桥梁主动安全防碰撞预警系统
一、项目背景与现状
某公路桥梁作为区域交通关键节点，地处繁忙航道范围，日常往来船舶类型多样、流量较大。根据后台管理系统数据显示，近七天桥区船舶活动频繁，仅当日就已发生 18 次偏航报警，存在极大的桥梁碰撞安全隐患。当前系统虽已具备桥梁信息列表查询、近七天船舶统计、桥区高清视频监控及最近 AIS 船舶信息展示等基础功能，但在船舶动态预警精准度、风险处置效率及系统联动性方面仍有优化空间，亟需构建一套更全面、智能的主动安全防碰撞体系。
二、系统总体架构
本系统采用“感知-分析-预警-处置-复盘”的全流程闭环架构，基于现有后台管理系统与数字孪生大屏，整合多源数据资源，实现对桥区船舶动态的实时监控与主动防控。
1.感知层：依托桥区高清视频设备、AIS（船舶自动识别系统）接收终端，实时采集船舶 MMSI 码、船舶类型、航行时间、位置坐标、航向速度等信息，同时监测环境数据（如当前 25℃环境温度），确保数据采集的全面性与实时性。
2.数据层：建立统一的数据存储与管理中心，对采集到的船舶动态数据、报警数据、视频数据进行分类存储，其中重点存储近七天船舶统计数据（如 56 只船舶相关记录）、历史偏航报警数据及 AIS 船舶详细信息（如不同 MMSI 码对应的工程船、执法船、客货船等多种船舶类型航行记录），为后续分析与复盘提供数据支撑。
3.分析层：运用大数据分析与人工智能算法，对船舶航行轨迹进行实时分析，结合桥区航道规划，识别船舶偏航风险。针对不同船舶类型（如执法船、客货船、引航船等）的航行特性，设置差异化的风险阈值，提高偏航报警的精准度，减少误报、漏报情况。
4.预警层：通过后台管理系统与数字孪生大屏，以可视化方式实时展示船舶动态与风险状态。当检测到船舶偏航时，立即触发多级预警机制，通过系统弹窗、声光报警、短信通知等方式，同步向桥梁管理部门、海事执法部门及船舶驾驶人员发送预警信息，确保相关方第一时间知晓风险。
5.处置层：建立跨部门联动处置机制，当收到预警信息后，桥梁管理部门可通过桥区高清视频进一步确认现场情况，海事执法部门可快速调度执法船（如特定 MMSI 码对应的执法船）前往现场引导船舶修正航向，同时系统可自动推送最优避碰航线建议至船舶驾驶人员，实现风险的快速处置。
6.复盘层：自动存储每次报警事件的详细数据（包括报警时间、船舶信息、处置过程、处置结果等），形成历史案例库。通过数字孪生大屏对历史事件进行模拟回放，分析船舶偏航原因与处置效果，为系统算法优化、风险防控策略调整提供依据。
三、核心功能模块设计
（一）船舶动态实时监控模块
1.多维度船舶信息展示：在后台管理系统与数字孪生大屏上，以列表与地图标注相结合的方式，实时展示最近 AIS 船舶信息，包括 MMSI 码、船舶类型、航行时间、当前位置、航向速度等，支持按船舶类型（如执法船、客货船、引航船等）、航行时间（如特定时间记录的船舶）进行筛选查询，方便管理人员快速掌握桥区船舶动态。
2.高清视频联动监控：将桥区高清视频监控画面与船舶 AIS 位置信息进行关联，点击地图上的船舶标注，可自动切换至对应区域的高清视频画面，直观查看船舶外观、航行状态及周边环境，实现 “数据+视频” 的双重监控验证。
（二）智能偏航预警模块
2.分级预警机制：将偏航预警分为三级，一级预警为船舶轻微偏离航道，系统仅在后台管理系统弹窗提示；二级预警为船舶中度偏离，除弹窗提示外，触发声光报警；三级预警为船舶严重偏离，即将进入危险区域，立即向相关管理人员、海事执法部门及船舶发送短信预警，同时自动调取桥区高清视频重点监控该船舶。
（三）船舶统计与分析模块
1.多维度统计功能：支持按时间维度（如近七天、特定日期范围）、船舶类型维度（如执法船、客货船、工程船等）、航行状态维度（如正常航行、偏航）进行船舶数据统计，生成统计报表与可视化图表（如折线图、柱状图），直观展示桥区船舶流量变化趋势与类型分布情况。
