陳明忠

摘要：橋梁通航孔附近的橋區(qū)水域常常是通航安全的重點監(jiān)控水域，其中橋涵標則是船舶駕駛人員所要參照的重要助航設施。然而橋涵標的管理目前還存在著一定的滯后性，其工作狀態(tài)的實時監(jiān)測尚顯不足。本文在多座橋梁的橋涵標建設工程基礎上，提出了開發(fā)新型橋涵標遙測終端的技術要求，介紹了遙測終端的工程安裝方案，并運用自行開發(fā)軟件將橋梁及其所對應的橋涵標進行聯網管理，闡述了橋涵標的集控管理模式及其特點。

關鍵詞：橋涵標 助航設施 集控管理 通航安全

0 引言

根據內河、海區(qū)的通航特點，我國先后制定有GB586493《內河標志》與GB24418-2009《中國海區(qū)可航行水域橋梁助航標志》，對橋梁助航標志的設置進行了規(guī)范，人們通常把安裝在橋梁上的標牌、燈光標志等統稱為橋涵標。隨著我國經濟的快速發(fā)展，四通八達的交通網建設促使跨江、跨海橋梁日漸增多，尤其是沿海地區(qū)，跨海連島的橋梁與沿岸通航船舶的交互影響大，如果橋涵標的助航效能不能得到可靠保障，則可能給船舶通過橋孔造成困難，從而埋下碰撞、擱淺等安全隱患[1][2]。

航標遙測遙控技術的廣泛應用大大提高了人們對航標故障的預判和及時發(fā)現能力[3][4]。按照GB規(guī)范設置的橋涵標在地理空間上與水上航標分布相比則顯得高度密集，一座多孔橋梁少則十幾個、多則數十個的標志設置點，如采用慣常的單標遙測方式，要全面實施橋涵標的遙測遙控則面臨著建設與維護費用高、監(jiān)控管理分散的窘境。因此研究采用集約式的橋涵標遙測和管理系統，對于推廣應用橋涵標實時監(jiān)控技術，提高航標管理效率和航海保障水平具有十分現實的意義。

1橋涵標的樣式

1.1 內河橋涵標志

在內河航標中，橋涵標類型有橋孔中央的迎船面標牌（夜間為發(fā)光航標燈）以及兩側橋柱上的橋柱燈陣列（如圖1-1）。有些新型設計方案也借鑒海區(qū)可航水域橋涵標設置要求，在多孔內河橋梁的禁航孔上安裝了“X”形禁航標牌。

1.2 海區(qū)可航水域橋涵標志

在海區(qū)可航水域助航標志中，橋涵標類型有雙向通航橋孔標志、單向通航橋孔標志、橋孔禁航標志、橋墩警示標志等，以上標志夜間標識顯示為發(fā)光的標牌指示符或閃光燈質。如圖1-2所示，前3種標牌夜間由發(fā)光LED燈陣組成指示符，后3種標志其夜間則由單盞航標燈以燈質來表示信號特征，或由LED陣列排列出標牌輪廓并按規(guī)定燈質發(fā)光。

2橋涵標遙測終端（RTU）的選用

2.1 通用航標遙測終端

橋涵標的遙測其目的是對橋梁上所布設的航標燈器、標志牌的發(fā)光狀態(tài)及其工作參數進行監(jiān)測。目前在海區(qū)航標管理中普遍使用的航標遙測遙控終端有兩種類型：一種為內置式終端，整合在航標燈器內，結構緊湊，現場安裝步驟少；另一種為外置式終端，安裝于燈器外部，不依賴燈器接口，通過互感器及分立的外置天線與安裝部件來采集信息，工作時對燈器影響小。這兩類終端所采集并回傳的數據主要為燈器的工作電流、工作電壓以及位置信息，一般一個終端只能采集一盞航標燈的工作數據。

2.2 橋涵標遙測終端的開發(fā)

