一種側(cè)掃式船舶吃水檢測(cè)系統(tǒng)及其檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種船舶吃水量的檢測(cè)的方法，特別是一種側(cè)掃式船舶吃水檢測(cè)系統(tǒng) 及其檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前內(nèi)河航運(yùn)運(yùn)量逐年增加，船舶的吃水超限對(duì)航運(yùn)安全的威脅日益嚴(yán)重，為保 證航道安全，必須進(jìn)行船舶吃水量測(cè)量?，F(xiàn)有的船舶的吃水檢測(cè)技術(shù)為將單列超聲波傳感 器安裝在檢測(cè)門上，通過測(cè)量傳感器陣列距船舶底部的距離得到吃水深度。這種形式具有 以下缺點(diǎn)：
[0003] 1、檢測(cè)結(jié)構(gòu)架安裝在航道中，安裝難度大；
[0004] 2、不能適應(yīng)水位變化，在枯水期時(shí)無法使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明要提出一種安裝簡(jiǎn)單、可消除不同船底 形狀帶來的測(cè)量誤差、且可以適應(yīng)水位變化的側(cè)掃式船舶吃水檢測(cè)系統(tǒng)及其檢測(cè)方法。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0007] 一種側(cè)掃式船舶吃水檢測(cè)系統(tǒng)，包括超聲波發(fā)射陣列、超聲波接收陣列、分時(shí)控制 模塊、豎直測(cè)距模塊、水平測(cè)距模塊、吃水檢測(cè)處理單元和顯示報(bào)警模塊，所述的分時(shí)控制 模塊通過數(shù)據(jù)線與超聲波發(fā)射陣列連接，所述的超聲波接收陣列、豎直測(cè)距模塊、水平測(cè)距 模塊和顯示報(bào)警模塊分別通過數(shù)據(jù)線與吃水檢測(cè)處理單元連接；
[0008] 所述的超聲波發(fā)射陣列由多個(gè)安裝成一縱列的超聲波發(fā)射傳感器構(gòu)成，所述的超 聲波接收陣列由多個(gè)安裝成一縱列的超聲波接收傳感器構(gòu)成，所述的分時(shí)控制模塊安裝在 超聲波發(fā)射陣列的一側(cè)，具有每隔一段時(shí)間發(fā)出一個(gè)控制命令到超聲波發(fā)射陣列中并控制 相應(yīng)的超聲波發(fā)射傳感器工作的功能；所述的豎直測(cè)距模塊用于測(cè)量安裝點(diǎn)距水面的距 離；所述的水平測(cè)距模塊的水平測(cè)距點(diǎn)與超聲波發(fā)射陣列位于同一豎直線上，用于測(cè)量安 裝點(diǎn)距過往船舶的距離；所述的吃水檢測(cè)處理單元依據(jù)超聲波接收陣列的數(shù)據(jù)判斷出船舶 吃水量。
[0009] 一種側(cè)掃式船舶吃水檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)方法，包括如下步驟：
[0010] A、安裝超聲波發(fā)射陣列和超聲波接收陣列；
[0011] 將超聲波發(fā)射陣列安裝在航道一側(cè)的水下，并測(cè)量出豎直測(cè)距模塊安裝點(diǎn)距水面 的距離Cl tl，通過已知的每個(gè)超聲波發(fā)射傳感器距豎直測(cè)距模塊安裝點(diǎn)的距離{屯，d2，….， d n}，通過分別得出超聲波發(fā)射傳感器在水下距水面的距離{(!/，(!/，….，dn'}。在航道的 另一側(cè)水下與超聲波發(fā)射陣列相對(duì)應(yīng)的位置安裝超聲波接收陣列，使超聲波接收陣列接收 到超聲波發(fā)射陣列的超聲波。
[0012] B、分時(shí)控制模塊控制超聲波發(fā)射陣列工作；
[0013] 在一個(gè)工作周期T內(nèi)，分時(shí)控制模塊每隔一定的時(shí)間間隔t發(fā)送控制命令到超聲 波發(fā)射陣列中，使超聲波發(fā)射陣列中的超聲波發(fā)射傳感器從上到下依次分時(shí)工作。
