智能自浮式拦截浮筒的制作方法

1.本发明属于水上船舶交通安全设施领域，涉及一种智能自浮式拦截浮筒。


背景技术：

2.近年来，由于船撞桥梁事故频发，桥梁防撞越来越引起重视。非通航孔桥墩由于数量众多，单独加装防撞设施成本高昂，因此，目前针对长距离非通航孔桥梁的防撞主要采用在上下游设置拦截系统的方案。浮筒作为拦截系统的重要单元，主要作用是连接拦截索，保证拦截网浮于水面以上，并在船舶撞击并拖动拦截网时，通过浮筒下面的锚碇保持整个拦截系统形状，部分拦截系统会设置为浮筒拖动锚碇来耗能。
3.目前已经应用的浮筒的形式有多种，有双浮筒浮基型、船型、圆柱形等。
4.根据浮筒现状调研情况，主要有3个问题：(1)尽管浮筒设计时均考虑了风浪作用下的稳定性，但由于浮筒大部分构件位于水面以上，台风过后，浮筒及拦截网均有不同程度的损坏，如浮筒偏位严重、构件损坏、拦阻网缠绕等；(2)整个拦截系统位于水面以上，影响景观，且构件受海水和紫外线共同作用，易老化；(3)目前拦截网和浮筒多是独立运行，需要定期巡检，具体拦截情况也需巡检的时候才能发现，工作效率低，运维成本高。
5.因此，为降低台风和波浪对浮筒构件的影响，减缓浮筒构件老化，优化拦截浮筒的景观性，亟需一种新的智能自浮式拦截浮筒来解决以上问题。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种智能自浮式拦截浮筒，解决现有浮筒抗风浪性能差、不耐老化、景观不好、运维成本高的问题。
7.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
8.一种智能自浮式拦截浮筒，包括浮筒上部分主体、桁架结构、配重舱和锚固系统；所述浮筒上部分主体包括外置部分、封闭舱、气囊舱、压缩气体舱、控制中心；
9.所述外置部分包括雷达系统、警示系统和视频监控系统，用于对外界的信号采集和反馈；
10.所述封闭舱为密闭结构，为正常运营的浮筒提供浮力；
11.所述气囊舱安装有气囊，通过气囊的膨胀和收缩控制结构的整体浮力；
12.所述压缩气体舱用于储存高压气体，用于实现气囊充气、安全阀稳压和气舱加压；
13.所述控制中心通过双通阀门控制气囊舱和压缩气体舱的充气与排气，从而控制浮筒的上浮与下沉；
14.所述桁架结构用于连接浮筒上部分主体、配重舱和锚固系统；
15.所述配重舱用于调整浮筒整体配重，使其满足吃水要求，并降低浮筒重心，提高浮筒稳定性；
16.所述锚固系统用于将浮筒运动范围固定于某一区域。
17.优选的，所述雷达系统用于对设定区域内的物体进行探测，并将结果反馈至控制
中心；所述警示系统设置警示灯和喇叭，警示灯在正常运营时用于提示航行船舶，在防护状态时闪烁亮度和频率增加；所述视频监控系统用于对防护周边进行监控。
18.优选的，所述封闭舱内设置有电源线管道、加压通道、排气管和检修通道。
19.优选的，所述气囊内安装有充气孔、排气孔和安全阀。
20.优选的，所述压缩气体舱内设置有充气阀、安全阀和加压阀，通过管道与气囊、排气管和加压设备连接，用于实现气囊充气、安全阀稳压和气舱加压。
21.优选的，所述锚固系统包括锚链和混凝土锚碇。
22.优选的，所述控制中心包括信号处理系统、控制面板电源、双通阀门和阀门控制器；
23.所述信号处理系统分别与阀门控制器、雷达系统、警示系统和视频监控系统连接，根据雷达系统、警示系统和视频监控系统采集的信号综合判断，然后对阀门控制器发出指令；所述阀门控制器与双通阀连接，根据信号处理系统发出的指令控制双通阀门的开关状态；所述电源给信号处理系统、雷达系统、警示系统和视频监控系统、阀门控制器和双通阀门供电。
24.优选的，所述信号处理系统还与后台管理系统连接，实现远程控制功能。
25.优选的，该浮筒的控制方法为：
26.正常运营情况下，气囊折叠，浮筒位于深水位；雷达系统和视频系统对监控区域同时进行监控，警示灯常亮，提示过往船只；
27.当有雷达系统或视频系统监测到有船舶进入监控区域，浮筒警示灯闪烁，喇叭提醒船舶即将进入保护区，同时将信号传输至控制中心，并持续监测和判断船舶是否停止或驶离监控区域；若船舶停止，则警示系统持续提醒；若船舶驶离监控区域，则警示系统停止提醒；若船舶继续行驶并进入警戒区域，则控制中心将启动阀门控制器，双通阀门的充气通道将打开，气囊开始充气，同时浮筒开始上浮，直至气囊充满气，充气阀门关闭，浮筒上浮至浅水位，从而拦截船舶；
