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摘要：中国建造特大桥的水平提高，研究人员对主动防撞设施的关注度低，船桥相撞事故仍在不断发生。随着科技水平的提高，本文提出一个新型双向交互式智能防撞系统，该防撞系统顺应人工智能与智能交通的发展，比普通的防撞预警系统更安全有效，能够进一步做到“三不坏”防撞原则，并具有可持续开发性。
关键词：桥梁防撞；人工智能；双向交互式
随着我国交通事业的发展，特大桥的设计与施工水平逐渐完善，截止到2017年末，长江大桥数量已增至135座，跨海大桥也已达到30余座。特大桥工程投资数额巨大，社会效益高，桥梁交通阻断造成的社会损失极大，因此桥梁安全显得尤为重要，船舶撞击桥墩便是对桥梁安全威胁最大的因素之一。本文以特大桥的防撞提出一种实际可行的新型双向交互式桥梁智能防撞系统，该防撞系统顺应人工智能与智能交通的发展，比普通的防撞预警系统更安全有效，能够进一步做到“三不坏”防撞原则，并具有可持续开发性。
1、桥梁防撞设施研究与发展
综合分析近二十年的船舶撞击桥梁事故，造成船撞桥事故的因素很多，主要有人为操作失误，船舶操作失控，不利的通航条件等因素。以往的桥梁防撞设施大致分为主动防撞设施和被动防撞设施两大类。由于船舶撞击桥梁实验实际操作困难，成本高，设备局限性大，国内外学者对船桥相撞的实验研究较少，多数都是基于理论分析与有限元模拟来进行研究。然而在实际应用中，被动防撞设施居多，但被动防撞设施普遍造价高、保养费用高、维修费用高，而主动防撞设施（除一些警示标识外）采用率不高，研究人员对此关注度也较低。
2、双向交互式桥梁智能防撞系统
双向交互式桥梁智能防撞系统主要分为两部分，一是系统主计算机，负责接收与处理数据的装置，二是各信息采集设备，包括大型船舶配备的计算机装置、监测小型船舶航行的摄像机群及负责采集水流流速与风速的设备。系统运行时，各个信息采集设备将采集到的数据传输给系统主计算机，系统主计算机收到数据后，通过一些算法计算出各船舶最佳航线，再将大型船舶航行数据传输给船舶配备的计算机装置，将小型船舶航行路线通过显示屏提示小型船舶，提示各个船舶按照最佳航线航行，更好的规避撞击风险。
系统各部分组成及功能
（1）系统主计算机
系统主计算机是整个防撞系统的大脑，设置系统管理中心进行统一管理维护，负责接收各方传输的数据并采用特定算法进行快速准确的处理，并及时有效的将处理后的数据传回，安全有效地调度船舶航行。由于是整个防撞系统的核心，随着科技的发展，超级计算机发展完善后，为保证系统主计算机数据处理的准确率与数据的时效性，利用超级计算机的极强的计算能力和数据处理能力，可以更快速准确的计算出最佳调度方式。
（2）大型船舶计算机操作装置
一般大型船舶配备有计算机操作装置，并随时记录航行数据。当船舶进入主计算机调度水域，自动将航行数据发送给系统主计算机，系统主计算机在计算得出最佳航线及预警等级后，将数据传回船舶计算机，船舶驾驶人员按传回数据驾驶船舶航行。未来技术发展成熟后，有条件的船舶可配备智能操作装置，船舶进入系统主计算机调度水域便与系统主计算机联机，由主计算机控制船舶航行，更好更及时应对突发状况，更有效确保船舶、人员与桥梁的安全。
（3）摄像机群
内河航道有众多小型船舶由于成本原因，不能配备相应的计算机操作装置，该系统为了适应内河航道，在通航桥墩附近布置摄像机群采集小型船舶航行图像数据。摄像机群布置成三角形，这样既减少造价，又能有效避免由于大型船舶遮挡漏掉部分小型船舶航行数据。
（4）水流流速及风速监测装置
水流流速及风速会影响船舶航行，系统主计算机计算最佳航线要考虑水流流速及风速，这样就有了布置水流流速及风速监测装置的必要性。当风速及水流流速突然变化时，该监测装置能及时将数据传输给系统主计算机，便于及时应对，提升了该系统的安全保障性能。
（5）信息显示屏
显示屏用于提示小型船舶危险预警等级及航行路线。为了通航安全，确保显示屏的可视性，在通航桥墩处安装主显示屏，在江河两岸合适位置或者跨海大桥非通航桥墩合适位置安装副显示屏，避免出现可视盲区，影响通航安全。
