水路桥梁防撞激光预警系统,其特征在于，分析模块具体工作过程如下：步骤1：获取该水上运行设备的行驶参数，该行驶参数包括该水上运行设备的速度平均值、加速度平均值和水上设备的振幅平均值，并对应标记为js、ja和jz；步骤2：将水上设备的速度平均值js、加速度平均值ja和振幅平均值ja，代入到公式计算得到该水路运行工具在该监控区域中的行驶系数xs；步骤3：将得到的行驶系数xs与对应该监控区域中的行驶系数阈值进行比较。6.根据权利要求5所述的一种水路桥梁防撞激光预警系统,其特征在于，当水路运行工具的行驶系数xs大于行驶系数阈值，则生成水上运行工具的危险预警信号。
7.根据权利要求6所述的一种水路桥梁防撞激光预警系统,其特征在于，当水路运行工具的行驶系数xs小于行驶系数阈值，则生成水上运行工具的安全预警信号。8.根据权利要求1所述的一种水路桥梁防撞激光预警系统,其特征在于，预警模块具体分析过程如下：步骤1：获取到水上设备的速度平均值js、加速度平均值ja和振幅平均值jz，并分别对应获取到水上设备的速度平均标准值jsb、加速度平均标准值jab和振幅平均标准值jaz，然后进行差值运算，对应得到速度平均差值jsbc、加速度平均差值jabc和振幅平均差值jazc；步骤2：通过公式计算得到该水上运行设备的预警值；步骤3：若y1＜yj≤y2，则生成第一激光调节信号；若y2＜yju≤y3，则生成第二激光调节信号；若y3＜yj，则生成第三激光调节信号。9.根据权利要求8所述的一种水路桥梁防撞激光预警系统,其特征在于，反馈模块的工作步骤如下：若反馈模块接收到第一激光调节信号，则使得激光控制仪发生蓝色光束；若反馈模块接收到第二激光调节信号，则使得激光控制仪发生紫色光束；若反馈模块接收到第三激光调节信号，则使得激光控制仪发生红色光束。10.一种根据权利要求1-9任一项所述的水路桥梁防撞激光预警系统的工作方法,其特征在于，包括以下步骤：步骤1：采集模块用于采集水路运行工具的运行参数，并根据运行参数获取得到该水路运行工具的环境运行系数，将得到的实时环境运行系数与环境运行系数阈值进行分析比较，得到该水路运行工具的运行状态信号；步骤2：当接收到水上运行工具的环境影响危险信号时，获取该水上运行设备的行驶参数，并对行驶参数进行分析，判断该水上运行工具行驶状态是否异常；步骤3：当接收到危险预警信号时，对该水上运行设备进行预警分析；步骤4：接收预警模块发送的第一激光调节信号、第二激光调节信号和第三激光调节信号，并将此对应发送给激光控制仪，使得激光控制仪发出不同颜色的光束。

技术总结
本发明公开了一种水路桥梁防撞激光预警系统及方法，包括采集模块、分析模块、预警模块和反馈模块；采集模块用于采集船只的运行参数，得到该船只的环境运行系数，并与环境运行系数阈值进行分析比较，得到船只运行状态信号；分析模块当接收到运行状态信号中的环境影响危险信号时，获取该水上运行设备的行驶参数，并对行驶参数进行分析；预警模块：当接收到危险预警信号时，对该水上运行设备进行预警分析；反馈模块将接收到危险预警信号发送给激光控制仪，使得激光控制仪发出不同颜色的光束，对水上运行设备起到提示作用，本发明通过对水上运行设备的自身行驶因素和外界环境因素进行双重考量分析，可以有效避免水上运行设备与桥梁发生碰撞的危险。桥梁发生碰撞的危险。桥梁发生碰撞的危险。


技术研发人员：张金军 蔡志芳 杨海燕 葛珅玮
受保护的技术使用者：江苏航运职业技术学院
技术研发日：2022.12.28
技术公布日：2023/6/28