航道监控解决方案(提纲)

2024-05-09

航道监控解决方案(提纲)（精选5篇）

篇1：航道监控解决方案(提纲)

航道监控解决方案

一、概述

随着科学技术的迅猛发展，全球经济一体化与信息化已成为世界经济发展的必然趋势。交通运输行业也日益呈现出客运快速化、货运物流化、交通运输智能化和智能交通综合化的趋势，信息化成为交通运输现代化、智能化的必然选择。同样，内河航运要实现现代化和跨越式发展，必须以打造智能航道，发展智能航运为目标，走发展信息化的快捷之路。通过搭建智能航道平台，实现对航行环境的全方位感知、监控和综合信息服务，保障全天候安全畅通航行，提高水路运输效率和质量、改善运输安全性、向全社会提供优质、高效的信息服务

二、主要建设内容：

“智能航道”建设主要基于物联网技术，主要由“现场监控与感知的智能感知平台”、“无线与有线网络传输的网络支撑平台”“后台指挥调度中心展现平台”，以及“软件集成平台”四大部分组成。通过在航道设置传感器，实现24小时实时监控航道现场设施并采集源头数据，并达到全区域、全过程的及时、动态、准确的监测，将“感知”到的航道数据，通过无线网和有线光纤网络，汇聚至指挥调度中心的系统平台。

（一）智能感知平台

通过各种感知设备，全面采集航道运行船舶和航道环境状态等各种信息，采用射频识别、条码识别、无线传感、视频分析、安全监控和智能控制等感知技术，通过集成创新和自动联动，实现对航道船舶和航道环境的智能感知，并对船闸进行控制。

1、视频图像监控系统

通过在船闸、港口、码头、航道水运沿岸线安装的全天候监控设备，全天候24小时监视，实时监控航道水运安全状况;在指挥中心采用视频综合管理软件，实现对全程各监控点多画面实时监控、录像、远程遥控、报警处理和权限分配;有突发事件可以及时调看现场画面并进行实时录像，记录时间发生的时间、地点、及时报警联动执法部门进行处理，事后可对事件发生视频资料进行查询分析。

2、船舶身份识别、定位与航运安全监控系统为了保障航道航运的安全，设置船舶监控系统；系统综合应用先进的视频监控、卫星定位、无线通信、地理信息，数据库等技术，实现对运输船舶的位置、船舶运行状况以及安全信息的在线实时监控，以提高船舶运输高效管理、安全、可靠的目标。

3、船闸监控系统船闸监控系统主要对上、下游闸阀门实现控制，保证船舶的通航快速、安全。为了保证船只的正常通航，必须对上、下游闸阀门实现正确的控制，杜绝误操作发生事故，故系统对操作权限有严格的区分；同时一旦出现故障，应立即提醒操作人员和机电维修人员尽快处理。结合现场设置的视频图像监控系统能实现现场画面的实时监视。

4、水位、水质监测系统

通过设置水位、水质监测传感器，并结合现场视频图像监视系统，指挥中心监控平台上可实时显示河道水位及水质情况，实时监控航道水运安全状况。

（二）网络支撑平台

采用网络接入、智能网关、拥塞分流、病毒防护、入侵检测和信道加密等网络技术，通过高速可靠的骨干网络设施，汇集多个物理子网（包含无线、有线网络）信息，并将智能感知平台的采集信息传递到指挥调度平台，为指挥调度人员提供一个高速、安全、可靠的通信链路，达到信息交互的畅通。

（三）指挥调度中心展现平台

将通过多网汇聚传递而来的各类信息进行汇集，以直观的形式呈现给指挥调度人员，保障决策的正确和准确，同时将指挥调度人员的决策通过多种调度手段传递给航运内部和外部的作业人员，最后将指挥调度所实现的结果反馈给相应层级的管理人员，实现内外信息交互。

（四）软件集成平台

软件平台就是把各种子系统集成为一个“有机”的统一系统，实现五个方面的功能集成：1）所有各子系统信息的集成和综合管理，2）所有子系统的集中监视和控制，3）全局事件的管理，4）流程（办公、管理、告警、救灾）自动化管理，5）资产（航道内的所有设备）自动管理扩展应用预留。最终实现集中监视控制与综合管理的功能。实现在一个平台上，可以得到所有智能化子系统的运行状况，并将所有关系到智能集成管理中心正常运行的重要的报警信息汇集上来，进行统一的监控，协调各个子系统优化配合操作，共同以最经济的运行模式实行当下整体需求。定期地输出与存储运行状况的报告与数据，为整体运行提供安全、可靠保证，为优化管理决策数据分析提供完整的原始数据积累。