[0014] C、采集超聲波接收陣列信號(hào)；
[0015] 無船舶駛過時(shí)，在周期時(shí)間T內(nèi)超聲波接收陣列測(cè)量出η個(gè)超聲波發(fā)射傳感器的 有效圓的直徑仉，D 2，….，DJ ;有船舶駛過時(shí)，在周期時(shí)間T內(nèi)超聲波接收陣列測(cè)量出η個(gè) 超聲波發(fā)射傳感器的有效圓的直徑{D/，D2'，….，D n' }。
[0016] D、水平測(cè)距模塊測(cè)量水平距離；
[0017] 水平測(cè)距模塊測(cè)得超聲波發(fā)射陣列距船體的距離L。
[0018] E、吃水檢測(cè)處理單元處理數(shù)據(jù)；
[0019] 通過船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的信息得到船底吃水部位寬度為W，且已知超聲波發(fā)射陣 列與超聲波接收陣列之間的水平距離為L(zhǎng) 1，船底最低點(diǎn)到被遮擋的超聲波發(fā)射傳感器\的 中心線距離為H，船舶駛過時(shí)，根據(jù)分時(shí)發(fā)射的超聲波發(fā)射傳感器對(duì)應(yīng)的超聲波發(fā)射傳感器 的有效圓的直徑{D/，D 2'，···.，Dn'}與無船舶駛過時(shí)有效圓的直徑{Di，D2，….，D n}進(jìn)行對(duì) 比。其中超聲波發(fā)射傳感器U1, A2，….，AX_J發(fā)射時(shí)，因船舶遮擋超聲波接收陣列不會(huì)接 收到超聲波信號(hào)；超聲波發(fā)射傳感器A x發(fā)射時(shí)，超聲波接收陣列接收到有效超聲波信號(hào)，對(duì) 應(yīng)的有效圓的范圍直徑Dx'與Dx相比會(huì)縮小，說明船舶吃水值在A x附近。
[0020] F、計(jì)算船舶吃水量；
[0021] 若Dx' >Dx/2,則船舶的吃水位置在超聲波發(fā)射傳感器Ax超聲波中心線之上，設(shè)超 聲波發(fā)射傳感器A x的超聲波發(fā)射點(diǎn)為a，并規(guī)定水平線過超聲波傳感器A ,的中心點(diǎn)為對(duì)應(yīng) 超聲波發(fā)射傳感器Ax的超聲波中心線；設(shè)船底點(diǎn)為b，由b點(diǎn)向超聲波發(fā)射傳感器A x的超 聲波中心線作垂線的交點(diǎn)為c，超聲波發(fā)射傳感器超聲波中心線與超聲波接收陣列的 交點(diǎn)為f，根據(jù)接收到的超聲波能量分布推導(dǎo)出超聲波接收陣列接收信號(hào)的有效上限點(diǎn)為 e，船底到超聲波發(fā)射傳感器\的超聲波中心線的豎直距離為H。e、f兩點(diǎn)之間距離SY x= Dx' _Dx/2 ;在點(diǎn)a、b、c組成的三角形Λ abc和點(diǎn)a、e、f組成的三角形Λ aef相似，依據(jù)相 似三角形邊長(zhǎng)成比例，則有公式：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種側(cè)掃式船舶吃水檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于；包括超聲波發(fā)射陣列（2)、超聲波接收 陣列（3)、分時(shí)控制模塊（1)、豎直測(cè)距模塊巧）、水平測(cè)距模塊（4)、吃水檢測(cè)處理單元巧） 和顯示報(bào)警模塊（10)，所述的分時(shí)控制模塊（1)通過數(shù)據(jù)線與超聲波發(fā)射陣列（2)連接，所 述的超聲波接收陣列（3)、豎直測(cè)距模塊巧）、水平測(cè)距模塊（4)和顯示報(bào)警模塊（10)分別 通過數(shù)據(jù)線與吃水檢測(cè)處理單元（5)連接； 所述的超聲波發(fā)射陣列（2)由多個(gè)安裝成一縱列的超聲波發(fā)射傳感器構(gòu)成，所述的 