船舶航行至通航桥墩附近，摄像机群采集小型船舶航行图像数据，大型船舶计算机操作装置记录航行数据，水流流速及风速监测装置监测水流流速与风速数据，这些数据每隔五秒钟传输给系统主计算机一次，系统主计算机负责处理数据，生成各船舶最佳航线数据，并将数据传输给大型船舶计算机操作装置和显示屏，指引各船舶顺利通过。船舶航行中，小型船舶按显示屏指示正常航行，若船舶驾驶人员操作失误造成撞桥事故，由于撞击力小，被动防撞设施足以抵御。而大型船舶行至桥梁附近，根据该防撞系统的指示，船桥撞击概率极大降低，进一步实现“三不坏”防撞原则。
3、双向交互式桥梁智能防撞系统可持续开发性
21世纪以来，智能交通系统发展日趋完善。国际贸易的发展导致海上航运的需求越来越多，发展一种效率高、对环境友好、能源节约并且安全有效的海上智能交通系统愈发必要与紧迫。航运的发展与海上智能交通的发展能填补本文该系统所需的部分硬件与软件，进一步降低本文系统造价，增强本文系统市场竞争力与可靠度。
另外，信息社会时代，社会各行业都需要计算机来辅助，随着人工智能的发展，各行业都在与人工智能主动接轨，计算机不但能完成这种繁重的科学和工程计算，而且能够比人脑做得更快、更准确。交通行业有大量数据需要计算机处理，并且计算机可以在处理大量数据的同时，从数据中学习经验，总结经验，从而帮助人类更好的规划规避撞击风险的措施。
4、总结
中国建造特大桥的水平提高，防撞研究在我国开展了三十余年，研究人员对主动防撞设施的关注度较低，船桥相撞事故仍在不断发生。本文提出的双向交互式智能防撞系统顺应人工智能与智能交通的发展，数据采集与数据处理分离开来，数据信息双向交互传输，能够进一步做到“三不坏”防撞原则，并具有可持续开发性。随着防撞理论的研究与防撞系统的开发，该系统会在防撞领域中应用更加广泛，社会效益更高。
参考文献：
[1]夏飞. （2008）. 桥梁防撞系统的发展. 中国水运：理论版， 6（1）， 70-71.
[2]张慧哲， 陈洪， & 周良. （2011）. 基于视频监控技术的桥梁防撞系统. 上海交通大学学报（s1）， 93-96.
[3]陈国虞. （2000）. 防御船撞橋装置的历史和新发展——“三不坏”桥墩防撞装置. “力学2000”学术大会论文集.
关键词：桥梁防撞；人工智能；双向交互式
随着我国交通事业的发展，特大桥的设计与施工水平逐渐完善，截止到2017年末，长江大桥数量已增至135座，跨海大桥也已达到30余座。特大桥工程投资数额巨大，社会效益高，桥梁交通阻断造成的社会损失极大，因此桥梁安全显得尤为重要，船舶撞击桥墩便是对桥梁安全威胁最大的因素之一。本文以特大桥的防撞提出一种实际可行的新型双向交互式桥梁智能防撞系统，该防撞系统顺应人工智能与智能交通的发展，比普通的防撞预警系统更安全有效，能够进一步做到“三不坏”防撞原则，并具有可持续开发性。
1、桥梁防撞设施研究与发展
综合分析近二十年的船舶撞击桥梁事故，造成船撞桥事故的因素很多，主要有人为操作失误，船舶操作失控，不利的通航条件等因素。以往的桥梁防撞设施大致分为主动防撞设施和被动防撞设施两大类。由于船舶撞击桥梁实验实际操作困难，成本高，设备局限性大，国内外学者对船桥相撞的实验研究较少，多数都是基于理论分析与有限元模拟来进行研究。然而在实际应用中，被动防撞设施居多，但被动防撞设施普遍造价高、保养费用高、维修费用高，而主动防撞设施（除一些警示标识外）采用率不高，研究人员对此关注度也较低。
2、双向交互式桥梁智能防撞系统
双向交互式桥梁智能防撞系统主要分为两部分，一是系统主计算机，负责接收与处理数据的装置，二是各信息采集设备，包括大型船舶配备的计算机装置、监测小型船舶航行的摄像机群及负责采集水流流速与风速的设备。系统运行时，各个信息采集设备将采集到的数据传输给系统主计算机，系统主计算机收到数据后，通过一些算法计算出各船舶最佳航线，再将大型船舶航行数据传输给船舶配备的计算机装置，将小型船舶航行路线通过显示屏提示小型船舶，提示各个船舶按照最佳航线航行，更好的规避撞击风险。
系统各部分组成及功能
（1）系统主计算机
