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[摘 要]本文介绍了桥梁实时净高遥测遥控系统在广东省航道桥梁上的应用，该系统由桥梁上采集及显示设备和监控中心支撑软硬件两大部分组成。桥梁通航净高显示系统由水位计实时采集桥区航道水深，转换为航道水位和桥梁通航净高，并将桥梁通航净高通过安装在桥上的LED净高显示屏进行显示。净高显示屏安装于桥梁通航孔的上方，同时后台监控中心设置综合管理及应用软件，航道管理部门可以远程实时监测航道水位变化、桥梁通航净高动态，以及桥上凈高显示设备的运行情况；港航企业、船舶驾驶员则可通过“广东航道通”APP应用软件，随时随地使用手机等移动设备，获取全省桥梁通航净高系统已覆盖桥梁的通航净高信息、对应航道的航道水位信息、航道公告等重要信息。
[关键词]桥梁实时净高显示； 遥控遥测；监测平台
中图分类号：F270 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）28-0378-02
1 引言
当前广东省交通水运事业不断发展，广东省航道运输船舶日益增多、船舶吨位越来越大。同时，全省航道整治扩能升级工程的建设使得航道等级提升，原有航道上的净高尺度不达标的桥梁不断增多，对船舶安全航行造成了很大的隐患。港航企业追求经济效益的指标增长，对船舶配载、航线计划提出了新的要求，由此船舶驾驶员对航道实时的、持续性的水位和桥梁通航净高信息服务的需求越来越迫切，以降低船舶安全航行风险，提高航道部门服务社会的能力。
2 系统组成
桥梁实时净高遥测遥控LED显示标志由桥上2组LED显示屏（每侧一组），数据采集控制模块、无线传输模块、电源、后台管理平台各一套组成。桥梁通航净高显示系统由水位计实时采集桥区航道水深，转换为航道水位和桥梁通航净高，并将桥梁通航净高通过安装在桥上的LED净高显示屏进行显示。其中每组LED显示屏由高度受限显示屏、数字显示屏、字母显示屏以及背景幕、机架等组成。系统的总体拓扑结构（如图一）：
2.1 桥梁通航净高显示屏
桥梁通航净高显示屏由图案显示屏、数字显示屏和字母显示屏组成。净高显示屏支持功能包括：（1）采集实时数据，包括水深、电池电压、显示屏工作电压、显示单元电流、各模块通信状态等信息；（2）将水深换算成水位高程和桥梁通航净高值，驱动显示屏发光，在净高显示屏上显示即时的桥梁通航净高；（3）错误判断与自动关屏保护。当发生以下异常情况之一，桥上设备能自动判断并关闭显示屏，并向监控中心报警：净高值超出合理范围； 显示屏发光单元与要显示的数据不符；水深测量错误（两只水位计读数不一致、水深值突变等）；电池电压过低；重要模块通信失联；
2.2 电子水位计
使用高精度电子水位计采集航道水深数据，提供给控制模块转换为航道水位及桥梁通航净高数据。为规避电子水位计设备本身故障导致的采集数据不准确的情况，设计采用双水位计互相校验方式来保障所采集的水深数据的准确性。即每座桥梁安装两个一样的水位计同时工作，当两个水位计采集到的数据差值超过合理范围时，证明有一个或两个水位计工作异常，将提醒后台监控中心，及时进行人工恢复。
2.3 供电系统
桥梁通航净高显示系统安装于桥梁的桥涵位置，净高显示屏，水位计及其它附属设备均采用了超低功耗设备。基于对于绝大多数桥梁而言，都难以取市电作为系统电源供电。因此桥梁净高显示系统设计使用太阳能蓄电池作为供电系统，同时确保在广东省内最长22天连续阴雨天的情况下系统能正常供电。
2.4 通讯系统
