东海航海保障中心为嘉绍大桥强涌潮水域安全风险智能监测预警提供解决方案

　　一、总体介绍

　　嘉绍大桥是国家高速网嘉荫至南平关键枢纽、浙江省公路网核心通道，全长10.137公里，主桥为世界最长最宽六塔斜拉桥，采用双向八车道标准，设计时速100公里。2013年通车以来，日均车流量超5万辆次，桥区日均通航船舶超200艘次，是长三角水陆交通重要动脉。

　　大桥地处钱塘江强涌潮核心区，水文条件极端复杂，河床局部年际冲淤超8米。近年河口整体淤积致1#、2#北副通航孔完全失效，主航道深泓线持续南移、水深恶化，叠加船舶大型化、通航密度大等因素，桥区偏航、搁浅、撞桥风险攀升，传统人工巡查、被动防撞的管控模式已难满足安全需求。

　　为破解这一行业难题，浙江嘉绍跨江大桥投资发展有限公司牵头，联合浙江省交通运输科学研究院、浙江省水利河口研究院、交通运输部东海航海保障中心宁波航标处、中交上海航道勘察设计研究院有限公司，于2024年7月正式启动 “强涌潮水域通航安全智能预警与管控技术研究” 项目。其中，东海航海保障中心宁波航标处作为核心参与单位，积极开展强涌潮水域安全风险智能监测预警体系研究，为嘉绍大桥安全风险防范提供了专业解决方案。

　　二、主要做法

　　东海航海保障中心宁波航标处以嘉绍大桥桥区水域为试点，围绕强涌潮环境下通航安全监测预警的特殊需求，重点从全要素感知网络构建、多场景智能预警体系研发、多源数据融合算法优化、多渠道预警发布机制建设四个方面开展工作，形成了一套适配强涌潮水域的智能监测预警解决方案。

　　(一)构建水上水下全要素动态感知网络

　　针对强涌潮水域环境恶劣、目标识别难度大、单一传感器可靠性不足的问题，项目整合多功能航标、岸基雷达、北斗高精度定位、船舶自动识别系统、超视距视频等前端感知设备，构建了 “天基-岸基-水上”一体化的全要素动态感知网络。

　　在感知设备布设方面，在桥区水域实时监测风速、风向、能见度、雨量、温湿度、气压、流速流向等水文气象参数;布设1套岸基雷达，实现对桥区水域3公里范围内所有船舶目标的主动探测，有效解决了船舶未安装或恶意关闭船舶自动识别系统导致的监管盲区问题;布设6套高清智能监控摄像头及1套电子围栏系统，配备自动追踪功能，可对风险船舶进行全程锁定追踪。

　　在感知技术融合方面，重点突破雷达与船舶自动识别系统信息融合技术，实现雷达主动探测目标与船舶身份信息的匹配关联，有效滤除海浪、岸线等干扰信号，提升目标识别准确率和完整性。同时采用星地协同感知技术，融合北斗三号、岸基雷达等多源数据，通过卡尔曼滤波算法融合数据，解决强涌潮下船舶摇摆剧烈、单一传感器精度低、信号易丢失的难题，实现船舶厘米级实时定位与横摇、纵摇、航向等姿态参数的精准感知。

　　(二)打造四大核心智能预警场景

　　基于全要素感知网络采集的实时数据，结合通航安全风险评估模型和水情数学预报模型，项目构建了水情预警、通航环境预警、偏航搁浅预警、桥梁防撞预警四大核心预警场景，实现对各类通航风险的精准识别和分级预警。

　　水情预警：集成高精度强涌潮水情数学预报模型，可实现桥区水域未来72小时潮位、潮流、流向、涌潮到达时间等水文要素的逐时预报。针对风速、流速、潮差等关键水文气象要素设置三级预警阈值，当监测数据或预报数据超过阈值时，系统自动生成预警信息，并通过北斗短报文、船舶自动识别系统广播等方式向过往船舶和管理部门播发，提前1小时发布水情预警。

　　通航环境预警：结合船舶交通流量、通航调度计划和自然条件，开发通航环境预警分析算法，实时监测桥区水域船舶通航密度，当船舶流量接近或超过航道通行能力时，提前发布航道拥挤预警;同时，针对大风、大雾、暴雨等恶劣天气，及时发布交通管制预警，引导船舶合理安排航行计划。