篇2：航道监控解决方案(提纲)

产品解决方案

第1部分

索斯克航道全天候摄像系统应用背景

中国是世界上较早利用水运的国家之一，随着水运事业的蓬勃发展，我国正建设“智慧港航”系统和“数字水利”系统，全面构建港航、水利系统的数字化智能化监管系统，有效解决对可能或正在发生的汛情、险情、灾情进行实时动态监控，及时采取预防与补救措施，可全面提高防汛抗洪工作的有效性和可靠性，对减少洪水灾害、缓解防洪抗旱压力、保障人民生命财产安全；积极主动而有效的打击非法采砂、非法捕鱼及非法偷运等违法犯罪行为，保证港道水利系统监管部门实时有效的了解船只的正常行驶，超重情况，求救搜索和准确定位，对进入区域的船牌号做记录，以备查询。

远程视频全天候实时监控系统对航道和水利监管部门的各个水系的港航互通，联接成网，改善航运质量和航运效率，保障航行中船只安全，促进航行平安，保障航道畅通无阻。积极打造全天候可视化智慧航道系统对航道测量数据、航标状态以及航道视频进行实时监控，对有效提高航道维护质量和外场管理力度有着重要作用。

智慧航道的远程昼夜监控系统在江河航道、海上沿线、内湖沿岸等水利港航系统的具体应用包括全天候远距离夜视系统、后台远程遥控系统、智能IVS分析预报警系统、地理GIS系统、无线远程交互式通讯系统、多媒体技术的数字化发布系统等专业技术系统构成，是港航水利信息基础建设和信息自动化的高度集成。昼夜高清视频图像整合监控系统是对数字航道的补充，可以在各种恶劣气候环境下24小时远程监控，实时记录航道现场情况，及时发现航标状况、船舶航行状况、非法采砂和占用航道等现象，为航道畅通、大桥安全、防汛抗洪、水上救助、水资源管理、水利设施安全、水体环境监测提供良好的管理，以及针对航道内发生的突发事件现场状况实现远程应急指挥调度功能，同时还能实现和环保监测设备及系统的有效联动，获取相关的污染指标数据并和视频形成统一的数据备份，作为海洋、海事、航道管理、水利部门、水运部门、防汛抗旱三防应急指挥等部门领导提供决策和执法的依据。

目前索斯克研发量产的航道水利专用全天候摄像系统为首个针对航道水利研发设计的监控设备，现已经成功的应用宜昌航道等个别重要航段，该产品的普及和应用为我国航道和水利的综合自动化全天候管理做出了卓越贡献；索斯克愿意携业内各设计系统专

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业人士和系统集成商为港行、水利部门的信息化、智慧化建设贡献力量。

第2部分

港航水利全天候摄像系统产品设计原则

本产品设计以港航水利等行业标准作为设计依据，结合现场的具体情况，用最佳产品设计方案体现其实用性和最高性价比，是本方案设计的指导思想，也是本方案设计的基本出发点和追求的目标。本设计主要目的达到最佳的效果和最优的性能价格比。

1.透雾性：本产品设计首先满足航道和水利监控的透雾实际需求，由于航道和水利行业的自身特点决定了其视频监控系统需具备穿透中等气候及中小型水雾或霾。这对产品设计及应用提出了很高要求。索斯克开发的航道水利专用全天候夜视设备从激光红外到双波段红外热成像设备均具备良好的透雾性能。

红外激光全天候夜视设备透雾性能及其原理如下：由于看远景时每天空气质量不同，为不影响航道和水利监控的观察能力，在通常状况下镜头遇到雾、雨水、尘等问题，观察能力距离大大缩小，交通专用日夜镜头和专用CCD或CMOS系统（以下将两者简称为航道水利专用透雾成像系统）利用透雾、透尘的增强功能，才能有效改善昼夜雨雾天气的成像效果。

