建設防止船舶撞擊大壩預警系統的探析

陳曉蝶

【摘 要】為有效監控庫區水域船舶，避免其撞擊大壩，提高大壩的安全性，文章探討了防止船舶撞擊大壩的預警系統建設的必要性和可行性，并從功能性及經濟性角度對實現預警系統幾種技術進行比較，為實現建設預警系統提供思路。

【關鍵詞】大壩船舶預警;雷達成像;AIS;視頻監控;激光傳感器

【中圖分類號】TV698.1 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2018）12-0032-02

1 現狀及必要性

隨著我國經濟及水利事業的不斷發展，各種水利工程項目變得越來越多，水利水電大壩工程建設及運行受關注程度越來越高，人們也開始日益重視大壩的安全。

目前，隨著水上交通運輸的不斷發展，水域流量與安全的矛盾日漸突出，船舶的數量越多，航道管理的復雜性越高，對大壩安全的威脅性也越大。同時，大壩上游庫區河道上有許多打魚船、挖沙船、渡船等船舶，船舶可能會因為管理不當、水流流速的增大、風速過大等原因脫離控制。而當出現失控的船舶時，若未能及時預警和及時采取措施而任由其發展，會對大壩造成極大的安全隱患。

當前大多數電廠對于大壩安全，往往能夠做到編制防止大型漂浮物的應急預案及開展演練等，但預警手段多數還是靠在洪水期人為的目測。而目測往往受到視距、視敏度、視野等因素影響，若未能及時發現并采取措施，就有可能造成大型漂浮物對下游大壩產生撞擊，導致大壩潰壩、水工建筑物受損、大壩機電設備泄洪閘門受損等，對大壩安全造成極大危害。而庫區運行的船舶是最常見的大型漂浮物，因此，為保證大壩安全，構造一種對大壩安全性造成威脅的船舶提出預警及警告的系統很有必要。

通過構建預警系統，采用遠程監控報警代替人工報警，對進入監控范圍內的船舶進行實時監測和報警，提高監管質量與效率，可以使得電廠決策判斷的時間更為充裕，避險應急能力大大地提高，能夠大大降低事故發生率，同時也為附近水域航行、作業等提供更可靠的保障。

2 預警的技術支持

2.1 基于雷達成像系統的方式

雷達的工作原理是通過對目標發射電磁波再接收反射波來探測目標。設備在接收反射波后進行處理以此獲取監測目標與電磁波發射點間的距離、目標的徑向速度、方位與高度等物理信息。雷達的基本作用是對目標的探測、定位和跟蹤。

2.2 基于AIS系統的方式

船舶自動識別系統（AIS系統）是由岸基（基站）設施和船載設備共同作用組成的一套系統，是基于衛星定位的設備，能夠自動發射和接收船舶識別信息。AIS消息提供的數據包含船舶類型、船長寬、航行方向、航行速度、航行軌跡等。其主要功能有為對安裝AIS船載設備的船舶進行自動識別和信息交流，從而能有效避免船舶碰撞，同時對船舶進行持續的監視及搜集航行信息。

2.3 基于視頻監控系統的方式

視頻監控系統是利用視頻技術來探測、監視一定區域并實時顯示、記錄現場圖像的電子系統。一般情況下，完整的視頻監控系統應由攝像、傳輸、控制、顯示和記錄五大部分設備構成。攝像設備采集視頻圖像信號后，通過網絡線纜或同軸視頻電纜將視頻圖像傳輸到控制設備，控制設備再將視頻信號分配到各顯示設備，以及將視頻圖像信息記錄到存儲設備中。

2.4 基于激光傳感器的系統

激光作為一種能量高度集中的光源，按照單邊發射，單邊接收的方式工作，廣泛應用于各種復雜環境，是現代安防及智能化領域重要的探測設備。激光由激光發射機發射出后由激光接收機接收并處理，形成單束或多束激光束，以此為警戒線，采用遮擋主動入侵警報方式進行警報。

