專利名稱：一種航行船舶超吃水自動檢測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及船舶吃水檢測技術(shù)，特別是一種航行中船舶超吃水量的現(xiàn)場自動檢測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
船舶吃水是指船舶因自重或受載，船體浸沒水中部分的深度，船舶吃水值反映了船舶的排水量和載貨重量?！俺运笔侵竾鴥?nèi)內(nèi)河部分船舶為追求經(jīng)濟(jì)利益，超過航道維護(hù)水深標(biāo)準(zhǔn)裝載航行，或由于超載而超過船舶允許的最大吃水值。船舶“超吃水”航行不但會損壞船體本身，危及船員生命，還可能造成擱淺后，改變水流方向，造成泥沙淤積等不利情況，進(jìn)而破壞航道，造成航道斷航或阻航，影響航道的暢通和安全，其危害巨大。目前已有的船舶吃水檢測方法主要有人工觀測、超聲波水尺、激光水位計(jì)、壓力傳感器、聲納或激光成像等，但存在主觀因素大、檢測精度低、自動化程度不高、勞動強(qiáng)度較大、裝置或系統(tǒng)成本較高、使用維護(hù)不便等缺點(diǎn)。如專利號為ZL200720106838. 4的中國實(shí)用新型專利“一種船舶水尺”提到一種船舶水尺，專利號為ZL92208452. I的中國實(shí)用新型專利“智能檢水儀”提供的一種測量船舶和載重量的計(jì)量儀器，授權(quán)公告號為CN200985088Y的中國實(shí)用新型專利“手提式船舶吃水測量儀”提到的一種手提式船舶吃水測量儀，均需要檢測人員登上被檢測船才能實(shí)施檢測，但實(shí)際執(zhí)法中，讓航行中的船舶停下接受檢測，顯然不現(xiàn)實(shí)。而授權(quán)公告號為CN201989930U的中國實(shí)用新型專利“船舶吃水深度檢測裝置”中提供的一種船舶吃水深度檢測裝置，以及授權(quán)公告號為CN201980396U的中國實(shí)用新型專利“船舶吃水深度采集系統(tǒng)”中提供的一種基于壓力傳感器的船舶吃水深度采集系統(tǒng)，則直接安裝在被檢測船舶上，這顯然也無法適用于執(zhí)法檢查。也有提到不影響通航的現(xiàn)場檢測方法，如公開號為CN101216338A的中國發(fā)明專利“一種船舶排水量測量裝置及其測量方法”中使用固定安裝于河床及河岸水下部分的測量裝置，授權(quán)公告號為CN101628612A的中國發(fā)明專利“船舶吃水超限預(yù)警系統(tǒng)及預(yù)警方法”中提到的通過在閘道水下設(shè)置一個(gè)可上下升降的水平桿，檢測水平桿與船底接觸時(shí)的高度進(jìn)行吃水超限報(bào)警的方法，以及授權(quán)公告號為CN201800887U的中國實(shí)用新型專利“一種基于超聲波傳感器的船舶吃水深度超限預(yù)警系統(tǒng)”中提到的一種基于超聲波傳感器并輔以視頻的過閘船舶吃水深度超限預(yù)警系統(tǒng)，雖然能實(shí)現(xiàn)非接觸檢測，但由于水下情況復(fù)雜，檢測精度受漩渦、雜物等干擾程度大，其裝置的安裝和維護(hù)不方便，而且如果對“起吃水”船舶進(jìn)入引航道或閘道后才檢測，則航道破壞可能會既成事實(shí)。還有使用圖像處理算法計(jì)算船舶吃水深度的，如申請公布號為CN101913415A的中國發(fā)明專利“船舶吃水動態(tài)檢測系統(tǒng)及檢測方法”提供一種利用水下激光陣列和水下攝像機(jī)的船舶吃水動態(tài)檢測系統(tǒng)及檢測方法，但由于長江水質(zhì)比較渾濁，泥沙含量較高，能見度極低，在這種環(huán)境下激光的有效探測距離以及激光成像設(shè)備的有效視距是否滿足超吃水動態(tài)檢測的要求還須通過大量實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證，且其系統(tǒng)成本較高，安裝和維護(hù)也不太方便。因此，亟需研究開發(fā)一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的航行中船舶超吃水實(shí)時(shí)自動檢測系統(tǒng)及檢測方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種適用于航道管理部門快速檢測要求的、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的航行中船舶超吃水實(shí)時(shí)自動檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)可安裝于檢測船上，在任意航段對航行中船舶的吃水進(jìn)行現(xiàn)場自動檢測。