桥梁通航净高显示系统安装于桥梁的桥涵位置，大部分桥梁都难以通过有线方式与后台监控中心进行数据传输。同时，系统需传输的均是标准化的航道水深、水位和桥梁通航净高数据，数据量极小，使用移动运营商的无线通讯链路即可满足使用要求。因此，桥梁净高显示系统设计使用手机无线网络将采集到的上述数据向监控中心传输，同时将监控中心的操作指令传输给现场的系统控制模块。
2.5 桥梁通航净高监控管理软件
桥梁通航净高综合管理软件实现对前端设备采集回传数据的基于电子航道图的统一展示，主要实现航道桥梁通航净高的动态监测、航道水位数据动态监测、历史数据统计分析、航道外场显示系统设备的监控等功能。
（1）桥梁通航净高与水位动态监测
支持图形化地显示桥梁的位置，实时显示各个桥梁的通航净高数据；支持查看所有监测点的最新净高数据或单个监测点指定时间段内的所有净高数据（如图二）。支持图形化地显示桥梁的位置，实时显示各个桥梁位置航道的水位；支持查看所有监测点的最新水位数据或单个监测点指定时间段内的所有水位数据。
（2）航道外场显示系统设备监控
支持对蓄电池电压、显示屏工作电压、显示单元电流等工作状态信息的监控，以及对外场指定显示屏的远程控制（如图三）。
3 系统主要性能指标
实时净高值（H）计算：对压力式水位计，H值的计算图如图7，H的计算式如：
H——实时净高值，m；精确到0.1m；
H0——压力式水位计传感器至通航净空上底的垂直距离，m；精确到0.01m；通航净空上底的实际位置，符合GB 50139的规定。
h——实时水位值，m；精确到0.01m；
4 系统使用情况（表1）
桥梁实时净高显示标志具有以下几个特点：桥上现场显示、数字直观显示、显示内容含义清晰、可视距离远、显示值正确可靠、显示屏功耗低（太阳能供电），非常实用，完全满足船舶驾驶员驾船过桥需要。采用双水位计同址同时测量，1秒1次高频互相比对，杜绝水位采集环节出错；六种异常情况自动识别与自动关屏保护。有效杜绝实时净高显示错误现象，免除设备维护者管理责任。
2012年至2017年间，在广州局、东莞局、佛山局、粤东局等先后试用桥梁实时净高显示系统产品，从2012年7月测试的样机开始，最长的净高显示标志运行时间为5年多，最短的标志也使用了1年半时间，经历了广东的高温、湿热、台风、暴雨、雷暴、大雾、连续阴雨等各种恶劣天气，虽然发生过一些故障，进行过一些更新改造，但至今该12座桥的实时净高标志基本上都能正常工作并稳定运行。目前省局已组织相关技术人员及相关机构制定产品技术标准的制订工作。
5 调试结果与结论
目前广州局、东莞局、佛山局、粤东局在部分重点航段桥梁上加装了桥梁实时净高显示标志在运行过程中均能正确、稳定、有效监测水位变化、蓄电池电压电流异常、太阳能板充电异常。同时在遥测监控系统中可在线实时发送指令对终端进行设置，实现了桥梁实时净高显示远程遥控监测，并且运行稳定。由此可见，桥梁净高遥测遥控显示系统可以为船舶驾驶员对航道实时的、持续性的水位和桥梁通航净高信息服务，降低了船舶安全航行风险，提高航道部门服务社会的能力。为航道管理部门可以远程实时监测航道水位变化、桥梁通航净高动态，以及桥上净高显示设备的运行情况监管提供了便利，因此桥梁净高实时遥测遥控系统可在广东省航道桥梁上全面实施。
参考文献
[1] 谢兵平.遥控遥测技术在电力系统中的应用[J]，中小企业管理与科技（上旬刊），2010年01期.
[2] 黄燕.基于ARM架构的LED显示屏系统设计与实现[J]，东华理工大学，2012年07期.
[3] 李春茂 编著.LED结构原理与应用技术. 北京：机械工业出版社，2011年01月.
[4] 谢崇宝，黄斌.灌区水位测量记录设备及安装技术，《中国水利》，2003 （5） ：64-66.
[5] 王如政，杨庆风.航标遥测遥控系统关键技术的研究[D]，大连海事大学，2007年.