其透雾原理为：航道水利专用透雾成像系统具有自动修正物体光线的纵向色差，保证了物体光的RGB信号不偏差，即保证了任何光点的清晰度，即使在水、雾等穿透过程不断产生新的纵向色差，也能改善更佳效果，再利用单色（黑白）图像表达空间的能量，使透雾能力超过能见度的倍率以上。

透过云雾、水气拍摄物体，相当于透过了两重透镜（水珠与实际透镜），除了R光线可以正确聚焦在CCD成像面上，RGB光线中的GB均无法正常的投射在CCD成像面上，这样就造成了普通模式镜头无法正常、清晰的得到云雾、水气中的图像，铁路专用成像系统不但在日夜功能上

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和自动修正纵向色差上的特殊功能，使透雾技术及原有的日夜功能，对白天彩色RGB及夜晚的IR能量进行更精确的纵向色差调整，使RGB及IR等大自然能量更准确、集中到镜头和CCD成像版面上，从而达到透过云雾、水气拍摄航道环境及目标图像。

双波段红外热成像设备，属于被动红外夜视技术的一种，其原理是采用一类内光电效应半导体器件作探测器，将物体辐射的红外图像转换成电荷图像，经信息处理后，由显示器件转换成人眼可见图像。热成像原理是利用目标与周围环境之间由于温度或发射率的差异所产生的热对比度进行成像的，并非通过光的折射及反射实现成像功能；因此该类设备具有优秀的透雾功能。

2.实用性：本产品设计满足航道水利监控管理工作的实际需要，如船流量的辨别、逆船大灯方向不会产生大面积图像泛白现象、夜间夜视的望远性、镜头的自动昼夜后焦切换功能和设备的自动聚焦成像功能，能减少人为控制的时间差和劳动强度等。

3.先进性：本产品设计首先了解和预见到今后几年的航道和水利发展全天候监控方面提出的要求，适应科技发展的方向，具有一定的超前性的可扩展性，在发展过程中可以不断扩充，使整套系统在相当长的时间内与科技发展相适应，具有相当的发展潜力所选择的设备应在系统实施若干年后，亦能保持其功能完善、齐全，不至于落后。

4.可靠性：产品设计的可靠性是指系统抵御外界干扰的能力及受外界干扰时的恢复能力。鉴于该产品的应用性质，其运行可靠性得到充分保证。因此该产品系统必须可靠地、能连续地运行，系统设计时在成本接受的条件下，从系统结构、设备选择、产品供应商的技术服务及维修响应能力等各方面均应严格要求，使得故障发生的可能性尽可能少。即便是出现故障时，影响面也要尽可能小。系统具有耐高温、抗寒、散热排风及高度抗干扰等基本功能，使用的各类电气接线端子、过载、漏电及断路保护等装置，均符合国家有关电气安全标准要求。且所有使用的技术和设备，必须是已经被证明为“成熟而且面向工程的”，需要充分考虑施工中可能遇到的各种情况，避免各种不稳定因素，确保工程质量。

5.效率性：航道水利监控系统的应用最终目的是为了增加航道和水利监管部门监管的安全力度和执法力度，最大限度地节约人力，从而提高监管效率，降低劳动强度。因此该系统的设计应充分体现“科技服务与人”的设计理念，保证系统的有效、高效运作。

6.规范性：由于本产品是一个严格的综合性系统化产品，在设计与施工过程中参考了各方面的标准与规范，严格遵从各项技术规定，做好产品系统的标准化设计工。一切从实际出发，使智能系统具有较高的实用效能；这也是航道水利全天候成像系统在当今之所以能迅速兴起并发展的关键所在。

7.易维护性：系统在设计时充分考虑其易维护性，以确保系统在使用过程中出现故障时能在

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最短时间内恢复运行。该系统产品应具备体积小、重量轻备用机更换方便，整机外部调试方便，无需拆机调试，具备断电保护和断电记忆等功能，以方便日常维护。

8.安全性：本产品在设计时充分考虑到激光与红外应用的安全性，因此从激光封装到准直出光经过多道安全调试及处理环节，红外散热处理工艺也极为苛求，是同类产品中首款在公安部电子产品检测中获得激光专项安全检测认证条款的激光类产品。