28.拦截成功过后，需排除隐患，使船舶离开监控区域；船舶离开后，控制器启动，双通阀的排气通道将打开，气囊在外界水压作用下开始排气，并逐步下沉，直至气囊下沉至深水位。
29.优选的，控制中心依据雷达信号和视频信号识别先后不同，分为两种情况，第一种情况为：
30.当视频监控系统通过图像对比，识别到监控区域有异物进入：
31.步骤1：信号接收＝[a1，a2，a3]，其中，a1为视频异物信号，a2为异物经比例尺估计的异物大小，a3为异物坐标；
[0032]
步骤2：信号处理：判断a2是否超过系统预设的异物尺寸限值a*；如果a2《a*，则返回步骤1；如果a2》a*，则进行步骤3；
[0033]
步骤3：发出指令：信号处理系统向警示系统发送1级警示指令，同时将a2坐标发给雷达；
[0034]
步骤4：信号接收：雷达系统调整角度定位异物位置，并持续返回异物相对位置的距离b1,b2,
…
,bn；
[0035]
步骤5：信号处理：若bn》d，则持续步骤4；若bn《d，则视为异物进入警戒区，则进行
步骤6；其中，d为设定的雷达警戒距离；
[0036]
步骤6：发出指令：信号处理系统向警示灯和喇叭发送2级警戒指令和浮筒上浮指令，阀门控制器打开，双通阀充气通道打开，充到设定的时间后控制器关闭，浮筒上浮；过程完成。
[0037]
第二种情况为：
[0038]
当雷达系统通过对视频监控区域的检测，视频监控区域有异物进入：
[0039]
步骤1：信号接收＝[b(x,y)，b1]，其中b(x,y)为异物位置坐标，b1为异物相对距离；
[0040]
步骤2：发出指令：信号处理系统将异物位置坐标发送给视频监控系统；
[0041]
步骤3：信号接收：视频监控系统调整角度定位异物位置，并返回异物信号[a2，a3]；
[0042]
步骤4：信号处理：判断a2是否超过系统预设的异物尺寸限值a*；如果a2《a*，则返回步骤1；如果a2》a*，则进行步骤5；
[0043]
步骤5：信号接收：雷达系统持续返回异物相对位置的距离b1，b2，...，bn，并进行第一种情况的步骤5和步骤6；
[0044]
排除异物、确保警戒区安全后，信号处理系统接收到远程平台发送的下沉指令，阀门控制器打开，双通阀排气通道打开，气囊气体排出，浮筒逐渐下降，到设定的时间后控制器关闭，排气通道关闭。
[0045]
本发明的有益效果在于：本发明将浮筒上部分主体置于水下，仅露出顶部平台部分用于提供额外浮力及安装警示灯及其他设施。同时为了实现远程控制功能，配置智能触发系统和上浮系统，在需要发挥拦截功能时浮出水面，排除障碍后可下沉至原始位置，实现重复使用，同时最大程度降低拦截系统对景观的破坏。本发明浮筒具有抗风浪性好、景观性好、便于管养维护的优点。
[0046]
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
[0047]
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
[0048]
图1为本发明智能自浮式浮筒整体立面布置图；
[0049]
图2为本发明智能自浮式浮筒整体平面布置图；
[0050]
图3为浮筒气囊舱设置4个独立舱室的平面布置图；
[0051]
图4为浮筒处于深水位时状态示意图；
[0052]
图5为浮筒上浮至浅水位时状态示意图；
[0053]
图6为封闭舱和控制中心内部管线布置图；
[0054]
图7为浮筒工作流程图；
[0055]
图8为浮筒附近区域示意图。
具体实施方式
[0056]
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0057]
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
[0058]
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
[0059]
请参阅图1～图8，本发明浮筒由外置部分、封闭舱、控制中心、气囊舱、压缩气体舱、桁架结构、配重舱和锚固系统组成，如图1所示。浮筒外壳整体采用耐腐蚀性好，或者经防锈处理的钢材。
[0060]