[6] 王学波，杨庆风.航标遥测遥控系统关键技术的研究[D]，大连海事大学，2007年.
第一作者简介
谢晓波，男，1984年出生，湖南人，工程师。主要从事航道通信技术等方面工作。
第二作者简介
杨万鸿， 男，1978年出生，江西人，工程师，高级技师。主要从事通信技术及电子硬件设计方面研究工作。
[关键词]桥梁实时净高显示； 遥控遥测；监测平台
中图分类号：F270 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）28-0378-02
1 引言
当前广东省交通水运事业不断发展，广东省航道运输船舶日益增多、船舶吨位越来越大。同时，全省航道整治扩能升级工程的建设使得航道等级提升，原有航道上的净高尺度不达标的桥梁不断增多，对船舶安全航行造成了很大的隐患。港航企业追求经济效益的指标增长，对船舶配载、航线计划提出了新的要求，由此船舶驾驶员对航道实时的、持续性的水位和桥梁通航净高信息服务的需求越来越迫切，以降低船舶安全航行风险，提高航道部门服务社会的能力。
2 系统组成
桥梁实时净高遥测遥控LED显示标志由桥上2组LED显示屏（每侧一组），数据采集控制模块、无线传输模块、电源、后台管理平台各一套组成。桥梁通航净高显示系统由水位计实时采集桥区航道水深，转换为航道水位和桥梁通航净高，并将桥梁通航净高通过安装在桥上的LED净高显示屏进行显示。其中每组LED显示屏由高度受限显示屏、数字显示屏、字母显示屏以及背景幕、机架等组成。系统的总体拓扑结构（如图一）：
2.1 桥梁通航净高显示屏
桥梁通航净高显示屏由图案显示屏、数字显示屏和字母显示屏组成。净高显示屏支持功能包括：（1）采集实时数据，包括水深、电池电压、显示屏工作电压、显示单元电流、各模块通信状态等信息；（2）将水深换算成水位高程和桥梁通航净高值，驱动显示屏发光，在净高显示屏上显示即时的桥梁通航净高；（3）错误判断与自动关屏保护。当发生以下异常情况之一，桥上设备能自动判断并关闭显示屏，并向监控中心报警：净高值超出合理范围； 显示屏发光单元与要显示的数据不符；水深测量错误（两只水位计读数不一致、水深值突变等）；电池电压过低；重要模块通信失联；
2.2 电子水位计
使用高精度电子水位计采集航道水深数据，提供给控制模块转换为航道水位及桥梁通航净高数据。为规避电子水位计设备本身故障导致的采集数据不准确的情况，设计采用双水位计互相校验方式来保障所采集的水深数据的准确性。即每座桥梁安装两个一样的水位计同时工作，当两个水位计采集到的数据差值超过合理范围时，证明有一个或两个水位计工作异常，将提醒后台监控中心，及时进行人工恢复。
2.3 供电系统
桥梁通航净高显示系统安装于桥梁的桥涵位置，净高显示屏，水位计及其它附属设备均采用了超低功耗设备。基于对于绝大多数桥梁而言，都难以取市电作为系统电源供电。因此桥梁净高显示系统设计使用太阳能蓄电池作为供电系统，同时确保在广东省内最长22天连续阴雨天的情况下系统能正常供电。
2.4 通讯系统
桥梁通航净高显示系统安装于桥梁的桥涵位置，大部分桥梁都难以通过有线方式与后台监控中心进行数据传输。同时，系统需传输的均是标准化的航道水深、水位和桥梁通航净高数据，数据量极小，使用移动运营商的无线通讯链路即可满足使用要求。因此，桥梁净高显示系统设计使用手机无线网络将采集到的上述数据向监控中心传输，同时将监控中心的操作指令传输给现场的系统控制模块。
2.5 桥梁通航净高监控管理软件
桥梁通航净高综合管理软件实现对前端设备采集回传数据的基于电子航道图的统一展示，主要实现航道桥梁通航净高的动态监测、航道水位数据动态监测、历史数据统计分析、航道外场显示系统设备的监控等功能。