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種航行船舶超吃水自動檢測系統(tǒng)，包括測量頭、測量頭提放子系統(tǒng)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)通訊接口、數(shù)據(jù)處理與控制子系統(tǒng)和顯示與操作面板；所述測量頭提放子系統(tǒng)上包括電動絞車、導(dǎo)向滑輪、鋼絲繩和鋼絲繩測量裝置；所述測量頭連接在測量頭提放子系統(tǒng)的鋼絲繩上；所述實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集器的輸入端與測量頭連接，其輸出端通過數(shù)據(jù)通訊接口與數(shù)據(jù)處理與控制子系統(tǒng)連接；所述數(shù)據(jù)處理與控制子系統(tǒng)與顯示與操作面板連接；所述測量頭上安裝有水聲測距儀和液位(水壓)傳感器；所述數(shù)據(jù)處理與控制子系統(tǒng)，包括CPU及與其相連的通訊模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、輸入輸出控制模塊，用于處理測量數(shù)據(jù)、控制測量頭的提放、人機(jī)交互響應(yīng)，以及監(jiān)控系統(tǒng)工作狀態(tài)。進(jìn)一步，所述顯示與操作面板，包括顯示屏、三色指示燈、聲光報(bào)警裝置和功能按鍵組；所述顯示屏用來顯示所述檢測系統(tǒng)的狀態(tài)信息和測量結(jié)果；所述三色指示燈用來指示所述檢測系統(tǒng)的工作狀態(tài)；所述聲光報(bào)警裝置用來提示所述檢測系統(tǒng)故障；所述功能按鍵組用來接受用戶數(shù)據(jù)輸入或操作指令輸入。進(jìn)一步，所述鋼絲繩為柔性鋼絲繩，所述測量頭連接帶有配重。進(jìn)一步，所述鋼絲繩測量裝置為光電轉(zhuǎn)速編碼器，用于測量鋼絲繩入水長度。本發(fā)明的有益效果是，可安裝在測量船上用于執(zhí)法時(shí)動態(tài)實(shí)時(shí)檢測航行中船舶的吃水深度，提高了檢測效率和精度，降低了檢測成本和勞動強(qiáng)度。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述
圖I示出了航行船舶超吃水自動檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意 圖2示出了航行船舶超吃水自動檢測系統(tǒng)的測量原理圖。
具體實(shí)施例方式以下將對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。參見圖1，本實(shí)施例所述航行船舶超吃水自動檢測系統(tǒng)包括測量頭、測量頭提放子系統(tǒng)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)通訊接口、數(shù)據(jù)處理與控制子系統(tǒng)以及顯示與操作面板。本實(shí)施例所述測量頭為所述檢測系統(tǒng)的核心測量部件，包括用來探測被測船船底的單波束小波束角水聲測距儀和用來測量水深的液位(水壓)傳感器，以及固定裝置，必要時(shí)還包括配重或鉛魚。測量頭上的水聲測距儀探測被測船舶的底部，通過測量頭上的液位傳感器獲得被測船舶的吃水深度，利用配重和測量頭的重力克服測量船搖晃引入的測量誤差。測量頭提放子系統(tǒng)包括底盤部分、支架部分和傳動部分，以及懸吊裝置、鋼絲繩、導(dǎo)向滑輪、電纜卷筒等。傳動部分包括電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動器、電機(jī)控制器和光電轉(zhuǎn)速編碼器，以及制動裝置、鎖緊裝置、限位裝置、變速裝置等。光電轉(zhuǎn)速編碼器用來測量鋼絲繩入水長度以輔助計(jì)算吃水深度和判斷測量頭故障。 本實(shí)施例所述測量頭提放子系統(tǒng)選用定制的雙卷筒船用電動水文絞車，并加裝電纜卷筒和光電轉(zhuǎn)速編碼器。