第3部分

设计依据

 公安部航道水利产品行业生产规定《特种行业与产品生产管理规定》  《中华人民共和国航道法》

 《中华人民共和国航道安全法实施条例》  《中华人民共和国航道管理条例》  《港口与港道水文规范》JTS 145-2-2013

 《公安交通指挥系统工程建设通用程序和要求》（GA/T651-2006） 《交通安全违法行为图像取证技术规范》（GA/T832-2009） 公安部《关于公安交通指挥中心建设与发展的若干意见》  公安部《公安计算机信息系统“九五”规划》  公安部《交通管理信息系统建设框架》

 公安部、建设部决定2000年在全国实施以提高城市交通管理水平为中心的“畅通工程”的要求

 国家技术监督局《测量、控制和试验室用电气设备的安全要求》  国家技术监督局《信息技术设备的安全》

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第4部分

激光夜视系统详细介绍

4.1 系统功能

4.1.0 支持航道水利监控的夜间成像功能

普通可见光监控设备夜间成像截图如下

索斯克航道水利专用设备夜间成像截图如下

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4.1.1 支持航道水利监控的广角应用

实现了多车道在镜头广角时的同时监控，夜间激光最大角度为40º，避免出现激光的手电筒效应（即显示屏幕上会出现一条很白很亮的光带）既保证了夜间视频采集的质量，同时也不影响到镜头在广角状态下观测船流量的视频效果。

下图为普通安防监控激光设备，激光为小角度产生的手电筒效应截图

下图为索斯克专为航道水利设计的激光夜视系统，激光为大角度无手电筒效应截图

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4.1.2 支持昼夜同一后焦功能

即昼夜切换时无需人工手动调整聚焦功能即可得到清晰图像，为索斯克根据铁路实际需求而设计的人性化的系统功能，既能得到清晰图像又为即时抓住图像采集时机赢得了有效时间，避免了昼夜切换时后焦不清晰而带来的大量人工浪费，有效降低了操作人员的工作强度。

下图为普通安防监控激光设备，不支持昼夜切换同一后焦功能的截图

下图为索斯克专为交通设计的激光夜视系统，昼夜切换同一后焦功能的截图

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4.1.3 激光变角支持断电记忆功能

激光变角支持断电记忆功能，有效避免断电后重新供电，激光变角自检时返回检测位时所产生的激光手电筒效应。

下图为普通安防监控激光设备，激光变角不支持断电记忆功能的截图

（有电筒效应）

下图为索斯克专为航道水利设计的激光夜视系统，激光变角支持断电记忆功能的截图

（无电筒效应）

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4.1.4 夜间支持标牌船号望远功能

4.2 红外热成像夜间成像功能

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4.3 产品构成

产品外观图如下

篇3：疏港航道大桥施工监控技术研究

疏港航道大桥上部结构为(60+90+60)m三跨预应力混凝土变截面单箱单室连续箱梁。设计汽车荷载等级为公路—Ⅰ级,标准全幅横断面宽度为34.5 m,分两幅。设计横坡为2%。主桥立面图见图1。

单幅桥梁箱梁底宽7.0 m,两侧悬臂长3.5 m,顶宽为14 m。箱梁高度从距跨中1 m处由2.3 m按二次抛物线变化至距主墩中心1.5 m处为5.2 m(梁高均为单箱中心线处竖直高度)。箱梁在横桥向底板保持水平,顶板设2%的横坡,腹板竖直,通过左右侧腹板不同高度来调整横坡。连续箱梁采用悬臂浇筑法施工。

2 线形监控

为了确保疏港航道大桥成桥后的线形符合设计要求,在施工过程中必须对该桥进行线形监控。

2.1 挠度测点布置

在悬臂浇筑梁段前端主梁顶面的边腹板和桥面中心共布设三个测点,测点距悬浇段前端为10 cm。挠度变形测点的平面布置和横截面布置如图2所示。

2.2 主梁线形监控

疏港航道大桥高程偏差的情况见图3。从图中可以看出,疏港航道大桥合龙之后的累计挠度变形值,除了个别测点以外,均小于理论值,符合施工监控的预期要求。

2.3 中跨合龙监控

中跨合龙监控是疏港航道大桥的关键之一,在中跨合龙段两侧的高程差要满足施工监控的要求。表1列出了本次疏港航道大桥主桥在中跨合龙段进行合龙之前两侧的高程控制情况。表中设计高程差是指设计文件提供的该桥底板高程差;实测高程差是指中跨合龙段两侧实际施工时的高程差情况。