外置部分包含雷达系统、警示系统和视频监控系统，主要用于对外界的信号采集和反馈。雷达系统用于对设定区域内的物体进行探测，并将结果反馈至控制中心；警示系统设置警示灯和喇叭，警示灯在正常运营时用于提示航行船舶，在防护状态时闪烁亮度和频率增加；视频监控系统用于对防护周边进行监控。
[0061]
封闭舱为密闭结构，为正常运营的浮筒提供浮力，同时设置有电源线管道、加压通道、排气管和检修通道。
[0062]
控制中心是整个上浮系统的核心，如图6所示，主要安装有控制面板电源、双通阀门、阀门控制器和管线。
[0063]
气囊舱安装有气囊，通过气囊的膨胀和收缩控制结构的整体浮力。气囊上同时安装有充气孔、排气孔和安全阀。气囊材质采用橡胶或者五层夹网材料制作。
[0064]
压缩气体舱为耐压钢结构，外壁填充混凝土，用于储存高压气体。同时设置充气阀、安全阀、加压阀，通过管道与气囊、排气管和加压设备连接，实现气囊充气、安全阀稳压和气舱加压。一般情况下，压缩气体采用惰性气体，如氮气等。
[0065]
桁架结构用于连接浮筒上部分主体、配重舱和锚固系统。
[0066]
配重舱用于调整浮筒整体配重，使其满足吃水要求，并降低浮筒重心，提高浮筒稳定性。
[0067]
锚固系统包含锚链和混凝土锚碇，用于将浮筒运动范围固定于一定区域。
[0068]
气囊和压缩气体舱设计原理如下：
[0069]
如图4～图5所示，浮筒从深水位上浮到浅水位，气囊排开水体积v1＝浮筒体积变
化v，压缩气体舱体积为v2。根据波义尔定律，常温下，气囊打开一次，需要压缩气体舱的压缩空气的压力如下：
[0070][0071]
其中，p1为气囊打开需要的压强，为大气压强加上水压强。因此，压缩气体舱的压力大于p2即可实现气囊充气上浮。
[0072]
如图7～图8所示，本发明浮筒的工作流程为：
[0073]
正常运营情况下，气囊折叠，浮筒位于深水位。雷达系统和视频系统对监控区域同时进行监控，警示灯常亮，提示过往船只。
[0074]
当有雷达系统或视频系统监测到有船舶进入监控区域，浮筒警示灯闪烁，喇叭提醒船舶即将进入保护区，同时将信号传输至控制中心，并持续监测和判断船舶是否停止或驶离监控区域。若船舶停止，则警示系统(警示灯和喇叭)持续提醒；若船舶驶离监控区域，则警示灯和喇叭停止提醒；若船舶继续行驶并进入警戒区域，则控制中心将启动阀门控制器，双通阀门的充气通道将打开，气囊开始充气，同时浮筒开始上浮，直至气囊充满气，充气阀门关闭，浮筒上浮至浅水位，从而拦截船舶。
[0075]
拦截成功过后，需排除隐患，使船舶离开监控区域。船舶离开后，阀门控制器启动，双通阀的排气通道将打开，气囊在外界水压作用下开始排气，并逐步下沉，直至气囊下沉至深水位。
[0076]
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

技术特征：
1.一种智能自浮式拦截浮筒，其特征在于，该浮筒包括浮筒上部分主体、桁架结构、配重舱和锚固系统；所述浮筒上部分主体包括外置部分、封闭舱、气囊舱、压缩气体舱、控制中心；所述外置部分包括雷达系统、警示系统和视频监控系统，用于对外界的信号采集和反馈；所述封闭舱为密闭结构，为正常运营的浮筒提供浮力；所述气囊舱安装有气囊，通过气囊的膨胀和收缩控制结构的整体浮力；所述压缩气体舱用于储存高压气体，用于实现气囊充气、安全阀稳压和气舱加压；所述控制中心通过双通阀门控制气囊舱和压缩气体舱的充气与排气，从而控制浮筒的上浮与下沉；所述桁架结构用于连接浮筒上部分主体、配重舱和锚固系统；所述配重舱用于调整浮筒整体配重，使其满足吃水要求，并降低浮筒重心，提高浮筒稳定性；所述锚固系统用于将浮筒运动范围固定于某一区域。2.根据权利要求1所述的智能自浮式拦截浮筒，其特征在于，所述雷达系统用于对设定区域内的物体进行探测，并将结果反馈至控制中心；所述警示系统设置警示灯和喇叭，警示灯在正常运营时用于提示航行船舶，在防护状态时闪烁亮度和频率增加；所述视频监控系统用于对防护周边进行监控。3.根据权利要求1所述的智能自浮式拦截浮筒，其特征在于，所述封闭舱内设置有电源线管道、加压通道、排气管和检修通道。4.根据权利要求1所述的智能自浮式拦截浮筒，其特征在于，所述气囊内安装有充气孔、排气孔和安全阀。5.根据权利要求1所述的智能自浮式拦截浮筒，其特征在于，所述压缩气体舱内设置有充气阀、安全阀和加压阀，通过管道与气囊、排气管和加压设备连接，用于实现气囊充气、安全阀稳压和气舱加压。