光電轉(zhuǎn)速編碼器用來測量鋼絲繩入水長度，以輔助計(jì)算吃水深度和判斷測量頭故障。雙卷筒船用電動水文絞車的主要工作參數(shù)為電制AC380V/50HZ，額定拉力2kN,額定繩速> 9m/min,鋼絲繩直徑,容繩量20m。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集器，用來實(shí)時(shí)采集和傳送水聲測距儀和液位(水壓)傳感器的數(shù)據(jù)，本實(shí)施例選用與所述數(shù)據(jù)處理與控制子系統(tǒng)中的控制器相匹配的模塊化工業(yè)級高精度高速AD模塊。數(shù)據(jù)通訊接口用來變換上述數(shù)據(jù)，并將其傳送至工業(yè)控制器，本實(shí)施例選用485串行通訊接口。數(shù)據(jù)處理與控制子系統(tǒng)，包括控制器和測量模塊，用來實(shí)時(shí)處理測量數(shù)據(jù)、控制測量頭的提放、人機(jī)交互響應(yīng)，以及實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)工作狀態(tài)。控制器包括電源模塊、CPU模塊、通訊模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、輸入輸出模塊。本實(shí)施例所述控制器選用西門子S7-200系列PLC0測量模塊包括數(shù)據(jù)分析與處理部分、誤差分析與補(bǔ)償部分、電氣控制部分、人機(jī)交互部分。顯示與操作面板，包括顯示屏、三色指示燈、聲光報(bào)警裝置和功能按鍵組。顯示屏用來顯示所述檢測系統(tǒng)的狀態(tài)信息和測量結(jié)果；所述三色指示燈用來指示檢測系統(tǒng)的工作狀態(tài)(系統(tǒng)測試指示、正在工作指示、檢測完成指示)；聲光報(bào)警裝置用來提示所述檢測系統(tǒng)故障；功能按鍵組用來接受用戶數(shù)據(jù)輸入或操作指令輸入。本實(shí)施例所述功能按鍵組選用非編碼4X4鍵盤，包括10個(gè)數(shù)字和6個(gè)功能按鍵。作為對本實(shí)施例的改進(jìn)，其顯示屏可采用觸摸屏，兼具輸入功能。其測量原理是將帶有配重的測量頭正對被測船船舷隨鋼絲繩平緩地放入水中，測量頭中的單波束水聲測距儀實(shí)時(shí)地向被測船船舷發(fā)送超聲波，測量頭中的壓力傳感器實(shí)時(shí)地記錄當(dāng)前所處水深，當(dāng)水聲測距儀測得的距離突然變大或其超聲回波能量突然衰減時(shí)，表明已探測到被測船的船底，對此時(shí)壓力傳感器所測得的水深適當(dāng)修正后即可得到被測船舶的吃水深度。在測量頭重力作用下，柔軟的鋼絲繩可克服大部分由測量船搖晃引入的測量誤差，從而不必配置昂貴的船舶姿態(tài)儀校正系統(tǒng)。參見圖2，本實(shí)施例的航行船舶超吃水系統(tǒng)的檢測過程為
1)將測量頭正對被測船船舷隨鋼絲繩由電動絞車平緩地放入水中，數(shù)據(jù)處理與控制子系統(tǒng)開始實(shí)時(shí)記錄所述測量頭處水深h和所述水聲測距儀測得的距離d ；
2)數(shù)據(jù)處理與控制子系統(tǒng)根據(jù)所述水聲測距儀測得的距離及其超聲回波能量實(shí)時(shí)判斷是否檢測被測船舶底部；
3)當(dāng)h大于航道維護(hù)水深，但所述檢測系統(tǒng)仍未檢測到被測船舶底部，則可初步判定該被測船舶超吃水；
4)當(dāng)檢測到被測船舶底部時(shí)，由此時(shí)的h和d根據(jù)下式計(jì)算被測船舶的吃水深度
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kr = k-d~ + &k 2式中a力所述單波束水聲測距儀的換能器波束角，AA為修正量，其大小、正負(fù)與所述檢測系統(tǒng)的實(shí)船安裝情況以及測量時(shí)的氣象、水文條件有關(guān)。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選，并不用于限制本發(fā)明，顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。