船闸防碰撞工程可行性技术探讨

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×××××（单位） ××（省）摘要：××××××（小5号宋体）关键词：（5号宋体） （正文）（5号宋体） 1 ×××××× 1.1 ××××××× 1.1.1 ××××××× 2 ×××××× 2.1 ××××× 2.1.1××××××

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船闸智能防碰撞探测系统技术探讨

一、 研究目的、意义及国内外概况 1.1 研究目的、意义

船闸是保证船舶集中顺利通过航道上水位落差的厢形水工建筑物。作为船闸中最常见的一种金属结构，闸门通常设置在船闸上、下闸首，具有开启或关闭船闸，通过船只的作用。

近年来，水路运输以其低碳环保、运输成本低等特点，正迅速朝着大型化、专业化、高速化方向发展，船舶吨位和船型都在不断增加，船舶实际通行量也在逐年增加，使得船闸的运行频率也不断加大。

图1 船舶过闸图

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图2 船舶撞击人字门图

然而，在内河航道船闸繁忙的运营管理中，船闸设备碰撞事故，尤其是船舶撞击人字门事故时有发生，对船闸的安全运行构成了严重威胁。

尽管严重的闸门碰撞事故概率不大，但一旦发生，经济损失、社会影响极大，船闸可能变形或受损，过闸通行受阻；碰撞的船舶则可能受破坏，船员生命受到威胁。如2008年4月4日，长洲水利枢纽1#船闸发生闸门碰撞事故，一艘船只过闸时撞上1#船闸上闸首右边人字门，导致被撞闸门的数根背拉杆变形，人字门钢护弦凹陷。事故发生后，1#船闸被迫退出运行，直至5月15日才修复闸门后，恢复运行，修复时间长达41天。

船闸一旦发生碰撞，将不仅仅是简单的维修和赔偿问题。碰撞导致的船闸停航和发生大量船舶滞航会引发一系列的重大社会生产和稳定问题，致使依靠水运生存的生产企业产销受限、船公司运输活动受阻、船舶滞留区域治安和消防隐患形势严峻。不但给沿江依靠水运发展的企业带来巨大的经济损失，还需要船闸所有人、政府和海事、港航交通部门动用大量的人力、物力、财力来协调、应对、处置由此带来的负面影响，甚至启动应急预案。因此，因尽可能地降低船闸碰撞事故概率，基于此，有必要对船闸智能防碰撞探测技术进行研究和推广。

1.2 国内外概况

现有的船闸进出闸防碰撞监控，通常都采用人工肉眼观察、摄像机监视等手段实现，一方面存在角度偏差，导致人工判断结果失误；另一方面当船舶位置越位时，无法实时告警，不能提醒船舶及时退回，船舶仍以一定速度驶向人字门。这样就会造成严重事故和预想不到的后果。

除传统视频监控手段外，国内外船闸通常采用设置船闸防撞装置的方式。船闸防撞装置的工作原理是：通过设置缓冲器来吸收船舶动

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能，实现船舶制动。目前，国内外已有的各种防撞装置，按与船舶直接碰撞的构件形式不同可划分为柔性拦索(不同规格的钢丝绳)与刚性梁两大类。

（1）柔性拦索防撞装置

该装置的防撞原理是将船舶运动的动能转化为提升重物的势能，达到制动船舶的目的。此结构形式中较有代表性的一种是，拦索横跨于人字门前的闸室中，拦索两端通过滑轮分别与重物相连，重块悬挂于闸室两边的深坑中。当船舶与拦索相撞后，拦索张紧并提起两端的重块，直至提升重块的势能增加到全部消耗掉船舶运动的动能，则船舶停止。但这种方式并不适用于排水量较大的船舶。

葛洲坝船闸解决这一问题的方案为设置缆索型缓冲器来吸收船舶动能，实现船舶制动。其防撞原理是利用液压缓冲器来吸收船舶动能。但终究是事后的亡羊补牢，并不是事前的防患于未然。而且缆索的拦截系统有两根主拦船钢丝绳，与液压制动系统的制动油缸活塞杆相连，需对液压系统进行特殊设计，当拉力足够大时，还有可能将液压活塞杆拉出来。

（2）刚性梁防撞装置

①带缓冲装置的平衡杆式。平衡杆由抗扭矩形空心梁组成，两端可在枢轴上转动。当船舶撞上平衡杆时，通过上连杆作用于弹性缓冲件上，吸收船舶动能，由于此结构有抗扭特性，梁受任何形状的船艏撞击时，均可保证缓冲装置均匀地发挥作用。

