[发明专利]一种考虑船舶尺度的船撞桥危险度计算方法

说明书

本发明公开了一种考虑船舶尺度的船撞桥危险度计算方法，通过建立平面直角坐标系，根据桥区航道警戒范围采用墨卡托投影法对桥梁和船舶地理位置进行直角坐标转换，设计了船舶沿航道方向在桥梁轴线上投影的方法，利用投影点距离桥墩中心点距离构建船撞桥的危险度算法。该算法充分考虑到船舶尺寸对船撞桥危险度的影响，利用几何分析法从横向上得到船撞桥危险度区间，使算法更加符合实际情况，在高精度的船撞桥危险度的基础上，进一步提出船撞桥主动预警预测策略，通过上述预警策略，提高预警的精准性，提高系统的可靠性和实用性，保障桥梁和船舶的共同安全。

技术领域

本发明涉及桥梁防撞安全领域，尤其涉及一种考虑船舶尺度的船撞桥危险度计算方法。

背景技术

船撞桥危险度的计算之所以如此重要，就是因为我国船撞桥事故数量不断增加、跨越河海超大跨度桥梁不断发展、船撞桥的潜在风险越来越大，船撞桥事故不同于一般交通事故，一旦发生，往往会造成桥损船毁人亡、航道受阻、陆上交通中断和货物泄漏等严重后果，并且重建桥梁和疏通航道的费用十分惊人。在此背景下，桥梁主动防船撞预警系统应运而生，而船撞桥危险度及其核心算法是该系统能够发挥应用作用的关键，因为船撞桥危险度是触发预警设施和设备的主要指标，高精准度并符合实际情况的算法可以作为判断航经船舶按当时的航线撞上桥梁概率和可能性，基于上述的判断，采取主动干预措施，从而有效降低和控制人为因素在船撞桥事件发生的影响程度。

武汉长江大桥自1957年建成以来，发生了70起船撞桥事故，除了3次是超高撞梁外，其余67次均为桥墩撞击事件，其中直接经济损失超过百万的大事故超过10起。

上述事故的起因主要是船舶偏航，撞击桥梁，大部分情况是撞击桥墩，造成桥梁坍塌。在此之前，船撞桥危险度计算考虑较多的一方面是船与桥面在纵向上的碰撞，从人为因素、通航环境、管理因素、船舶因素等方面进行了分析，而船舶因素是从航向、通行量、船速、设备以及载重量考虑的；另一方面是从桥梁方面考虑船撞桥的风险，基于桥梁寿命以及通过研究桥梁年撞击频率和撞损概率等来分析船撞桥风险程度，这两个方面都没有考虑到船舶尺度对船撞桥危险度的影响，同时也缺乏了对船与桥墩碰撞的研究分析。

所以，迫切需要一个可以考虑船舶尺度，并从桥墩与船舶相对位置关系分析计算船撞桥危险度的算法，利用船舶航经桥区水域的几何分析法，考虑船舶尺度、桥墩布设、通航孔跨径、桥区航道与桥梁轴向法线夹角等因素，计算船撞桥危险度问题，发明了一种考虑船舶尺度(水线面截面)的船撞桥危险度算法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种考虑船舶尺度的船撞桥危险度计算方法，考虑船舶在平面上投影尺度的船撞桥危险度计算方法，克服现有技术的不足和缺陷。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种考虑船舶尺度的船撞桥危险度计算方法，所述计算方法包含以下步骤：

步骤一：以桥梁的主动防船撞预警范围进口方向外边界与桥区航道中心线的交点为原点O(0,0)、以航道进口方向为桥梁-船舶坐标系的纵轴正方向、以桥梁的主动防船撞预警范围进口方向为横轴的正方向，建立桥梁-船舶坐标系，船舶以及桥梁各位置点的经纬度坐标点(lat,lon)利用墨卡托投影法得到的坐标转换后的坐标(X,Y)；

步骤二：在桥梁-船舶坐标系上划分桥梁主动防船撞预警范围，通过船首线方向与X轴之间的夹角β，计算船舶最左端点D₁、最右端点D₂的横坐标；

步骤三：利用桥梁的两个桥墩A、B两点的位置坐标，设计出桥梁的函数表达式，将D₁的横坐标带入桥梁的函数表达式中，得出D₁在桥梁轴线上的投影点E₁的位置坐标；将D₂的横坐标带入桥梁的函数表达式中，得出D₂在桥梁轴线上的投影点E₂的位置坐标；将y＝0带入桥梁函数表达式中，得出航道中心线与桥梁的交点K点的坐标，并通过所述K点划分主动防船撞预警范围内四个行驶区；