3 各種手段的優缺點

雷達：其最主要的優點是受能見度影響小、監測的范圍廣，無論白天還是黑夜都能監測到遠距離目標，精度高，能較容易地獲取船舶信息，穿透能力強，其作為一種主動的監測手段能實現主動監測，但其信號存在盲區，對于被遮擋的目標很難監測到，采集到的模擬信號無準確物理含義的關鍵信息，在惡劣天氣易受雨雪干擾，受復雜情況影響會產生假回波等情況。

AIS：其最主要的優點在于不存在盲區，天氣與河道情況影響小，沒有假回波，有較高的穩定性和可靠性，可以克服障礙物遮擋，所監測到船舶的信息比較完善。缺點主要其屬于被動式監管，只有安裝了AIS設備的船舶才能被監測到，而且費用不低，內河航運大多數船舶承擔不起設備費用，目前還達不到在我國內河航運普遍實施的條件。

視頻監控：目前的視頻監控系統已經能在復雜的背景中自動識別目標，對進入其監測范圍的目標能對其自動識別，并作出自動報警與判斷。但監控視頻的監控范圍小盲區較大。且視頻監控機器視覺算法不夠精確，需結合人工輔助才能完成目標監測和最終判斷。其主要缺點在于系統受自然環境條件影響較大，受能見度影響較大，只有天氣晴朗、日照條件良好的情況下才能比較準確的反映船舶情況，黑夜、雨雪天氣等都會嚴重影響它的效果。

激光：激光測距傳感器有較強的實時性、速度較快、探測距離長，能保證遠距離的工作，在同等環境下，激光的傳輸衰減遠小于其他同類探測器，惡劣天氣時依然能保持較強的穿透能力，減少惡劣天氣時的誤報率，監測信息的精度較高，安全可靠隱蔽性好，激光束發射功率密度大，激光束的方向性極好，因此光能集中，傳輸效率高，同時它的成本較低，性價比高。

4 建議

當預算較低時可以采取激光傳感器系統，比較經濟且性價比較高。當預算較充裕時可以幾種技術相結合互補，例如在河道上監測船舶的地點設置雷達設備、抓拍控制器、視頻監控攝像機、閃光燈等設備用于船舶檢測，同時捕捉船舶圖片，將采集到的信息存儲至管理機，并由管理機進行分析后完成兩類信息傳輸，一是將超速船舶信息傳輸給交換機，二是將采集的超速船舶完整信息和拍照圖像傳輸給監控中心。同時，最好是能設置兩道預警系統，第一道設在離大壩較遠的上游處，能初步的對船舶信息進行分析，第二道設在離大壩較近的地方，能更加精確地判斷船舶的危險性。定報警標準時，也可以多定幾個標準，例如5 km預警、3 km預警、2 km一般報警、1 km緊急報警、500 m緊急報警等并給出報警提示和處置措施。

目前，在橋梁防撞、橋墩防撞方面已經有不少研究和實際應用的例子可以借鑒參考，當建設大壩防撞系統時可以以此為參考。

5 預警后處置

預警只是手段，當出現失控船舶有撞擊大壩的風險時，如何在有效預警的前提下做好處置工作才能真正有效地保證大壩的安全。當收到有可疑船舶預警，首先要判斷該船舶是否失控，若只是正常行駛，可正常通過引航道、船閘到下游河道，若船舶已失控，在聯系相關部門的基礎上，判斷是否滿足臨時錨泊的條件，若滿足可對船舶進行臨時錨泊，若錨泊不了且繼續失控向大壩方向前進，在確認船上無人員的情況下可以通過降低庫水位，控制閘門開度引導船舶通過溢洪道往下游排，并通知下游大壩管理部門做好準備。

6 結語

本文從現狀分析了防止船舶撞擊大壩的預警的必要性，通過對雷達、AIS、視頻監控、激光幾種技術分析了防止船舶撞擊大壩的預警的可行性，目前從技術角度來看防止船舶撞擊大壩的預警已經能實現，但是目前實際應用的實例非常少，除了資金方面的因素，管理方面的因素也是很值得我們探討的。

參 考 文 獻

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