專(zhuān)利名稱(chēng)：側(cè)掃聲納測(cè)量船舶噸位的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種側(cè)掃聲納測(cè)量船舶噸位的方法。
背景技術(shù)：
根據(jù)《中華人民共和國(guó)航道管理?xiàng)l例實(shí)施細(xì)則》(2009年)和《江蘇省船舶過(guò)閘費(fèi) 征收和使用辦法》(1997年)，船舶過(guò)閘時(shí)，應(yīng)按船舶的實(shí)載噸位向航政部門(mén)繳納相應(yīng)的船舶 過(guò)閘費(fèi)。目前，國(guó)內(nèi)多數(shù)船閘對(duì)船舶噸位的認(rèn)定主要是依據(jù)航行證件為主，并結(jié)合人工測(cè)量 為輔的方式進(jìn)行，即根據(jù)船載證書(shū)的總噸位、船體的載重線(xiàn)和實(shí)際吃水深度估計(jì)該船的實(shí) 載噸位。該方式存在著以下問(wèn)題1、水運(yùn)行業(yè)超載過(guò)載現(xiàn)象屢禁不止，極易引發(fā)船間安全事故并危及航道及航道設(shè) 施的安全；2、不法分子腐蝕收買(mǎi)測(cè)量人員，與其沆瀣一氣，肆意虛報(bào)船舶實(shí)載噸位，逃避應(yīng)當(dāng) 繳納的費(fèi)用，造成國(guó)家規(guī)費(fèi)的大量流失和貪污腐敗猖獗；3、不法船主可采用多裝和逃避規(guī)費(fèi)的辦法減少成本，使得合法繳費(fèi)的船戶(hù)失去市 場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，擾亂水運(yùn)市場(chǎng)的正常秩序。中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)200610011508. 7公開(kāi)的方案是在航道測(cè)量段兩側(cè)河床壁上設(shè)置 分離的聲納探頭陣列，利用超聲測(cè)距原理，通過(guò)Kalman濾波算法對(duì)各個(gè)傳感器采集船體反 射回波的距離信息實(shí)現(xiàn)信息融合，采用最小二乘擬合曲線(xiàn)計(jì)算船體水下部分近似截面積， 最終結(jié)合速度傳感器測(cè)得的船速，將諸多近似截面進(jìn)行船速方向上的積分獲得其實(shí)際排水 量噸位的測(cè)量方法。然而文獻(xiàn)所提出的方法較為理論化，缺乏實(shí)用性和可靠性的考慮，主要 存在以下幾項(xiàng)問(wèn)題1、混響嚴(yán)重，聲納探頭難以準(zhǔn)確獲得其與船體之間的準(zhǔn)確距離。在航道兩側(cè)設(shè)置 的眾多聲納探頭，在沒(méi)有進(jìn)行波束控制、波束形成的情況下。以同一聲頻率無(wú)指向性的發(fā)射 聲波，聲波將在船體壁和航道壁之間反射并產(chǎn)生嚴(yán)重的混響，聲納探頭難以正常工作；2、系統(tǒng)難以長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定的工作。水體環(huán)境中水流的沖擊、鹽分的侵蝕、淤泥的沉 降和水生物的活動(dòng)等因素會(huì)使為數(shù)眾多的聲納探頭的可靠性和續(xù)航能力受到嚴(yán)重的影響。 聲納探頭設(shè)置在水下，保養(yǎng)和維護(hù)較為困難，當(dāng)一定數(shù)量的聲納探頭發(fā)生故障將導(dǎo)致測(cè)量 的重大誤差或系統(tǒng)的癱瘓；3、抗干擾能力差。如果水文環(huán)境出現(xiàn)較大變化、水體中出現(xiàn)漂浮物、渦流或魚(yú)群等 障礙物時(shí)，聲納傳感器采集的距離數(shù)據(jù)將出現(xiàn)較多野點(diǎn)，測(cè)量結(jié)果容易出現(xiàn)較大偏差；4、系統(tǒng)架構(gòu)龐大復(fù)雜，響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)。每一次的測(cè)量需要等待每一個(gè)探頭傳回的數(shù) 據(jù)才能進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算，后續(xù)算法步驟較多，計(jì)算量偏大，系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)。