2.风险趋势分析：通过分析历史偏航报警数据与船舶航行数据，挖掘船舶偏航的时间规律（如是否集中在特定时段）、类型规律（如某类船舶偏航概率较高），预测未来一段时间内的风险趋势，为管理人员提前制定防控措施提供参考。
（四）联动处置与调度模块
1.跨部门协同平台：搭建桥梁管理部门、海事执法部门等相关单位的协同工作平台，当发生船舶偏航预警时，系统可自动将预警信息、船舶详细数据及现场视频推送给对应责任单位，实现信息共享与快速响应。
2.执法资源调度：基于 AIS 船舶信息与执法船位置信息，系统自动规划最优调度路线，为海事执法部门调配最近的执法船（如根据 MMSI 码快速定位执法船位置）提供决策支持，缩短执法船到达现场的时间，提高风险处置效率。
四、核心技术支撑
1.数字孪生技术：构建桥梁与周边航道的数字孪生模型，将实时采集的船舶动态数据、视频数据与数字模型进行融合，在数字孪生大屏上实现船舶航行轨迹的实时模拟、偏航风险的可视化展示及历史事件的模拟回放，为管理人员提供直观、沉浸式的监控体验。
2.AI 轨迹预测算法：基于历史 AIS 船舶航行数据，训练 AI 轨迹预测模型，可提前预测船舶未来一段时间内的航行轨迹，当预测轨迹存在偏航风险时，提前触发预警，为风险处置争取更多时间。
3.大数据存储与分析技术：采用分布式大数据存储架构，满足海量船舶数据（如近七天 56 只船舶的详细航行记录、历史报警数据）的高效存储与快速查询需求；运用大数据分析技术，挖掘数据背后的潜在规律，为系统优化与决策提供数据驱动支持。
4.物联网通信技术：通过 4G/5G、北斗卫星等多种通信方式，确保感知层设备（高清摄像头、AIS 接收终端）与数据层、分析层之间的数据实时传输，保障系统在复杂环境下的稳定运行。
五、物联感知硬件
1.数据网络模组：根据场景可自由串联链接智能硬件快速完成组网及数据传输。
2.雷达水位计：主要测量桥梁和水面距离，自动实时测算出通航净高。
3.AIS 岸基接收器：主要接收一定范围内船舶信息，包括船舶报告、身份 ID、航向、航速等；同时也发送自身位置给周边船舶（如浮标、风电场、海洋牧场相关区域船舶），实现主动防撞。
5.声光报警器：当船舶行驶偏移航道，驶入预警区，系统会立即发出蜂鸣和爆闪，警示通行船只主动规避。
6.航标灯：向船舶传递重要的航道信息，指示航道的界限、碍航物的位置、港口或锚地的入口等。
（一）实施步骤
1.需求调研与方案优化（0.5 个月）：深入调研桥梁管理部门、海事执法部门的实际需求，结合现有系统运行情况，对本方案进行进一步优化，明确系统开发与部署的具体细节。
2.系统开发与测试（2 个月）：按照方案设计的架构与功能模块，开展系统开发工作，完成感知层设备调试、数据层搭建、分析算法训练及各功能模块开发；开发完成后，进行全面的功能测试、性能测试与压力测试，确保系统稳定运行。
3.系统部署与人员培训（0.5 个月）：将系统部署至桥梁后台管理中心，完成与现有数字孪生大屏、AIS 系统、高清视频监控系统的对接；同时组织桥梁管理部门、海事执法部门相关人员进行系统操作培训，确保工作人员熟练掌握系统功能。
4.试运行与优化迭代（0.5 个月）：系统进入试运行阶段，收集运行过程中的问题与用户反馈，对系统算法、功能模块进行持续优化迭代，完善系统性能。
（二）预期效果
1.预警精准度提升：通过优化 AI 轨迹预测算法与动态阈值设置，将船舶偏航预警的精准度提升至 95% 以上，大幅减少误报、漏报情况，降低管理人员的工作负担。
2.风险处置效率提高：依托跨部门联动处置平台与执法资源智能调度功能，将船舶偏航风险的平均处置时间缩短 50%，确保风险能够快速、有效化解，保障桥梁安全。
3.管理决策科学化：通过多维度的船舶统计分析与风险趋势预测，为桥梁管理部门制定安全管理策略、优化航道规划提供科学依据，实现桥区船舶交通的精细化管理。
4.系统稳定性增强：基于成熟的物联网通信技术与大数据存储架构，确保系统全年稳定运行率达到 99.9%，在复杂天气与高船舶流量情况下仍能保持高效、可靠的性能。