从表1中数据可以看出,此次疏港航道大桥主桥箱梁中跨跨中合龙段在合龙之前两侧的高程差为东幅桥5 mm,西幅桥3 mm。主梁合龙前高程差均满足“悬臂合龙时的高程差在±20 mm之内”的要求。

3 应力监控

对疏港航道大桥预应力混凝土连续箱梁的关键截面进行混凝土正应力监测,跟踪施工过程中的箱梁关键截面混凝土正应力的变化情况,确保大桥在施工过程中的安全。

3.1 混凝土应力测点布置

根据悬臂施工过程中预应力混凝土箱梁的受力特点和实际施工情况,应力测点布置在0号块,距离箱梁1号块100 cm处的位置,在混凝土箱梁的顶板、底板各布置2个纵向混凝土应力测点。箱梁混凝土正应力测点布置如图4和图5所示。

3.2 应力分析

控制截面顶板实测应力结果如图6所示。从图中可以看出,该桥顶板测点处混凝土应力随着施工的进行,呈现压应力逐渐增加的趋势。各个测点的压应力刚开始迅速增加,至8号块后,压应力增加速度减缓,与理论计算所得的压应力增加趋势基本一致。实测压应力均大于理论值,该桥在施工过程中处于安全状态。

该桥测试截面底板的应力测试结果见图7。从图中可以看出,该桥底板应力测点处混凝土应力随着施工的进行,呈现混凝土压应力逐渐增加的趋势。各测点压应力刚开始增加缓慢,至7号块后,压应力增加迅速,与理论计算所得的压应力增加趋势基本一致,测得的压应力值接近理论值,桥梁在施工过程中处于安全状态。

4 结语

疏港航道大桥在预应力混凝土连续箱梁各个节段悬臂浇筑施工过程中和成桥后,实际挠度变形和混凝土应力变化均在施工监控要求的合理范围之内,施工过程和成桥的内力及线形达到了施工监控的预期目的,实现了设计意图。

摘要：介绍了疏港航道大桥的工程概况,为确保大桥成桥后的线形达到设计要求,确保梁体施工的安全性,从线形与应力两方面,对该桥上部结构的施工过程实施了全程施工监控,取得了良好的施工监控成果,对于同类桥梁的施工监控有一定的工程参考价值。

关键词：连续箱梁,悬臂浇筑,线形监控,应力监控

参考文献

[1]刘玉成,王新定.香河大桥施工控制技术研究[J].山西建筑,2014,40(1):183-184.

[2]陈雪峰,喻小林,王新定,等.扁河桥静载试验分析[J].交通科技与经济,2008,10(4):29-30.

[3]王新定,戴航,丁汉山,等.体外预应力CFRP筋混凝土梁正截面抗弯试验研究[J].东南大学学报,2009,39(3):557-562.

[4]徐尚村,王新定,曾晓青.宽幅变截面连续箱梁底板纵向裂缝成因及对策[J].山西建筑,2010,36(1):172-173.

[5]JTG D26—2004,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

篇4：航道监控解决方案(提纲)

【关键词】数字航道;监控系统;航标;潮汐

航标是用来标示航道的方向和界限,引导各类船舶安全航行的重要助航设施。加强航道日常维护管理,广泛开展航道全面质量管理活动,不断提高航道维护水平,确保航道畅通是航道工作者的职责。为做好航道维护工作,根据船舶航行特点研究航标的配布并确保其处于良好的技术状态是十分重要的。

正确的航标标位是船舶安全航行的保障。由于各种因素的影响,航标在水中是不断运动的,其实际位置与设计标位之间总是存在一定的偏差。在航道维护工作中,对每座航标均根据航道条件设置标位允许偏差范围,即位移门限,当航标偏移超过门限时,即认为需要采取相应措施进行航标恢复。

在传统的航道管理模式中,航标位置信息仅能在工作站船阶段性巡航过程中获取,且受限于测量手段和仪器精度,航标定位并不精确。航道技术人员因此无法准确把握航标动态位置,亦无法对航标运动规律进行系统性研究。采用数字航道监控系统后,安装在航标上的数字航道智能终端能实时显示并存储航标位置信息。监控人员利用综合监控系统,能够实现对航标运动轨迹的实时观察和记录,从而为航标运动规律的研究提供依据。