超聲波接收陣列（3)由多個(gè)安裝成一縱列的超聲波接收傳感器構(gòu)成，所述的分時(shí)控制模塊 (1) 安裝在超聲波發(fā)射陣列（2)的一側(cè)，具有每隔一段時(shí)間發(fā)出一個(gè)控制命令到超聲波發(fā) 射陣列（2)中并控制相應(yīng)的超聲波發(fā)射傳感器工作的功能；所述的豎直測(cè)距模塊（9)用于 測(cè)量安裝點(diǎn)距水面的距離；所述的水平測(cè)距模塊（4)的水平測(cè)距點(diǎn)與超聲波發(fā)射陣列（2) 位于同一豎直線上，用于測(cè)量安裝點(diǎn)距過往船舶的距離；所述的吃水檢測(cè)處理單元（5)依 據(jù)超聲波接收陣列（3)的數(shù)據(jù)判斷出船舶吃水量。
2. -種側(cè)掃式船舶吃水檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)方法，其特征在于；包括如下步驟： A、 安裝超聲波發(fā)射陣列（2)和超聲波接收陣列（3); 將超聲波發(fā)射陣列（2)安裝在航道一側(cè)的水下，并測(cè)量出豎直測(cè)距模塊（9)安裝點(diǎn)距 水面的距離d。，通過已知的每個(gè)超聲波發(fā)射傳感器距豎直測(cè)距模塊（9)安裝點(diǎn)的距離{di， d2,….，屯}，通過分別得出超聲波發(fā)射傳感器在水下距水面的距離{d/，(V，….，屯' }; 在航道的另一側(cè)水下與超聲波發(fā)射陣列（2)相對(duì)應(yīng)的位置安裝超聲波接收陣列（3)，使超 聲波接收陣列（3)接收到超聲波發(fā)射陣列（2)的超聲波； B、 分時(shí)控制模塊（1)控制超聲波發(fā)射陣列（2)工作； 在一個(gè)工作周期T內(nèi)，分時(shí)控制模塊（1)每隔一定的時(shí)間間隔t發(fā)送控制命令到超 聲波發(fā)射陣列（2)中，使超聲波發(fā)射陣列（2)中的超聲波發(fā)射傳感器從上到下依次分時(shí)工 作； C、 采集超聲波接收陣列（3)信號(hào)； 無船舶駛過時(shí)，在周期時(shí)間T內(nèi)超聲波接收陣列（3)測(cè)量出n個(gè)超聲波發(fā)射傳感器的 有效圓的直徑化，〇2,….，D。};有船舶駛過時(shí)，在周期時(shí)間T內(nèi)超聲波接收陣列（3)測(cè)量出 n個(gè)超聲波發(fā)射傳感器的有效圓的直徑化1'，〇2'，….，D。' }; D、 水平測(cè)距模塊（4)測(cè)量水平距離； 水平測(cè)距模塊（4)測(cè)得超聲波發(fā)射陣列（2)距船體的距離L ; E、 吃水檢測(cè)處理單元（5)處理數(shù)據(jù)； 通過船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的信息得到船底吃水部位寬度為W，且已知超聲波發(fā)射陣列 (2) 與超聲波接收陣列（3)之間的水平距離為L(zhǎng)i，船底最低點(diǎn)到被遮擋的超聲波發(fā)射傳感 器A,的中屯、線距離為H，船舶駛過時(shí)，根據(jù)分時(shí)發(fā)射的超聲波發(fā)射傳感器對(duì)應(yīng)的超聲波發(fā)射 傳感器的有效圓的直徑化1'，〇2'，….，D。' }與無船舶駛過時(shí)有效圓的直徑化1，〇2,….，D。} 進(jìn)行對(duì)比；其中超聲波發(fā)射傳感器{Ai，A,，….，Ad}發(fā)射時(shí)，因船舶遮擋超聲波接收陣列 (3) 不會(huì)接收到超聲波信號(hào)；超聲波發(fā)射傳感器射時(shí)，超聲波接收陣列（3)接收到有效 超聲波信號(hào)，對(duì)應(yīng)的有效圓的范圍直徑IV與Dj目比會(huì)縮小，說明船舶吃水值在A北f近； F、 計(jì)算船舶吃水量； 若D/〉而/2,則船舶的吃水位置在超聲波發(fā)射傳感器A,超聲波中屯、線之上，設(shè)超聲波 發(fā)射傳感器A,的超聲波發(fā)射點(diǎn)為a,并規(guī)定水平線過超聲波傳感器A ,的中屯、點(diǎn)為對(duì)應(yīng)超聲 波發(fā)射傳感器Ax的超聲波中屯、線巧）；設(shè)船底點(diǎn)為b，由b點(diǎn)向超聲波發(fā)射傳感器Ax的超 聲波中屯、線（8)作垂線的交點(diǎn)為C，超聲波發(fā)射傳感器Ax的超聲波中屯、線（8)與超聲波接 收陣列（3)的交點(diǎn)為f，根據(jù)接收到的超聲波能量分布推導(dǎo)出超聲波接收陣列（3)接收信號(hào) 的有效上限點(diǎn)為e，船底到超聲波發(fā)射傳感器Ax的超聲波中屯、線巧）的豎直距離為H;e、f 兩點(diǎn)之間距離為Yx= D / -Dx/2 ;在點(diǎn)a、b、C組成的S角形A油C和點(diǎn)a、e、f組成的S角 形A aef相似，依據(jù)相似S角形邊長(zhǎng)成比例，則有公式：
得出此時(shí)船舶的吃水量為屯' -H ; 若V =而/2,得出此時(shí)的船舶的吃水量為屯'； 若D/<Dx/2,則船舶的吃水位置在超聲波發(fā)射傳感器Ax的超聲波中屯、線（8)之下，同 理則有公式：
得出此時(shí)船舶的吃水量為(V +H ; 若超聲波發(fā)射傳感器Aw測(cè)得的吃水量與A JIU得的吃水量相差超過吃水檢測(cè)處理單元 (5)的誤差最大值，則說明被測(cè)船舶船底較為平緩有多個(gè)低點(diǎn)，并定義該船舶為船底較平緩 船舶（7)，轉(zhuǎn)至步驟G進(jìn)一步計(jì)算出船舶吃水量；若根據(jù)超聲波發(fā)射傳感器Aw測(cè)得的吃水 量與超聲波發(fā)射傳感器Ay測(cè)得的吃水量不超過吃水檢測(cè)處理單元巧）的誤差最大值，則定 義該船舶為船底突出船舶化），取Aw與Ay測(cè)得的吃水量平均值作為船舶的準(zhǔn)確的吃水量； 轉(zhuǎn)步驟H ; G、 若D/〉而/2,則船舶的吃水量在超聲波發(fā)射傳感器Ax的超聲波中屯、線巧）之上，貝U 有公式：
得出此時(shí)船舶的吃水量為屯' -H ; 若V =而/2,得出此時(shí)的船舶的吃水量為屯'； 若D/<V2,則船舶的吃水量在超聲波發(fā)射傳感器Ax的超聲波中屯、線做之下，同理 則有公式：
得出此時(shí)船舶的吃水量為(V +H ; H、 報(bào)警顯示 吃水檢測(cè)處理單元（5)根據(jù)船舶吃水量，判斷船舶吃水量是否超限，如果超限則通過 顯示報(bào)警模塊（10)報(bào)警并報(bào)告船舶的吃水量。


【專利摘要】本發(fā)明公開了一種側(cè)掃式船舶吃水檢測(cè)系統(tǒng)及其檢測(cè)方法，所述的系統(tǒng)包括超聲波發(fā)射陣列、超聲波接收陣列、分時(shí)控制模塊、豎直測(cè)距模塊、水平測(cè)距模塊、吃水檢測(cè)處理單元和顯示報(bào)警模塊，所述的分時(shí)控制模塊每隔一段時(shí)間發(fā)出一個(gè)控制命令到超聲波發(fā)射陣列中并控制相應(yīng)的超聲波發(fā)射傳感器工作。本發(fā)明采取將超聲波發(fā)射傳感器固定成一縱列發(fā)射陣列的形式，方便了安裝和檢修。并且超聲波發(fā)射陣列上的超聲波發(fā)射傳感器分時(shí)工作，不會(huì)相互干擾，使測(cè)量結(jié)果更加準(zhǔn)確。本發(fā)明的超聲波發(fā)射陣列中的超聲波傳感器安裝個(gè)數(shù)較少，可以節(jié)約成本。本發(fā)明可以識(shí)別出不同的被測(cè)船舶的船底形狀，并根據(jù)不同的船底形狀采用不同的計(jì)算方法，提高了測(cè)量精度。
【IPC分類】B63B39-12
【公開號(hào)】CN104590502
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410854834
【發(fā)明人】熊木地, 陸雷, 劉新建, 張慧
【申請(qǐng)人】大連海事大學(xué)
【公開日】2015年5月6日
【申請(qǐng)日】2014年12月31日