在水介質(zhì)中聲波是傳播的最佳能量形式，聲納已作為探測(cè)水下目標(biāo)的最佳設(shè)備得 到廣泛應(yīng)用，尤其是20世紀(jì)60年代之后，聲納成像技術(shù)及以側(cè)掃聲納為代表的聲成像設(shè)備 的出現(xiàn)，使得測(cè)量結(jié)果能夠以水聲圖像的形式輸出，對(duì)水下目標(biāo)的探測(cè)更為有效和直觀(guān)。其 成像原理是通過(guò)拖魚(yú)所載換能器發(fā)射超聲波，聲波在具有不同聲阻抗的介質(zhì)分界面上發(fā)生的反射，換能器接收并對(duì)反向散射回波時(shí)間的自然順序檢測(cè)，記錄回波信號(hào)的能量與回波 角度，計(jì)算機(jī)軟件根據(jù)生成聲波回波強(qiáng)度及其他測(cè)量參數(shù)的灰度水聲圖像。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種實(shí)用性和可靠較好的側(cè)掃聲納測(cè)量船舶噸 位的方法，適于為船舶噸位測(cè)量提供準(zhǔn)確可信的信息，進(jìn)而為船舶過(guò)閘收費(fèi)提供可靠的依 據(jù)。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種側(cè)掃聲納測(cè)量船舶噸位的方法，其特點(diǎn) 是包括當(dāng)光電傳感器探測(cè)到有船舶經(jīng)過(guò)的信號(hào)，啟動(dòng)設(shè)置于水下的拖魚(yú)開(kāi)始工作，對(duì)測(cè)量 水域進(jìn)行掃側(cè)，獲得船舶水下部分的水聲圖像；同時(shí)測(cè)出船舶航行速度和通過(guò)時(shí)間，依據(jù)船速與通過(guò)時(shí)間的乘積計(jì)算出船體的長(zhǎng) 度；與拖魚(yú)相連的計(jì)算機(jī)得出測(cè)量區(qū)域的水聲圖像，再對(duì)其進(jìn)行圖像處理提取出被測(cè) 船舶的聲遮擋陰影，并根據(jù)投影關(guān)系結(jié)合測(cè)量環(huán)境參數(shù)獲得船體的吃水深度和水線(xiàn)下船體 寬度；根據(jù)船體長(zhǎng)度、吃水深度、水線(xiàn)下船體寬度、以及船載證書(shū)所標(biāo)的該船舶的方模系數(shù)， 計(jì)算出該船舶的總噸位；總噸位與船載證書(shū)所標(biāo)的該船舶的凈噸位之差即為該船舶的實(shí)載 噸位。進(jìn)一步，所述計(jì)算機(jī)對(duì)水聲圖像進(jìn)行圖像處理時(shí)，計(jì)算機(jī)對(duì)采集到的圖像處理包 含列向灰度修正處理，常量迭代去卷積處理，中值濾波處理對(duì)水聲圖像的噪點(diǎn)進(jìn)行去除，直 方圖均衡化處理對(duì)陰影進(jìn)行增強(qiáng)，Log算子銳化提取出所需陰影。進(jìn)一步，所述根據(jù)投影關(guān)系結(jié)合測(cè)量環(huán)境參數(shù)獲得船體的吃水深度和水線(xiàn)下船體 寬度時(shí)，以水聲圖像上標(biāo)距線(xiàn)為參考，測(cè)量環(huán)境參數(shù)包括拖魚(yú)安放時(shí)距離水面深度、測(cè)量水 域水體密度。進(jìn)一步，設(shè)被測(cè)船舶上一點(diǎn)S在三維地理坐標(biāo)系V下坐標(biāo)為(Sx，Sy, Sz)；船舶在聲 波的照射下，所述點(diǎn)S在平面P上的像點(diǎn)為S’，在平面P中建立二維坐標(biāo)系k，原點(diǎn)及坐標(biāo) 軸均與坐標(biāo)系V重合；設(shè)點(diǎn)S”在所述坐標(biāo)系k下坐標(biāo)為(Sx”，S/')，作所述點(diǎn)S在投影面P 中的投影點(diǎn)S' (S' x，s' y)；根據(jù)投影關(guān)系，點(diǎn)s(sx，sy，sz)的坐標(biāo)為
權(quán)利要求
