桥梁防碰撞技术对比（超高及偏航检测）

1、方案对比

桥梁防碰撞监测(图1)

	激光对射式	激光扫描测距方式	激光交差测距方式	热成像图像分析识别方式	激光雷达分析识别
实现原理	激光束被遮挡测量	扫描式测距	固定测距	图像识别	非重复扫描多线激光识别
水平检测示意图
垂直检测示意图
安放位置	上下游航道岸边	桥墩	桥墩	桥墩	桥墩或桥面外侧
是否需要支撑塔	是	否	否	否	否
传感器功能	激光是否被遮挡	测距	测距	超高物体成像	三维尺度信息成像
灵敏度准确性	传输路径唯一，光斑唯一，不会产生折射/反射而引发漏报警；同时有双光束产品，避免了小物体的阻断易引发误报，准确性高	光需要足够大的反射面积。使用误报率较高，灵敏度低。会有漏报情况。	光需要足够大的反射面积。灵敏度低。会有漏报情况。交叉光束检测，准确率比扫射式会高。	受雨雾天气影响，造价高，标定麻烦等	基本不受雨雾天气影响，精度高，测量角度可根据软件任意调整，直接对水道船舶进行3维尺寸测量，数据结果准确，造价成本低，安装调试方便、设备稳定性高
受环境影响	容易受雨，雾天影响。	容易受雨，雾天影响。	容易受雨，雾天影响。	容易受雨，雾天影响。	基本不受天气条件影响
河道宽度适应范围	小于1000米	不限	不限	不限	500-1000米
有效预警距离	不限	500米左右	500米左右	1000米左右	500米左右
传感器成本	低	高	高	高	低
传感器寿命	连续工作2-3年	连续工作2-3年	连续工作2-3年	连续工作大于5年	连续工作大于10年
使用的传感器	激光对射传感器	反射式激光测距仪	反射式激光测距仪	热成像摄像机	激光雷达
传感器数量	4套	4套	4套	2套	2套
精度	可以检测直径5厘米左右的超高物体，精度高	只能对大面积物体进行反射距离测量，精度低	只能对大面积物体进行反射距离测量，精度低	可以检测直径10-20厘米左右的超高物体，精度高	毫米级，可以检测直径10-20厘米，精度高
优点	优点：传感器费用低，精度高	安装在桥墩，不需要建造支撑塔。	安装在桥墩，不需要建造支撑塔。	安装在桥墩，不需要建造支撑塔。	全天候工作，精度高，传感器寿命长，总造价低
缺点	建设费用高、受天气影响大、受河道跨度影响大	使用费高，误报率高，精度低，远距离受天气影响	使用费高，误报率高，精度低，远距离受天气影响	标定麻烦、对夜晚，雨雾天气影响较大，识别度差	/
推荐	不推荐	不推荐	不推荐	不推荐	推荐

2、超高检测技术对比

防碰撞的重要内容就是检测进入桥区的船舶是否超高、是否按正常航道航行，检测船舶超高是技术难点，常见船舶超高检测技术有如下几种：

2.1 激光对射遮挡式检测船舶超高

这种检测方法是在桥梁上下游一定的距离的两岸树立立杆。在立杆上预警高度安装激光发射器及激光接收器，根据激光接收器是否被遮挡检测船舶是否超高，这种方法的优点是灵敏度高，可靠性高，缺点是要在上下游要建造与桥梁相当高度的激光传感器支撑构造物，造价高，当河道跨度大于1千米时，受到天气影响的因素增加，这种检测方案极容易受天气因素的影响，不建议使用。

2.2 激光测距传感器扫描测距方式

这种检测方法是在桥梁上下游的预警高度安放一台扫描式激光测距仪对航道的预警高度平面进行扫描测距，根据返回测量的数据判断是否有超高物体，这种检测方法优点是安装简便，缺点是容易受天气等外界的影响，而且因为是靠反射式测量，测量物的颜色、大小也是影响测量的因素，另外，长距离激光测距传感器的测量频率普遍只有20次/秒左右甚至更低，这样低的测量频率极容易造成漏报，长距离激光测距仪的发射头寿命有短，购买成本高，使用成本高也是一项需要慎重考虑的因素。

2.3 固定式激光交差式测量

这种测量方式是在通航孔的两侧的超高预警高度安放一个固定的激光测距仪进行探测，原理、优缺点与上一种基本相同，成本增加了一倍，可靠性比上一种有所提高。

2.4 热成像图像识别测量船舶超高

这种测量船舶超高方式是在通航孔的上下游超高预警高度水平安放一个固定的摄像机，根据成像区域的中心线上方是否有移动的图像识别是否有超高物体，这种方法的优点是可靠性高，缺点是精度不可靠、受雨雾天气影响较大。且热成像硬件成本高，寿命短，标定麻烦等缺点。