系统主计算机是整个防撞系统的大脑，设置系统管理中心进行统一管理维护，负责接收各方传输的数据并采用特定算法进行快速准确的处理，并及时有效的将处理后的数据传回，安全有效地调度船舶航行。由于是整个防撞系统的核心，随着科技的发展，超级计算机发展完善后，为保证系统主计算机数据处理的准确率与数据的时效性，利用超级计算机的极强的计算能力和数据处理能力，可以更快速准确的计算出最佳调度方式。
（2）大型船舶计算机操作装置
一般大型船舶配备有计算机操作装置，并随时记录航行数据。当船舶进入主计算机调度水域，自动将航行数据发送给系统主计算机，系统主计算机在计算得出最佳航线及预警等级后，将数据传回船舶计算机，船舶驾驶人员按传回数据驾驶船舶航行。未来技术发展成熟后，有条件的船舶可配备智能操作装置，船舶进入系统主计算机调度水域便与系统主计算机联机，由主计算机控制船舶航行，更好更及时应对突发状况，更有效确保船舶、人员与桥梁的安全。
（3）摄像机群
内河航道有众多小型船舶由于成本原因，不能配备相应的计算机操作装置，该系统为了适应内河航道，在通航桥墩附近布置摄像机群采集小型船舶航行图像数据。摄像机群布置成三角形，这样既减少造价，又能有效避免由于大型船舶遮挡漏掉部分小型船舶航行数据。
（4）水流流速及风速监测装置
水流流速及风速会影响船舶航行，系统主计算机计算最佳航线要考虑水流流速及风速，这样就有了布置水流流速及风速监测装置的必要性。当风速及水流流速突然变化时，该监测装置能及时将数据传输给系统主计算机，便于及时应对，提升了该系统的安全保障性能。
（5）信息显示屏
显示屏用于提示小型船舶危险预警等级及航行路线。为了通航安全，确保显示屏的可视性，在通航桥墩处安装主显示屏，在江河两岸合适位置或者跨海大桥非通航桥墩合适位置安装副显示屏，避免出现可视盲区，影响通航安全。
船舶航行至通航桥墩附近，摄像机群采集小型船舶航行图像数据，大型船舶计算机操作装置记录航行数据，水流流速及风速监测装置监测水流流速与风速数据，这些数据每隔五秒钟传输给系统主计算机一次，系统主计算机负责处理数据，生成各船舶最佳航线数据，并将数据传输给大型船舶计算机操作装置和显示屏，指引各船舶顺利通过。船舶航行中，小型船舶按显示屏指示正常航行，若船舶驾驶人员操作失误造成撞桥事故，由于撞击力小，被动防撞设施足以抵御。而大型船舶行至桥梁附近，根据该防撞系统的指示，船桥撞击概率极大降低，进一步实现“三不坏”防撞原则。
3、双向交互式桥梁智能防撞系统可持续开发性
21世纪以来，智能交通系统发展日趋完善。国际贸易的发展导致海上航运的需求越来越多，发展一种效率高、对环境友好、能源节约并且安全有效的海上智能交通系统愈发必要与紧迫。航运的发展与海上智能交通的发展能填补本文该系统所需的部分硬件与软件，进一步降低本文系统造价，增强本文系统市场竞争力与可靠度。
另外，信息社会时代，社会各行业都需要计算机来辅助，随着人工智能的发展，各行业都在与人工智能主动接轨，计算机不但能完成这种繁重的科学和工程计算，而且能够比人脑做得更快、更准确。交通行业有大量数据需要计算机处理，并且计算机可以在处理大量数据的同时，从数据中学习经验，总结经验，从而帮助人类更好的规划规避撞击风险的措施。
4、总结
中国建造特大桥的水平提高，防撞研究在我国开展了三十余年，研究人员对主动防撞设施的关注度较低，船桥相撞事故仍在不断发生。本文提出的双向交互式智能防撞系统顺应人工智能与智能交通的发展，数据采集与数据处理分离开来，数据信息双向交互传输，能够进一步做到“三不坏”防撞原则，并具有可持续开发性。随着防撞理论的研究与防撞系统的开发，该系统会在防撞领域中应用更加广泛，社会效益更高。
参考文献：
[1]夏飞. （2008）. 桥梁防撞系统的发展. 中国水运：理论版， 6（1）， 70-71.
[2]张慧哲， 陈洪， & 周良. （2011）. 基于视频监控技术的桥梁防撞系统. 上海交通大学学报（s1）， 93-96.
[3]陈国虞. （2000）. 防御船撞橋装置的历史和新发展——“三不坏”桥墩防撞装置. “力学2000”学术大会论文集.