對于海區(qū)通航要求的橋梁來說，由于標牌間距小則30～40米，大則超過100米，整座橋梁的標志分布呈現數量多、排列集中的特點，如以通用的航標遙測終端來實現橋涵標的遙測，則需在每面標牌或者航標燈器上分別配置一個或多個RTU終端來實現數據采集和回傳。因此一座海區(qū)通航要求的橋梁其橋涵標需配置的遙測終端數量就比較龐大，普及安裝的投入大、成本高。如實現一個終端（RTU）同時采集多路標牌工作數據則可大大減少終端（RTU）的使用量，從而減少終端的經費投入和運維成本。為此，我們與相關企業(yè)聯合研制了具有遙測遙控功能的GKDY07型LED標牌驅動器，該產品采用一體化模塊式設計，既能驅動和控制LED標牌的發(fā)光，也整合了多路數據的采集和遙測遙控功能，這樣就可對標牌的發(fā)光陣列進行更精細的監(jiān)測，比如對發(fā)光陣列組合的每個筆畫是否正常進行監(jiān)測以判定故障部位，也可以根據驅動通道的占用情況同時接入兩面以上的標牌或多臺航標燈器。該型號驅動及遙測控制器的特點具體如下：

（1）具有8個獨立的LED陣列驅動通道；

（2）可分別采集8個通道的電流值及1個通道的電壓值；

（3）可采集GPS位置信息；

（4）可感光控制電源通斷；

（5）可回傳常用遙測數據：位置、工作電壓、工作電流；

（6）可接受遙控指令：上報時間間隔、設備ID編號、燈亮度等；

（7）雙通道遠程通信，兩通道互為備份；

（8）過熱保護；

（9）密封防水。

該型驅動器支持DC12V～DC36V寬電壓幅值，每通道最大驅動電流3A，如橋涵標以交流電為供電電源則需通過電源轉換后接入，如以太陽能和蓄電池組合供電則可直接輸入電源接口。在市電供電情況下，其典型安裝方式如圖2-1所示，在標志間距合理情況下可通過電源引出線同時驅動多路標志。

3橋涵標的布設與遙測終端的安裝

3.1 橋涵標設置方案

以福建省閩江通海航道上的魁岐大橋為例，該橋橋區(qū)航道按內河2級通航標準維護，通航孔按單孔雙向通航1000T海輪標準設計，橋墩間距270m，通航孔凈空高度24.0m，凈空寬度181.0m，設計最高通航水位6.89m，其余橋孔均為非通航孔，禁止通航。按GB標準其橋涵標布設方案如圖3-1、圖3-2所示，通航孔左、右側標牌中間分別安裝紅、綠閃光航標燈，雙向通航標牌由LED陣列組成，夜間燈質為綠色定光，禁航孔標牌為黃底紅色“X”形，夜間燈質為紅色“X”形定光。

3.2 遙測控制柜安裝方案

橋梁兩側的橋涵標設置及安裝方式基本相同，發(fā)光標牌由市電經UPS在線方式供電，橋墩警示燈樁由太陽能電池獨立供電。橋梁單側標牌的驅動及遙測控制柜安裝方案如圖3-3所示，雙向通航標志及左右側航標燈可由同一個GKDY07型控制柜驅動發(fā)光并遙測，共占用驅動器的4個支路；魁岐大橋1號標牌距離其他標志較遠，為簡化施工布線作業(yè)可單獨安裝一個控制柜；魁岐大橋13號、15號標牌可共用一個控制柜，每個標牌占用4個通道分別驅動“X”形的4個筆畫，可用滿8個驅動通道。以上每個控制柜各使用一張SIM卡，采集的各通道數據通過GPRS/GSM公網回傳，從而實現橋涵標的遙測遙控。endprint

4多橋梁的橋涵標集控管理

4.1 常用的航標遙測系統

目前常用的航標遙測管理系統多以電子海圖疊加航標及其遙測數據的方式來實施監(jiān)控，如要查詢橋涵標工作情況只能輸入具體的航標名稱或編號來查找，其遙測管理和橋梁之間缺乏直接的關聯，因此隨著橋梁及其橋涵標數量的增多，系統對橋涵標的監(jiān)測和查詢常常需要熟練的專業(yè)人員輔助才能實現，這也給值班人員的培訓和應急判斷造成諸多不便，管理短板顯而易見。