1数字航道监控系统

1.1数字航道

“数字航道”是“数字地球”概念在航道领域的应用,是航道管辖区域、管理对象及管理活动的数字化表现,是综合运用遥感、遥测、地理信息系统、网络、多媒体等技术对航道业务流程、动态监测管理和辅助决策服务进行虚拟化、数字化、网络化、智能化和可视化的技术系统。

长江南浏段数字航道上起苏皖交界的慈湖河口,下至江苏太仓浏河口,全长369.5 km。目前已建成的数字航道系统主要由电子航道图系统、综合监控系统、信息管理系统及系统支撑平台等组成,通过航道信息数字化、航道监控实时化和航道服务网络化,实现航道维护管理从被动矫正型向主动预防型的转变,从完成任务型向主动服务型的转变,从劳动密集型向技术管理型的转变,从而最大限度地利用自然资源,挖掘航运潜能,提高航道通过能力,提升公共服务水平。[1]

1.2综合监控系统

综合监控系统是数字航道应用系统的核心,也是数字航道正式运行后开展日常航道维护工作的主要平台。该系统主要由航标遥测遥控平台、船舶监控平台、水位监控平台等3部分组成,具备航标技术信息动态监控及处理、工作船舶动态跟踪、水位动态监测等功能。

1.3航标运动轨迹观测原理

航标运动观测主要在航标遥测遥控平台上实现。每个航标上安装的智能终端均集成GPS模块,能实现对航标的实时定位并将位置信息存储在终端中。终端每间隔1个轮询周期将航标当前位置坐标等相关信息通过网络或短信方式上传至数据库。监控系统从数据库中即时读取航标位置信息,并按照其坐标在监控平台中标绘出航标实际标位。同时,监控系统自动计算航标当前位置与设计标位(通电标位)之间的偏差,一旦航标位移超过预定义的位移门限,终端立即进入报警状态并高亮显示,同时通过声音提示监控工作人员(见图1)。监控人员在巡检航标过程中可通过不断刷新监控系统获取辖区内各航标实时标位。一旦航标发生位移报警,监控人员需立即对报警信息进行查看和确认,并根据情况安排工作船舶到现场进行恢复。

利用综合监控系统,监控人员可以对航标位置进行一段时间的观察和记录,从而标绘出航标在该时段的运动轨迹。此外,监控人员还可通过监控系统自带的查询航标历史轨迹和历史信息的功能,实现对任一历史时段航标运动轨迹及位置信息的查询(见图2)。

2航标位移的原因及分类

每座航标均根据航道条件规定设计标位,正确的航标标位是船舶安全航行的重要保障。在航道维护工作中,由于航标抛设技术条件限制以及外部环境干扰等原因,航标实际位置往往距设计标位有一定的偏移。当航标偏移在标位允许偏差范围即位移门限内时,认为航标标位正常;当航标偏移超过门限时,即认为需要采取相应措施进行航标恢复。[2]

航标位移的原因一般有两种:一是人为原因,即航标被过往船舶碰撞或拖带移位;二是自然原因,即航标受风或潮汐影响移位。这两种异动在综合监控系统中的表现不尽相同。第1种情况往往表现为个别航标发生大幅度位移报警,此类位移的发生具有一定的突发性,航标偏移往往在达到一个较大值后基本不变,且不会自动恢复;第2种情况则表现为一定区域内多数航标均发生小位移,位移的发生往往是渐进的,且随着天气或水文条件的变化位移幅度不断发生变化并有可能自动恢复。参见图3。

人为原因造成的航标位移对航道影响较大,需要立即安排船舶开航恢复,这类位移带有一定的突发性和随机性,只能通过加强管理尽量避免。自然原因造成的航标位移,其偏移往往较小,且随着天气或水文条件变化航标可能自动复位,故在传统的航道管理中不易发现。实行数字航道管理模式后,航标任一位移均会在监控系统中发出报警提示。在面对此类报警时,如何在保障航道安全畅通的同时尽量减少工作船舶开航次数和工作量,成为新的技术问题。

影响航标位移的自然因素主要是风和潮汐。二者均可检测和量化,其数值与航标位移亦存在一定的相关关系。因此,可以利用综合监控系统观察航标在不同自然条件下的运动轨迹,研究其变化规律,进而为合理处理航标位移报警,提高航道维护工作效率提供依据。