倘若對本發(fā)明的這些改動和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明了意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種航行船舶超吃水自動檢測系統(tǒng)，包括測量頭、測量頭提放子系統(tǒng)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)通訊接口、數(shù)據(jù)處理與控制子系統(tǒng)和顯示與操作面板；其特征在于，所述測量頭提放子系統(tǒng)上包括電動絞車、導(dǎo)向滑輪、鋼絲繩和鋼絲繩測量裝置；所述測量頭連接在測量頭提放子系統(tǒng)的鋼絲繩上；所述實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集器的輸入端與測量頭連接，其輸出端通過數(shù)據(jù)通訊接口與數(shù)據(jù)處理與控制子系統(tǒng)連接；所述數(shù)據(jù)處理與控制子系統(tǒng)與顯示與操作面板連 接；所述測量頭上安裝有水聲測距儀和液位傳感器；所述數(shù)據(jù)處理與控制子系統(tǒng)，包括CPU及與其相連的通訊模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、輸入輸出控制模塊，用于處理測量數(shù)據(jù)、控制測量頭的提放、人機(jī)交互響應(yīng)，以及監(jiān)控系統(tǒng)工作狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種航行船舶超吃水自動檢測系統(tǒng)，其特征在于，通過所述測量頭上的水聲測距儀探測被測船舶的底部，通過所述測量頭上的液位傳感器獲得被測船舶的吃水深度。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種航行船舶超吃水自動檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述鋼絲繩為柔性鋼絲繩，所述測量頭連接帶有配重。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種航行船舶超吃水自動檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述鋼絲繩測量裝置為光電轉(zhuǎn)速編碼器，用于測量鋼絲繩入水長度。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種航行船舶超吃水自動檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述顯示與操作面板，包括顯示屏、三色指示燈、聲光報(bào)警裝置和功能按鍵組；所述顯示屏用來顯示所述檢測系統(tǒng)的狀態(tài)信息和測量結(jié)果；所述三色指示燈用來指示所述檢測系統(tǒng)的工作狀態(tài)；所述聲光報(bào)警裝置用來提示所述檢測系統(tǒng)故障；所述功能按鍵組用來接受用戶數(shù)據(jù)輸入或操作指令輸入。
全文摘要
本發(fā)明公開一種航行船舶超吃水自動檢測系統(tǒng)，包括測量頭、測量頭提放子系統(tǒng)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)通訊接口、數(shù)據(jù)處理與控制子系統(tǒng)和顯示與操作面板；所述測量頭連接在測量頭提放子系統(tǒng)的鋼絲繩上；所述實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集器的輸入端與測量頭連接，其輸出端通過數(shù)據(jù)通訊接口與數(shù)據(jù)處理與控制子系統(tǒng)連接；所述數(shù)據(jù)處理與控制子系統(tǒng)與顯示與操作面板連接；該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了航行中船舶(超)吃水非接觸式自動檢測，提高了檢測效率和精度，降低了檢測成本。
文檔編號B63B39/12GK102616346SQ20121006304
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月12日
發(fā)明者萬振剛, 張永林, 戴曉強(qiáng), 袁文華, 趙強(qiáng), 黃巧亮 申請人:江蘇舾普泰克自動化科技有限公司