　　偏航搁浅预警：根据最新水深测绘数据，在电子海图上精准标注航道浅段、急流区、转弯段等危险区域，设置电子围栏。系统实时对比船舶实际航行轨迹与推荐航路，计算偏航距离和趋势，当船舶偏离推荐航路超过安全阈值时，向船舶驾驶员和管理部门同时发出双向预警提醒，有效降低船舶搁浅风险。

　　桥梁防撞预警：这是本体系的核心功能。项目在桥区水域设置三层递进式电子围栏：外层为预警区(距桥梁2000米)，中层为警戒区(距桥梁1000米)，内层为禁航区(非通航孔区域)。根据船舶吨位、航速、航向与桥梁的距离划分风险等级，采取差异化预警干预措施。当船舶进入预警区时，系统通过船舶自动识别系统短报文向船舶发送安全提醒;当船舶进入警戒区且有碰撞趋势时，系统自动触发甚高频语音广播、智能声光报警，同时联动高清摄像头对船舶进行全程跟踪录像;当船舶闯入禁航区或存在严重碰撞风险时，系统立即向海事VTS中心发送报警信息，由海事部门实施强制干预，最大限度避免船撞桥事故发生。

　　(三)研发多源数据融合与智能预警算法

　　为提升预警的准确性和时效性，东海航海保障中心技术人员研发了一系列适配强涌潮水域的智能算法。基于卡尔曼滤波算法，实现了北斗、雷达、船舶自动识别系统、视频等多源感知数据的高效融合，有效提高了船舶定位和轨迹预测的精度。开发了船舶轨迹预测算法，结合历史航行数据和实时水文气象条件，可提前15分钟预测船舶未来航行轨迹，为预警处置预留充足时间。

　　同时，引入自适应风险评估方法，综合考虑自然环境、航道条件、船舶特性等多方面因素，动态调整预警阈值，避免因水文条件变化导致的误预警和漏预警。系统还具备自学习能力，能够根据历史预警数据和事故案例，不断优化预警模型参数，持续提升预警性能。

　　(四)建立多渠道预警发布与闭环处置机制

　　建立了“管理端-船端-移动端”三位一体的多渠道预警发布体系，确保预警信息能够快速、准确、全面地传递给相关人员。预警信息可通过系统大屏、手机 APP、短信、甚高频广播、船舶自动识别系统短报文、智能声光设备等多种渠道同步推送。

　　系统支持多用户分级权限管理，海事管理部门、桥梁运营单位、船舶驾驶员可通过不同终端访问平台，获取对应的安全信息服务。同时，建立了预警信息闭环处置机制，对每一条预警信息的发布、接收、处置、反馈全过程进行跟踪记录，实现“预警-处置-评估-优化”的闭环管理，确保预警信息能够得到有效落实。

　　此外，本体系还与项目整体的数字孪生一体化管控平台实现了深度对接，将感知数据、预警信息和模型计算结果实时同步至数字孪生平台，在三维可视化场景中直观展示桥区通航态势，为管理人员提供 “一图统览、一键管控”的决策支持。

　　三、预期成效

　　本项目建成后，预计将优化嘉绍大桥桥区水域传统的通航安全管理模式，显著提升强涌潮水域通航安全保障能力，取得良好的安全效益、管理效益和社会效益。

　　在安全效益方面，通过全要素动态感知网络与智能预警体系的建设，实现对桥区通航风险的全天候、全覆盖监测。系统可提前1小时发布水情预警，提前15分钟识别船舶偏航与撞桥风险，预警准确率预计达到95%以上。预计可将桥区船舶偏航、搁浅事故发生率降低80%以上，船撞桥事故风险降低90%以上，从根本上扭转强涌潮水域通航安全管理的被动局面，极大提升桥区水域的本质安全水平。

　　在管理效益方面，推动管理实现三个转变：从“人工巡查为主”转向“智能监测为主”，降低管理强度、提高监管效率;从“经验判断”转向“数据驱动”，为安全决策提供科学支撑;从“事后处置”转向“事前预防、事中管控”，将风险消除在萌芽状态。

　　在社会效益方面，本研究形成的强涌潮水域安全风险智能监测预警技术体系，具有较强的针对性和适用性，可复制、可推广。项目成果不仅能够保障嘉绍大桥桥区水域的通航安全，还可为我国其他强潮河口、海湾水域的通航安全保障提供技术借鉴和示范引领，为建设交通强国、构建现代化综合交通运输体系贡献力量。