（1）桥梁通航净高与水位动态监测
支持图形化地显示桥梁的位置，实时显示各个桥梁的通航净高数据；支持查看所有监测点的最新净高数据或单个监测点指定时间段内的所有净高数据（如图二）。支持图形化地显示桥梁的位置，实时显示各个桥梁位置航道的水位；支持查看所有监测点的最新水位数据或单个监测点指定时间段内的所有水位数据。
（2）航道外场显示系统设备监控
支持对蓄电池电压、显示屏工作电压、显示单元电流等工作状态信息的监控，以及对外场指定显示屏的远程控制（如图三）。
3 系统主要性能指标
实时净高值（H）计算：对压力式水位计，H值的计算图如图7，H的计算式如：
H——实时净高值，m；精确到0.1m；
H0——压力式水位计传感器至通航净空上底的垂直距离，m；精确到0.01m；通航净空上底的实际位置，符合GB 50139的规定。
h——实时水位值，m；精确到0.01m；
4 系统使用情况（表1）
桥梁实时净高显示标志具有以下几个特点：桥上现场显示、数字直观显示、显示内容含义清晰、可视距离远、显示值正确可靠、显示屏功耗低（太阳能供电），非常实用，完全满足船舶驾驶员驾船过桥需要。采用双水位计同址同时测量，1秒1次高频互相比对，杜绝水位采集环节出错；六种异常情况自动识别与自动关屏保护。有效杜绝实时净高显示错误现象，免除设备维护者管理责任。
2012年至2017年间，在广州局、东莞局、佛山局、粤东局等先后试用桥梁实时净高显示系统产品，从2012年7月测试的样机开始，最长的净高显示标志运行时间为5年多，最短的标志也使用了1年半时间，经历了广东的高温、湿热、台风、暴雨、雷暴、大雾、连续阴雨等各种恶劣天气，虽然发生过一些故障，进行过一些更新改造，但至今该12座桥的实时净高标志基本上都能正常工作并稳定运行。目前省局已组织相关技术人员及相关机构制定产品技术标准的制订工作。
5 调试结果与结论
目前广州局、东莞局、佛山局、粤东局在部分重点航段桥梁上加装了桥梁实时净高显示标志在运行过程中均能正确、稳定、有效监测水位变化、蓄电池电压电流异常、太阳能板充电异常。同时在遥测监控系统中可在线实时发送指令对终端进行设置，实现了桥梁实时净高显示远程遥控监测，并且运行稳定。由此可见，桥梁净高遥测遥控显示系统可以为船舶驾驶员对航道实时的、持续性的水位和桥梁通航净高信息服务，降低了船舶安全航行风险，提高航道部门服务社会的能力。为航道管理部门可以远程实时监测航道水位变化、桥梁通航净高动态，以及桥上净高显示设备的运行情况监管提供了便利，因此桥梁净高实时遥测遥控系统可在广东省航道桥梁上全面实施。
参考文献
[1] 谢兵平.遥控遥测技术在电力系统中的应用[J]，中小企业管理与科技（上旬刊），2010年01期.
[2] 黄燕.基于ARM架构的LED显示屏系统设计与实现[J]，东华理工大学，2012年07期.
[3] 李春茂 编著.LED结构原理与应用技术. 北京：机械工业出版社，2011年01月.
[4] 谢崇宝，黄斌.灌区水位测量记录设备及安装技术，《中国水利》，2003 （5） ：64-66.
[5] 王如政，杨庆风.航标遥测遥控系统关键技术的研究[D]，大连海事大学，2007年.
[6] 王学波，杨庆风.航标遥测遥控系统关键技术的研究[D]，大连海事大学，2007年.
第一作者简介
谢晓波，男，1984年出生，湖南人，工程师。主要从事航道通信技术等方面工作。
第二作者简介
杨万鸿， 男，1978年出生，江西人，工程师，高级技师。主要从事通信技术及电子硬件设计方面研究工作。