4.2橋涵標集控管理系統

4.2.1 數據庫內容

針對橋涵標的管理特點，我們結合多橋梁條件下遙測終端的安裝使用，開發(fā)了橋涵標集控管理系統，以提高監(jiān)控和應急反應的及時性和便利性。該系統所構建的橋涵標管理數據庫內容包括：

（1）用戶（操作）權限：用戶名、密碼、類別、權限；

（2）操作行為日志（時間、用戶ID、動作）；

（3）報警表（實時和歷史報警數據）；

（4）橋涵標標牌顯示筆畫或燈器與控制器編碼關系表；

（5）水文采集數據表（流速、流向和凈空高）

（6）氣象采集數據表（風速、風向、溫度和濕度）；

（7）助航標志表（航標編碼、經緯度、坐標）；

（8）控制器信息表（控制器IP、電話號碼、工作狀態(tài)）、實時/歷史；

（9）航標類型表（單向、雙向、禁航、橋柱等）；

（10）橋梁信息表（省、市、橋梁名稱、通航孔寬度、凈空高）。

4.2.2 系統功能特點

如圖4-1所示，以已完成工程建設并入網的7座橋梁為例，該系統主要實現了幾大功能：

（1）平臺以橋梁為管理對象，增加了對橋梁通航數據的管理，達到多橋梁聯網管理目的；

（2）每座橋梁所附屬的橋涵標工作狀態(tài)以平面圖或實景圖顯示如圖4-2，易于識別，監(jiān)控管理操作簡便；

（3）接入數據庫的橋涵標遇有故障將予以及時報警；

（4）可通過傳感器采集橋區(qū)水文氣象及凈空高等助航數據，為改善橋區(qū)通航環(huán)境拓展助航信息服務內容。

（5）根據管理單位需要，橋梁和對應的橋涵標數據庫可不斷新增與擴充，達到實時監(jiān)控和集控管理目的。

5 結語

橋區(qū)水域的通航安全關系重大，橋涵標具有指引明晰、提前預示的助航作用，因此橋涵標的監(jiān)控管理應作為橋區(qū)通航安全的重點監(jiān)管范疇予以重視。由于在常用的航標遙測遙控管理平臺上僅將每座橋梁對應的橋涵標當作孤立的一座座普通航標來管理，難以直觀展示或識別一座橋梁標志的整體工作狀況，管理的針對性不強、局限性較為明顯。橋涵標集控管理模式可通過建立橋梁數據庫，在硬件上開發(fā)一種可采集多路數據的橋涵標遙測終端，降低了工程成本，并能更準確地監(jiān)測橋涵標標牌的局部（如：筆畫）故障；在軟件上開發(fā)了橋涵標集控管理系統平臺，將橋梁數據及其對應的橋涵標遙測數據實行聯網管理，可直觀監(jiān)控每座橋梁所對應的橋涵標工作狀態(tài)。這種管理模式操作便捷，工作狀態(tài)直觀明了，故障報警及時，可不斷擴充需監(jiān)測的橋梁及橋涵標數量，而且橋涵標遙測終端的布設成本低，易于實現集約式監(jiān)測橋涵標工作狀態(tài)，保障橋區(qū)水域通航安全的。

對于已經完成橋涵標建設但尚未實現遙測功能的橋梁，在并入集控管理平臺時，為避免大規(guī)模更換標牌或燈器的驅動設備而增加改造成本，可在保持原設備不變情況下，開發(fā)一種外置式多路數據采集與回傳的遙測終端，并簡化遙測型GKDY07驅動器中所附帶的燈器驅動功能，達到降低改造成本并實現集控管理的目的，這也是我們進一步在做的工作。

參考文獻：

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