②柱形梁加液压缓冲器。闸室两侧分别设置一个与门龛相连、且和闸室轴线垂直的导槽，横跨闸室的柱形梁安放在槽内，该梁两端呈矩形、中段为圆形断面，梁外侧用弹性材料镶面。两边门龛内，相对梁的两端设置支承悬臂，悬臂端与铰接于支座上的液压缓冲器相连。当船舶驶入闸室撞击到防护梁时，支承悬臂受到梁端传来的力而使悬臂产生一定角度的倾斜，压向液压缓冲器，从而阻止船舶的运动。撞

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击载荷卸除后，在液压缓冲器作用下，防护梁又回复到原来位置。

刚性梁类装置操作方便、经济简单，但防撞能力也比较弱。 总而言之，采用柔性拦索或刚性梁等防撞装置，终究是事后的亡羊补牢，并不是事前的防患于未然。而对船舶过闸进行智能探测与预警，则有利于消除隐患，主动预防事故发生，而不是仅仅是被动地减小事故严重程度。

二、 前期科研（开发）工作情况、现有基础和条件

（1）有较成熟的探测技术供利用

本项目可能被选用的探测技术将有主动红外、主动红外报警系统由主动红外探测器和报警器两个基本部分组成，辅以相应管理软件，联动显示，报警打印等。主动红外是指报警探测器本身发射红外线束，由发射端和接收端两部分组成。根据工作距离一般分为双光束和四光束两种。工作时，发射端发出红外光，与它相对的接收端收到红外光书以后即出于警戒状态。当光束全部被遮挡时，探测器接收端即发出报警信号给报警主机。主机接收到信号后发出声光报警信号，同时输出报警联动信号驱动相关设备动作。

此外，光幕传感器目前在工业生产中应用广泛。多束平行的红外光线形成了一面像电影荧幕一样的保护墙，一旦触及就会停止工作。其基本原理是：当保护区域内无侵入物体时，传感器的接收器处于受光状态。当有物体（不小于最小可检测体或者分辨率）侵入保护区域时被保护设备受控，处于强制停顿状态。当侵入物体撤出保护区域后，光幕传感器将返回初始状态，设备将继续工作。在安全光幕传感器开机进入工作状态后，使用直径为最小检测体尺寸的测试棒分别按顺时针和逆时针方向在保护区域内做平移运动，受控设备应无法工作。

（2）船闸控制系统已广泛应用

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船闸控制系统采用集中控制与现地控制相结合的方式，通过PLC、现场总线和工业以太网交换机，辅以信号灯、广播、摄像机等设施，对船闸过闸进行控制。该系统在国内大多数船闸中已经使用，在船闸过闸过程中，发挥着重要作用。

本项目充分借鉴红外光幕传感器等技术在工业生产中的应用经验，在防碰撞探测系统检测出船舶与闸门的相对位置之后，将与船闸控制系统进行联动，并通过信号灯、广播等对船员进行告警，从而能针对船闸过闸的具体流程，开发出适用于船闸安全过闸的智能防碰撞探测系统。

三、 项目实施方案 3.1 项目实施总体方案

船闸智能防碰撞系统包括光幕探测、信息处理及预警系统。开发出来的该系统，将是一套整合传感技术、分布式信息处理技术、视频监控系统、工业控制技术，包含底层数据到顶层应用软件的成套解决方案。

在船闸两侧闸墙上选择适当位置，布设两到三组光幕探测器，一侧为发送器，另一侧为接收器。当船舶到达该位置时，光幕探测器能自动感知，并将信息发送给船闸控制中心，由控制中心根据进闸或出闸流程，结合船闸控制系统数据分析处理，通过船闸广播、信号灯等设备进行船只行驶控制，提醒船员进行相应的减速停船等处理。

系统总体框架采用分布式架构和模块化设计，保障信息的采集、传输和处理安全可控，具有可配置性、扩展性、兼容性和持续升级能力。可实现实时预警、报警服务、远程传输、应急响应，并可根据需要拓展信息发布平台等一系列功能。 3.2技术路线

本项目技术路线主要为：先通过项目调研，并进行相关资料文献的搜集和整理，进行系统架构的优化研究和过闸状态识别与预警分析，并经试验后，将试验结果反馈，进一步优化系统架构与过闸状态

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识别预警，最后进行成果整理和鉴定。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/bc47.html