3风影响下航标的运动规律

3.1运动特征

航标标体是由沉于水底的锚具固定悬浮在水中的。由于自重较轻,因此当受风影响时,浮体易顺着来风方向发生摆动从而偏离设计标位,当偏移值超过位移门限时即会触发位移报警。当风力较小时,航标位移较小且易自动恢复,对航道安全影响不大。但当风力达到一定级别时,航标位移可能过大进而导致锚具发生松动,严重时锚具可能断裂漂失从而使航标处于漂移状态,对航道安全影响很大。

例如,2010年1月20日夜间,南京二桥北汊八孔2号红浮在大风影响下发生位移。当日夜间风力为东北风5~6级。从轨迹中可以看出航标在大风影响下漂移的过程:,航标在小风影响下处于小位移状态;,随着风力增大位移增大为32.1 m;22:30,风力逐渐增大到5~6级,航标顺着来风方向发生大幅偏移,位移达到61.2 m,此时可判断浮体下方的锚具发生松动或漂失,航标处于半漂移状态;随后,航标又随着风力风向的变化来回移动;至1月21日01:58,再次偏回设计标位附近(见图4)。

3.2影响因素

为分析风对航标运动的影响程度,选取南京航道处辖区内大胜关桥区、南京大桥桥区、南京二桥桥区以及四桥施工桥区附近各3个标志,列出其在不同风力下的位移(见表1)。显然,风对航标运动的影响主要与航标标体类型、风力风向以及航标附近的自然环境等因素有关。

(1)标体类型目前长江南浏段主航道浮标主要类型有锥罐形单船、灯船型、柱形浮鼓等3种。柱形浮鼓自重较大,下端用大型沉石固定,故在风影响下一般只在小范围内摆动,偏移较小,且由于标志位移门限较大,故一般不会触发位移报警。从表1可见,采用柱形浮鼓的150号黑浮、142号红浮、138号黑浮、135号红浮在不同风力下偏移均未超过位移门限,且位移与风级大小无相关关系,可见风对柱形标志位移影响很小。锥罐形单船、灯船型标志则有所不同,由于其浮体和锚具相对较轻,在风影响下摆动较大,且该类型标志在南浏段一般用于桥区,位移门限相对较小,故风力较大时标志很容易触发位移报警甚至发生漂移。因此,下文主要针对锥罐形单船和灯船型标志论述风对航标运动的影响。

(2)风力风向风力风向与航标位移具有高度相关性。标志一般会顺着来风方向发生偏移,且单船和灯船型标志一般均是平行于航道方向抛首尾锚固定,故当来风方向平行于主航道走向时,标志位移相对较小,而当风向垂直于主航道时,位移往往较大。标志位移与风力呈现正相关关系,位移大小随着风力增大而不断增大。由表1可见,风力在3级以下时,所有标志位移都未超过位移门限;当风力超过3级后,陆续有位移超过位移门限;当风力达到5~6级时,几乎所有标志位移均超过位移门限,甚至有部分标志出现漂移。

(3)自然环境航标附近的水流、河底地形、江面障碍物等自然条件亦对风作用下的航标位移产生一定影响。从表1可见,在相同风力下,不同桥区航标的位移不尽相同。当然,由于各桥区自然环境较为复杂,难以量化,故表中数据仅作为自然环境对航标位移影响的参考。

3.3位移报警处理建议

通过以上分析,对风影响下航标位移报警处理建议如下:

(1)风对航标位移的影响集中体现于锥罐形单船和灯船型标志。就南浏段主航道而言,主要是指南京航道局辖区内大胜关桥区、南京大桥桥区、南京二桥桥区以及四桥施工桥区等4个桥区标志。因此,在航道日常管理中,一般仅需考虑风对这些桥区标志位移的影响,而对于柱形标志可不予考虑。

(2)从管理角度看,日常工作中应根据水位涨落及时调整船型标志锚链长度,保证锚具有较好的受力条件,必要时可对位移门限较小的桥区标志抛八爪锚以加强固定。此外,可考虑在重点航标上安装风速仪,及时将实时风力情况通过终端传输到监控系统,以便监控人员更准确地了解江面风力情况。

