[發(fā)明專利]一種基于慣性傳感技術(shù)的高精度船舶吃水實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011068154.6
• 申請(qǐng)日: 2020-10-08
• 公開（公告）號(hào): CN112829891A
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏羽;楊興聰;伍定銀;余青峰;楊雪鋒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶交通大學(xué)
• 主分類號(hào): B63B39/12
• 分類號(hào): B63B39/12
• 代理公司: 重慶啟恒騰元專利代理事務(wù)所(普通合伙) 50232
• 代理人: 萬建

本發(fā)明涉及一種基于慣性傳感技術(shù)的高精度船舶吃水實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)，包括雷達(dá)測(cè)距儀終端和上位機(jī)，所述雷達(dá)測(cè)距儀終端包括云臺(tái)、慣性傳感器、雷達(dá)測(cè)距傳感器、單片機(jī)、無線信號(hào)模塊和驅(qū)動(dòng)裝置，所述驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行供電，所述慣性傳感器和雷達(dá)測(cè)距傳感器均固定安裝在所述云臺(tái)上，所述慣性傳感器和雷達(dá)測(cè)距傳感器分別傳輸姿態(tài)數(shù)據(jù)和測(cè)距數(shù)據(jù)到單片機(jī)，單片機(jī)通過姿態(tài)數(shù)據(jù)反饋指令控制云臺(tái)的鏡頭轉(zhuǎn)向裝置進(jìn)行修正調(diào)平云臺(tái)，雷達(dá)測(cè)距儀終端的數(shù)據(jù)通過無線信號(hào)模塊與無線自組織網(wǎng)絡(luò)上傳給上位機(jī)，上位機(jī)用于接收雷達(dá)測(cè)距終端的數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)整合和處理得到吃水結(jié)果。本發(fā)明可以減少船舶在營運(yùn)過程出現(xiàn)貨物少裝/多卸的情況發(fā)生，利于提高船舶航行的安全性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及船舶吃水測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于慣性傳感技術(shù)的高精度船舶吃水實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)。

背景技術(shù)

如今航海業(yè)憑借著運(yùn)輸量大、成本低和運(yùn)輸方便等優(yōu)勢(shì)在飛速發(fā)展，為我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展加快了步伐。船舶吃水作為一個(gè)重要參數(shù)，可以計(jì)算船舶排水量，目前幾乎完全依賴人工目測(cè)的方法來確定船舶吃水。但這種方法存在著眾多弊端，肉眼觀測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性受到天氣等客觀條件而顯著地變化，并不能做到實(shí)時(shí)更新測(cè)量數(shù)據(jù)，遇上惡劣天氣，加大了測(cè)量船舶吃水的難度。個(gè)人經(jīng)驗(yàn)對(duì)于測(cè)量結(jié)果也有顯著的影響。而且對(duì)于船舶“超吃水”違規(guī)現(xiàn)象導(dǎo)致的事故更是日益增加，這樣不僅影響了航運(yùn)事業(yè)的蓬勃發(fā)展更是對(duì)船舶本身的安全構(gòu)成了重大威脅，精確測(cè)量船舶吃水迫在眉睫。

目前船舶吃水測(cè)量傳統(tǒng)測(cè)量方式：

(1)人工觀測(cè)法

有水尺觀測(cè)法和交通艇繞船觀察兩大類。需要人工對(duì)船舶的船艏、船中、船尾左右兩側(cè)共六面的船舶水尺標(biāo)志進(jìn)行觀測(cè)記錄，最終得到船舶實(shí)際吃水值。此方法要求船舶靠港或觀測(cè)人員乘坐工作艇對(duì)目標(biāo)船舶進(jìn)行觀測(cè)。船舶處于動(dòng)態(tài)環(huán)境下，且水尺標(biāo)志常年受到腐蝕，需要若干觀測(cè)人員同時(shí)進(jìn)行長時(shí)間測(cè)量記錄以避免個(gè)人主觀性誤差，不利于后期數(shù)值校對(duì)。極端環(huán)境下，觀測(cè)人員的生命安全受到威脅

i.水尺觀測(cè)方法

水線達(dá)到水尺標(biāo)志上某數(shù)字的下邊緣，則表示該處的實(shí)際吃水為該數(shù)字所表示的數(shù)值；水線剛好淹沒該數(shù)字，則表示該處的實(shí)際吃水為該數(shù)字所表示的數(shù)值加上相應(yīng)的字高；水線位于字高的一半處時(shí)，則表示該處的實(shí)際吃水為該數(shù)字所表示的數(shù)值加上相應(yīng)字高的一半。當(dāng)水面有波動(dòng)時(shí)，應(yīng)根據(jù)若干次觀測(cè)所得的平均值來確定實(shí)際水線的位置。

ii.交通艇繞船觀察

對(duì)于非靠泊舷側(cè)，從船上放下交通艇，繞船觀察。

(2)超聲波測(cè)量法超聲波測(cè)量法利用聲波良好的方向性及穿透力等特點(diǎn)對(duì)超聲波探頭到水面的距離進(jìn)行測(cè)量從而得到船舶吃水值。其測(cè)量精度主要受到聲速誤差的影響，即所處的當(dāng)前環(huán)境(空氣密度、溫度、濕度等)直接會(huì)影響測(cè)量精度，需要根據(jù)不同的應(yīng)用環(huán)境進(jìn)行誤差補(bǔ)償。

(3)激光傳感器測(cè)量法

激光傳感器測(cè)量法原理與超聲波測(cè)量法類似，利用其光速不變及方向性好等特性對(duì)激光探頭到水面的距離進(jìn)行測(cè)量，從而得到船舶吃水值。

(4)壓力傳感器測(cè)量法

壓力傳感器測(cè)量法利用船舶空載與負(fù)載時(shí)產(chǎn)生吃水深度的變化導(dǎo)致水壓發(fā)生變化，從而壓力傳感器的壓力值發(fā)生變化，通過轉(zhuǎn)換公式獲得船舶吃水值。但長期的壓力施加產(chǎn)生的時(shí)漂現(xiàn)象及水密度的不同直接導(dǎo)致壓力值的不同，致使產(chǎn)生測(cè)量誤差，需要根據(jù)不同的應(yīng)用環(huán)境進(jìn)行誤差補(bǔ)償。

(5)聲吶測(cè)量法

聲吶測(cè)量法利用超聲波在水中衰減小等特點(diǎn)，在水下以陣列的形式對(duì)船船舶吃水深度進(jìn)行測(cè)量。大連海事大學(xué)的熊木地等同學(xué)利用聲吶陣列實(shí)現(xiàn)了對(duì)船舶吃水深度的測(cè)量。但此方法須脫離船體，將設(shè)備安裝在指定測(cè)量區(qū)域，其靈活性不高且造價(jià)較高。

(6)電子水尺測(cè)量法