6.根据权利要求1所述的智能自浮式拦截浮筒，其特征在于，所述控制中心包括信号处理系统、电源、双通阀门和阀门控制器；所述信号处理系统分别与阀门控制器、雷达系统、警示系统和视频监控系统连接，根据雷达系统、警示系统和视频监控系统采集的信号综合判断，然后对阀门控制器发出指令；所述阀门控制器与双通阀连接，根据信号处理系统发出的指令控制双通阀门的开关状态；所述电源给信号处理系统、雷达系统、警示系统和视频监控系统、阀门控制器和双通阀门供电。7.根据权利要求6所述的智能自浮式拦截浮筒，其特征在于，所述信号处理系统还与后台管理系统连接，实现远程控制功能。8.根据权利要求6或7所述的智能自浮式拦截浮筒，其特征在于，该浮筒的控制方法为：正常运营情况下，气囊折叠，浮筒位于深水位；雷达系统和视频系统对监控区域同时进行监控，警示灯常亮，提示过往船只；当有雷达系统或视频系统监测到有船舶进入监控区域，浮筒警示灯闪烁，喇叭提醒船舶即将进入保护区，同时将信号传输至控制中心，并持续监测和判断船舶是否停止或驶离
监控区域；若船舶停止，则警示系统持续提醒；若船舶驶离监控区域，则警示系统停止提醒；若船舶继续行驶并进入警戒区域，则控制中心将启动阀门控制器，双通阀门的充气通道将打开，气囊开始充气，同时浮筒开始上浮，直至气囊充满气，充气阀门关闭，浮筒上浮至浅水位，从而拦截船舶；拦截成功过后，需排除隐患，使船舶离开监控区域；船舶离开后，控制器启动，双通阀的排气通道将打开，气囊在外界水压作用下开始排气，并逐步下沉，直至气囊下沉至深水位。9.根据权利要求6或7所述的智能自浮式拦截浮筒，其特征在于，控制中心依据雷达信号和视频信号识别先后不同，分为两种情况，第一种情况为：当视频监控系统通过图像对比，识别到监控区域有异物进入：步骤1：信号接收＝[a1，a2，a3]，其中，a1为视频异物信号，a2为异物经比例尺估计的异物大小，a3为异物坐标；步骤2：信号处理：判断a2是否超过系统预设的异物尺寸限值a*；如果a2<a*，则返回步骤1；如果a2>a*，则进行步骤3；步骤3：发出指令：信号处理系统向警示系统发送1级警示指令，同时将a2坐标发给雷达；步骤4：信号接收：雷达系统调整角度定位异物位置，并持续返回异物相对位置的距离b1,b2,
…
,bn；步骤5：信号处理：若bn>d，则持续步骤4；若bn<d，则视为异物进入警戒区，则进行步骤6；其中，d为设定的雷达警戒距离；步骤6：发出指令：信号处理系统向警示灯和喇叭发送2级警戒指令和浮筒上浮指令，阀门控制器打开，双通阀充气通道打开，充到设定的时间后控制器关闭，浮筒上浮；过程完成。10.根据权利要求9所述的智能自浮式拦截浮筒，其特征在于，控制中心依据雷达信号和视频信号识别先后不同，分为两种情况，第二种情况为：当雷达系统通过对视频监控区域的检测，视频监控区域有异物进入：步骤1：信号接收＝[b(x,y)，b1]，其中b(x,y)为异物位置坐标，b1为异物相对距离；步骤2：发出指令：信号处理系统将异物位置坐标发送给视频监控系统；步骤3：信号接收：视频监控系统调整角度定位异物位置，并返回异物信号[a2，a3]；步骤4：信号处理：判断a2是否超过系统预设的异物尺寸限值a*；如果a2<a*，则返回步骤1；如果a2>a*，则进行步骤5；步骤5：信号接收：雷达系统持续返回异物相对位置的距离b1，b2，...，bn，并进行第一种情况的步骤5和步骤6；排除异物、确保警戒区安全后，信号处理系统接收到远程平台发送的下沉指令，阀门控制器打开，双通阀排气通道打开，气囊气体排出，浮筒逐渐下降，到设定的时间后控制器关闭，排气通道关闭。

技术总结
本发明涉及一种智能自浮式拦截浮筒，属于水上船舶交通安全设施领域。该浮筒包括浮筒上部分主体、桁架结构、配重舱和锚固系统；所述浮筒上部分主体包括外置部分、封闭舱、气囊舱、压缩气体舱、控制中心。同时为了实现远程控制功能，配置智能触发系统和上浮系统，在需要发挥拦截功能时浮出水面，排除障碍后可下沉至原始位置，实现重复使用，同时最大程度降低拦截系统对景观的破坏。本发明浮筒具有抗风浪性好、景观性好、便于管养维护的优点。便于管养维护的优点。便于管养维护的优点。


技术研发人员：邓雅思 耿波 李嵩林 尚军年 刘震寰 何沛建 曾浩楠
受保护的技术使用者：招商局重庆交通科研设计院有限公司
技术研发日：2023.07.28
技术公布日：2023/9/9