[發明專利]基于聲納同步掃描的內河船舶吃水深度測量裝置及方法

無效

• 申請號: 201110185989.4
• 申請日: 2011-07-05
• 公開（公告）號: CN102353956A
• 公開（公告）日: 2012-02-15
• 發明（設計）人: 吳俊;丁甡奇;余葵;李曉飚
• 申請（專利權）人: 重慶交通大學
• 主分類號: G01S15/08
• 分類號: G01S15/08
• 代理公司: 重慶輝騰律師事務所 50215
• 代理人: 侯懋琪;侯春樂

技術領域

????本發明涉及一種船舶吃水深度測量技術，尤其涉及一種基于聲納同步掃描的內河船舶吃水深度測量裝置及方法。

背景技術

水運作為歷史最悠久的運輸方式，具有運量大、投資少、成本低等突出優點。近年來，隨著國家西部大開發戰略的不斷推進，以及長江黃金水道及其支流諸多建設項目的大力實施，內河航運的優勢不斷顯現，水運能力正呈現飛速發展的狀態。

為了保證內河航道的通暢無礙運行，須在某些船舶易擱淺河段對船舶吃水進行在線測量，最大限度的減少航道擱淺、礙航等事件發生，保證航道安全，并且為航道行政管理人員對“超吃水”船舶進行行政處罰提供依據。

吃水深度測量最直接、簡單的方法是通過檢查船舶吃水標尺及載重線進行判斷，但是受利益的驅使，某些船主不惜重新標記吃水標尺及載重線，妄圖蒙混過關，同時該方法也受船舶自身穩定性、結構變形等因素影響，所以目視觀察船舶的吃水線是否超過相應允許載重線，并不具備準確性，只能作為船疑似超載的線索，而不能作為認定該船已經超載的證據，這就會為航道的通暢埋下巨大隱患，所以必須依賴更為精確的測量手段對船舶吃水深度進行在線監測。

目前主要有兩種切實可行的船舶吃水檢測系統：

1、側壁聲納陣列固定測量系統

這種方法僅可適用于船閘或船閘引航道等航道條件較為簡單的區域。該系統聲納陣列設置位置如圖1所示，在船閘或船閘引航道兩側適當高度安裝多個聲納裝置信號發生器陣列和接收陣列。當船舶經過時，由于被船身阻擋，水面至船底高程范圍內的多個接收器接收不到信號（如圖1中第a、b、c號聲納裝置），依據緊臨船底下側的能接收到信號的接收器（如圖1中第d號聲納裝置）的位置和水面的位置推算出船舶的實際吃水，判定其是否超吃水航行。

這種方法的缺陷是：為了保證準確檢測船舶的底部邊緣，就必須使聲納收、發裝置布置得盡可能密，同時聲納部件布置過密，就會使相鄰聲納部件產生串擾，影響檢測精度。所以該方法存在成本高，檢測精度低的缺點。另外，由于聲納擴散程度與船舶距離成正比，測量水域越寬，相鄰聲納間越容易產生相互干擾，會大大降低測量精度，所以該方法僅可適用于船閘或船閘引航道等航道條件較為簡單且測量距離較窄的區域，難以應用于實際的內河航道內。

2、水底聲納陣列固定測量系統

該系統聲納陣列設置位置如圖2所示，安裝在水底墊高軌道上的多個聲納裝置（同時具備收、發功能）同時將聲納信號向上垂直發射，當船舶經過時，與船身區域垂向重合的聲納裝置（如圖2中第d、e、f、g、h號聲納裝置）發出的聲信號經船身反射，聲納傳播軌跡發生變化，并被聲納裝置接收，利用測量裝置可計算出船舶至聲納裝置的距離H1，其余聲信號未被船身反射的聲納裝置的發射、接收軌跡不變，聲納信號傳播至水面，經水面反射后，反射的信號再由聲納裝置接收，利用測量裝置可計算出水面至聲納裝置的距離H2，由于船舶駛過時，水面的波動很大，所以距離H2需取多個聲納測量裝置同時、單次測量的平均值，才能有效的減少波浪對H2的影響（即使這樣處理后誤差也很大），最后H2與H1之差即為船舶的吃水深度H0。

這種方法的缺陷是：需要保證聲納裝置發射出的聲信號與水平面垂直，裝置設置難度大，其測量精度受船體傾斜、河床淤沙等情況影響，在天然河道中，特別是在“超吃水”頻發區域，更是泥沙淤積嚴重的河段，將聲納組件安裝在泥沙淤積嚴重的水域，很難保證測量的準確性，同時在長江上游，水底陣列測量法還會面臨卵石沖擊的危險，很難保證長時間的穩定、可靠測量，而且該方法也難以應用于實際的內河航道內。

發明內容

針對背景技術中的問題，為了解決現有的吃水深度測量裝置需要高密度布置、易受泥沙卵石淤埋、自身信號相互干擾大以及測量精度低的問題，本發明提出了一種基于聲納同步掃描的內河船舶吃水深度測量裝置：它由兩根導軌、聲納接收裝置、聲納發射裝置、兩個傳動裝置、控制裝置和水面線測量裝置組成；兩根導軌相對設置，聲納接收裝置和聲納發射裝置各與一傳動裝置連接，傳動裝置與導軌一一對應地滑動連接；聲納接收裝置、聲納發射裝置、兩個傳動裝置、水面線測量裝置都與控制裝置電氣連接；聲納接收裝置和聲納發射裝置始終處于同一水平面。

本發明還提出了一種基于前述測量裝置的測量方法，其步驟為：1）兩個傳動裝置驅動聲納接收裝置和聲納發射裝置在導軌上同步運動，且聲納接收裝置和聲納發射裝置始終處于同一水平面；

2）聲納接收裝置的接收方向和聲納發射裝置的發射方向同軸，聲納發射裝置持續發射信號，當聲納接收裝置接收到的信號發生跳變時，此時的聲納發射裝置或聲納接收裝置的位置即為船底位置；