1.一種側(cè)掃聲納測(cè)量船舶噸位的方法，其特征在于包括當(dāng)光電傳感器探測(cè)到有船舶經(jīng)過(guò)的信號(hào)，啟動(dòng)設(shè)置于水下的拖魚(yú)開(kāi)始工作，對(duì)測(cè)量水 域進(jìn)行掃側(cè)，獲得船舶水下部分的水聲圖像；同時(shí)測(cè)出船舶航行速度和通過(guò)時(shí)間，依據(jù)船速與通過(guò)時(shí)間的乘積計(jì)算出船體的長(zhǎng)度；與拖魚(yú)相連的計(jì)算機(jī)得出測(cè)量區(qū)域的水聲圖像，再對(duì)其進(jìn)行圖像處理提取出被測(cè)船 舶的聲遮擋陰影，并根據(jù)投影關(guān)系結(jié)合測(cè)量環(huán)境參數(shù)獲得船體的吃水深度和水線(xiàn)下船體寬 度；根據(jù)船體長(zhǎng)度、吃水深度、水線(xiàn)下船體寬度、以及船載證書(shū)所標(biāo)的該船舶的方模系數(shù)，計(jì) 算出該船舶的總噸位；總噸位與船載證書(shū)所標(biāo)的該船舶的凈噸位之差即為該船舶的實(shí)載噸位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的側(cè)掃聲納測(cè)量船舶噸位的方法，其特征在于所述計(jì)算機(jī)對(duì) 水聲圖像進(jìn)行圖像處理時(shí)，計(jì)算機(jī)對(duì)采集到的圖像處理包含列向灰度修正處理，常量迭代 去卷積處理，中值濾波處理對(duì)水聲圖像的噪點(diǎn)進(jìn)行去除，直方圖均衡化處理對(duì)陰影進(jìn)行增 強(qiáng)，Log算子銳化提取出所需陰影。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的側(cè)掃聲納測(cè)量船舶噸位的方法，其特征在于所述根據(jù) 投影關(guān)系結(jié)合測(cè)量環(huán)境參數(shù)獲得船體的吃水深度和水線(xiàn)下船體寬度時(shí)，以水聲圖像上標(biāo)距 線(xiàn)為參考，測(cè)量環(huán)境參數(shù)包括拖魚(yú)安放時(shí)距離水面深度、測(cè)量水域水體密度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的側(cè)掃聲納測(cè)量船舶噸位的方法，其特征在于設(shè)被測(cè)船 舶上一點(diǎn)S在三維地理坐標(biāo)系V下坐標(biāo)為(Sx，Sy, Sz)；船舶在聲波的照射下，所述點(diǎn)S在 平面P上的像點(diǎn)為S’，在平面P中建立二維坐標(biāo)系k，原點(diǎn)及坐標(biāo)軸均與坐標(biāo)系V重合；設(shè) 點(diǎn)S”在所述坐標(biāo)系k下坐標(biāo)為(Sx”，Sy”)，作所述點(diǎn)S在投影面P中的投影點(diǎn)S' (S' x， S' y)；根據(jù)投影關(guān)系，點(diǎn)S (Sx, Sy, Sz)的坐標(biāo)為
全文摘要
本發(fā)明涉及一種側(cè)掃聲納測(cè)量船舶噸位的方法，其包括當(dāng)光電傳感器探測(cè)到有船舶經(jīng)過(guò)的信號(hào)，啟動(dòng)設(shè)置于水下的拖魚(yú)開(kāi)始工作，對(duì)測(cè)量水域進(jìn)行掃側(cè)，獲得船舶水下部分的水聲圖像；同時(shí)測(cè)出船舶航行速度和通過(guò)時(shí)間，依據(jù)船速與通過(guò)時(shí)間的乘積計(jì)算出船體的長(zhǎng)度；與拖魚(yú)相連的計(jì)算機(jī)得出測(cè)量區(qū)域的水聲圖像，再對(duì)其進(jìn)行圖像處理提取出被測(cè)船舶的聲遮擋陰影，并根據(jù)投影關(guān)系結(jié)合測(cè)量環(huán)境參數(shù)獲得船體的吃水深度和水線(xiàn)下船體寬度；根據(jù)船體長(zhǎng)度、吃水深度、水線(xiàn)下船體寬度、以及船載證書(shū)所標(biāo)的該船舶的方模系數(shù)，計(jì)算出該船舶的總噸位；總噸位與船載證書(shū)所標(biāo)的該船舶的凈噸位之差即為該船舶的實(shí)載噸位。
文檔編號(hào)G01S15/89GK102107723SQ201110081188
公開(kāi)日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2011年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月31日
發(fā)明者莊燕濱, 朱宇光, 范新南, 鄔佳偉 申請(qǐng)人:常州工學(xué)院