2.5 激光雷达监测船舶超高

通过激光雷达全方位监测河道上船舶的运行轨迹，指向性好，分辨率高，可以获得毫米及的船舶三维数据，不受昼夜，光照、气候等观测环境因素的影响，可实现7*24小时全自动无间断连续观测。

3、偏航技术对比

船舶偏航检测现阶段技术手段：AIS船舶位置识别、可见光图像识别。AIS船舶位置识别可识别船舶经纬度、船速、船向等信息，具有检测距离远，不受天气影响等优点，但AIS信息延时较高，且需船舶开启AIS设备时才能检测到相关信息；可见光图像识别对夜晚，雨雾天气影响较大，识别度差。

与现有的技术手段对比，激光雷达呈现的是立体感，而可见光、热成像等所呈现的是平面。在精度方面，由于激光传感器的指向性好，分辨率高，可以获得毫米及的船舶三维数据，不受昼夜，光照、气候等观测环境因素的影响，可实现7*24小时全自动无间断连续观测。

基于桥梁安全防撞系统偏航检测手段，提供一种精确性高、实时性强、稳定性高，不易受外部环境干扰的检测方法。偏航检测在桥梁安全系统中起着最主要的核心作用，船舶偏航检测现阶段技术手段采用AIS船舶位置识别、可见光图像识别等，但现阶段手段都具有一定的局限性，急需一种更可靠、更稳定的手段。

基于AIS的船舶位置识别技术及基于图像识别的越界检测技术、基于激光雷达的船舶位置识别技术，特点比较如下：

3.1 偏航技术对比表：

	AIS位置识别	激光雷达	摄像机图像识别
传感器名称	AIS接收机	激光雷达	网络摄像机
测量原理	AIS无线电信号	多线非重复扫描	图像识别
传感器数量	1个	2个	至少4个
建设成本	5万元左右	15万左右	10万左右
耗电量	10W*1个	100W*1	10W*4
5年维护成本	基本无	无	镜头维护
识别精度	小于10米	2cm@20m	/
使用寿命	》10年	》10年	》10年
船名识别	有	没有	没有
二次开发	简单	复杂	复杂
计算机接口	有	网络RJ45	有
天气干扰	无	无	有
探测范围	小于三十公里	1千米左右	几百米
是否推荐	是，采用AIS结合激光雷达		否

3.2激光雷达（雷达偏航超高检测仪）如下：

本项目系统设置超高、偏航检测单元的作用是通过激光雷达全方位监测河道上的船舶的航行轨迹，雷达识别船舶具有位置远、受天气影响较少等优点；最主要的一点在于无论船舶是否开AIS，雷达都能识别到船舶，能够更好的保护桥梁安全。

根据3座桥梁的现场环境，其安装方式如下：

西海大桥：顺德水道上，西海大桥、广珠城际铁路、广珠西线高速桥三桥并行跨过顺德水道。针对西海大桥的桥梁状况及地理环境而言，只需在上游方向，墩柱或者通航孔桥面外侧安装激光雷达即可，通过软件设置禁航区域、超高线等。安装的激光雷达数量为1个，并结合AIS信息、声光图像等辅助技术手段，建立桥梁防船撞预警系统，提高可视化管理水平。

林头大桥、大沙大桥：林头大桥和大沙大桥同属于潭州水道，河道宽度约200米，两桥之间相距约3公里，两座桥需安装的激光雷达数量都是2个，分别监测上下游方向的船舶，只需在墩柱或者桥面外侧安装即可。同理，也需建立其他辅助技术手段等，建立桥梁防船撞预警系统，提高可视化水平。

桥梁防碰撞监测(图11) 桥梁防碰撞监测(图12)

雷达偏航超高检测仪外形结构图

原理：采用非重复扫描多线激光扫描方式，扫描线中心密度高，安装于通航等高面有利于高精度检测船舶高度，多线非重复扫描精度高，点云密，但是视场狭小，将其安装于一数控往复旋转云台，通过获取激光雷达IMU数据，实时计算当前获取点云数据的角度通过姿态融合实现0-360度的大视场。激光通过网络与上位机进行通讯，获取到的点云数据通过姿态融合与聚类后实现大视场下所有行驶船舶的全程实时检测，获取到船舶的三维立体数据实现偏航和超高的检测，数控云台采用步进马达或者DD电机，往复角度、速度、加速度均可通过上位机进行设定。

特点：

（1）全天候工作，抗干扰能力强。对雨雾，夜晚等天气以及飞鸟虫蚁等具有较好的适应性。

（2）测量角度可根据软件任意调整，检测面积广，测量距离远。

（3）检测实时性高，往复对水道船舶进行全域检测，避免漏报，误报的发生。