(3)在日常工作中,当风力超过3级后应加强对桥区航标位移的监控,并根据风力大小对标志位移报警作区别处理;当风力在4级以下时,有航标发生位移报警时应注意观察,位移不大时可持续观察3个轮询周期,若航标一直处于报警状态可考虑适时安排船舶开航恢复;当风力超过5级时,应保持高度警惕,必要时通知工作船舶现场驻守,当有航标发生大幅度漂移时,应立即通知船舶开航恢复,若风力过大船舶无法开航时则应及时发航道通电。

4潮汐影响下航标的运动规律

4.1运动特征

长江南浏段属于感潮河段,在潮流影响下,江水做往复性运动,从而造成水面周期性的升降。航标是漂浮在水面上的悬浮体,受潮流运动影响,亦会随着江水往复运动,其运动方向与水流方向基本一致:涨潮时向上游方向移动,落潮时向下游方向移动。航标在潮汐作用下的运动是以平潮时位置为中心的,一般情况下,标志向上下游方向的运动幅度不会超过位移门限。因此,若航标设计标位(通电标位)与平潮时位置较为接近,则航标往复运动一般不会触发位移报警。在实际工作中,由于水流的往复冲击,航标平潮时运动中心位置可能随着潮流运动发生变化,特别是遇到天文大潮时,潮汐作用强烈,航标锚具容易发生松动,使得航标平潮时位置偏离设计标位,可能在随后的往复运动中触发位移报警(见图5)。

潮汐对航标运动的影响主要与航标标体类型、潮汐强度以及潮位变化等因素有关。

(1)标体类型航标在潮汐作用下主要作平行于水流方向的往复运动。由于单船及灯船型标志使用首尾锚固定,能较好地约束浮体在平行于水流方向的运动,故潮汐对其运动影响较小;而柱形标志由于其设标较深,浮体与沉石锚具之间采用较长的锚链连接,在潮汐影响下水流发生运动时,由于锚链刚度较小,极易发生摆动并带动上方浮体运动,从而使航标发生偏移并作往复运动。

(2)潮汐强度长江南浏段的潮汐强度是自浏河口向上游递减的,潮汐对航标运动的影响同样自下而上递减。潮汐强度变化可分为年内变化和月内变化。从年内变化上看,枯水期潮汐作用较强,南京以下航道航标运动均不同程度受到潮汐影响;洪水期潮汐作用较弱,仅上海辖区内部分航标运动受到潮汐影响。从月内变化上看,大潮时潮汐对航标运动影响程度相对较大,小潮时相对较小(见表2)。

(3)潮位变化航标在潮汐作用下的偏移与潮位变化是密切相关的。图6显示苏桥1号黑浮在1月28日―1月31日这3个潮周期内,标志偏移与同时间白峁潮位的关系。从图6可见,航标偏移与潮位变化之间有良好的相关关系,航标偏移随着潮位涨落呈现周期性变化。进一步研究表明,二者呈现直线相关关系,利用回归分析(图7),可以得出两者的相关关系式为y=44.917 x-58.239(其中:y为标志偏移值,m;x为潮位值,m),利用此关系式,即可估测任一潮位下的航标偏移值。

4.3位移报警处理建议

一般情况下,潮汐引起的航标位移大多是平行于主航道方向的,不会显著影响船舶航行安全,且由于位移多数能随着潮水回落自动恢复,故遇到此类位移报警不必急于开航恢复,而应持续对标志偏移及同时间潮位进行对比观察。若标志偏移随着潮位涨落相应发生周期性变化,且平潮位时标志位置接近设计标位,则不必对此类位移报警进行处理。若平潮时标位距离设计标位偏差较大,标志在涨落潮过程中长期处于位移报警状态,则需考虑将设计标位校核至平潮时位置。

在实际工作中,对于易受潮汐影响的标志,可参照本文方法建立一定时期内标志偏移与潮位的相关关系,定期根据潮汐变化对标位进行校核,以保证航标位置的正确。

5结语

作为数字航道的核心,综合监控系统在航道维护管理中发挥重大的作用。充分利用航标遥测遥控这一科技平台,开展航标运动规律研究,对于正确处理航标位移报警、保障航标标位的实时畅通具有重要的意义。

参考文献:

[1] 万大斌,李国祥,颜昌平.建设长江“数字航道”的构想[J].水运工程,2004(11):22-24.

[2] 张有平,浦燮民.长江航道标志被碰原因分析及其防范措施探讨[J].水运工程,2002(5):32-34.

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