一種航行船舶超吃水自動檢測系統的製作方法
2023-10-10 22:03:14 1
專利名稱：一種航行船舶超吃水自動檢測系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及船舶吃水檢測技術，特別是一種航行中船舶超吃水量的現場自動檢測系統。
背景技術：
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。「超吃水」是指國內內河部分船舶為追求經濟利益，超過航道維護水深標準裝載航行，或由於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，還可能造成擱淺後，改變水流方向，造成泥沙淤積等不利情況，進而破壞航道，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、雷射水位計、壓力傳感器、聲納或雷射成像等，但存在主觀因素大、檢測精度低、自動化程度不高、勞動強度較大、裝置或系統成本較高、使用維護不便等缺點。如專利號為ZL200720106838. 4的中國實用新型專利「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量儀器，授權公告號為CN200985088Y的中國實用新型專利「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施檢測，但實際執法中，讓航行中的船舶停下接受檢測，顯然不現實。而授權公告號為CN201989930U的中國實用新型專利「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，以及授權公告號為CN201980396U的中國實用新型專利「船舶吃水深度採集系統」中提供的一種基於壓力傳感器的船舶吃水深度採集系統，則直接安裝在被檢測船舶上，這顯然也無法適用於執法檢查。也有提到不影響通航的現場檢測方法，如公開號為CN101216338A的中國發明專利「一種船舶排水量測量裝置及其測量方法」中使用固定安裝於河床及河岸水下部分的測量裝置，授權公告號為CN101628612A的中國發明專利「船舶吃水超限預警系統及預警方法」中提到的通過在閘道水下設置一個可上下升降的水平杆，檢測水平杆與船底接觸時的高度進行吃水超限報警的方法，以及授權公告號為CN201800887U的中國實用新型專利「一種基於超聲波傳感器的船舶吃水深度超限預警系統」中提到的一種基於超聲波傳感器並輔以視頻的過閘船舶吃水深度超限預警系統，雖然能實現非接觸檢測，但由於水下情況複雜，檢測精度受漩渦、雜物等幹擾程度大，其裝置的安裝和維護不方便，而且如果對「起吃水」船舶進入引航道或閘道後才檢測，則航道破壞可能會既成事實。還有使用圖像處理算法計算船舶吃水深度的，如申請公布號為CN101913415A的中國發明專利「船舶吃水動態檢測系統及檢測方法」提供一種利用水下雷射陣列和水下攝像機的船舶吃水動態檢測系統及檢測方法，但由於長江水質比較渾濁，泥沙含量較高，能見度極低，在這種環境下雷射的有效探測距離以及雷射成像設備的有效視距是否滿足超吃水動態檢測的要求還須通過大量實驗來驗證，且其系統成本較高，安裝和維護也不太方便。因此，亟需研究開發一種經濟實用的航行中船舶超吃水實時自動檢測系統及檢測方法。
發明內容
本發明提供了一種適用於航道管理部門快速檢測要求的、經濟實用的航行中船舶超吃水實時自動檢測系統，該系統可安裝於檢測船上，在任意航段對航行中船舶的吃水進行現場自動檢測。本發明的技術方案是一種航行船舶超吃水自動檢測系統，包括測量頭、測量頭提放子系統、實時數據採集器、數據通訊接口、數據處理與控制子系統和顯示與操作面板；所述測量頭提放子系統上包括電動絞車、導向滑輪、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的鋼絲繩上；所述實時數據採集器的輸入端與測量頭連接，其輸出端通過數據通訊接口與數據處理與控制子系統連接；所述數據處理與控制子系統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；所述數據處理與控制子系統，包括CPU及與其相連的通訊模塊、數據存儲模塊、輸入輸出控制模塊，用於處理測量數據、控制測量頭的提放、人機互動響應，以及監控系統工作狀態。進一步，所述顯示與操作面板，包括顯示屏、三色指示燈、聲光報警裝置和功能按鍵組；所述顯示屏用來顯示所述檢測系統的狀態信息和測量結果；所述三色指示燈用來指示所述檢測系統的工作狀態；所述聲光報警裝置用來提示所述檢測系統故障；所述功能按鍵組用來接受用戶數據輸入或操作指令輸入。進一步，所述鋼絲繩為柔性鋼絲繩，所述測量頭連接帶有配重。進一步，所述鋼絲繩測量裝置為光電轉速編碼器，用於測量鋼絲繩入水長度。本發明的有益效果是，可安裝在測量船上用於執法時動態實時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度。
下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述
圖I示出了航行船舶超吃水自動檢測系統的結構示意 圖2示出了航行船舶超吃水自動檢測系統的測量原理圖。
具體實施例方式以下將對本發明的實施例進行詳細的描述。參見圖1，本實施例所述航行船舶超吃水自動檢測系統包括測量頭、測量頭提放子系統、實時數據採集器、數據通訊接口、數據處理與控制子系統以及顯示與操作面板。本實施例所述測量頭為所述檢測系統的核心測量部件，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、導向滑輪、電纜捲筒等。傳動部分包括電機、電機驅動器、電機控制器和光電轉速編碼器，以及制動裝置、鎖緊裝置、限位裝置、變速裝置等。光電轉速編碼器用來測量鋼絲繩入水長度以輔助計算吃水深度和判斷測量頭故障。 本實施例所述測量頭提放子系統選用定製的雙捲筒船用電動水文絞車，並加裝電纜捲筒和光電轉速編碼器。光電轉速編碼器用來測量鋼絲繩入水長度，以輔助計算吃水深度和判斷測量頭故障。雙捲筒船用電動水文絞車的主要工作參數為電制AC380V/50HZ，額定拉力2kN,額定繩速> 9m/min,鋼絲繩直徑,容繩量20m。實時數據採集器，用來實時採集和傳送水聲測距儀和液位(水壓)傳感器的數據，本實施例選用與所述數據處理與控制子系統中的控制器相匹配的模塊化工業級高精度高速AD模塊。數據通訊接口用來變換上述數據，並將其傳送至工業控制器，本實施例選用485串行通訊接口。數據處理與控制子系統，包括控制器和測量模塊，用來實時處理測量數據、控制測量頭的提放、人機互動響應，以及實時監控系統工作狀態。控制器包括電源模塊、CPU模塊、通訊模塊、數據存儲模塊、輸入輸出模塊。本實施例所述控制器選用西門子S7-200系列PLC0測量模塊包括數據分析與處理部分、誤差分析與補償部分、電氣控制部分、人機互動部分。顯示與操作面板，包括顯示屏、三色指示燈、聲光報警裝置和功能按鍵組。顯示屏用來顯示所述檢測系統的狀態信息和測量結果；所述三色指示燈用來指示檢測系統的工作狀態(系統測試指示、正在工作指示、檢測完成指示)；聲光報警裝置用來提示所述檢測系統故障；功能按鍵組用來接受用戶數據輸入或操作指令輸入。本實施例所述功能按鍵組選用非編碼4X4鍵盤，包括10個數字和6個功能按鍵。作為對本實施例的改進，其顯示屏可採用觸控螢幕，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時地向被測船船舷發送超聲波，測量頭中的壓力傳感器實時地記錄當前所處水深，當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，表明已探測到被測船的船底，對此時壓力傳感器所測得的水深適當修正後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儀校正系統。參見圖2，本實施例的航行船舶超吃水系統的檢測過程為
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，數據處理與控制子系統開始實時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)數據處理與控制子系統根據所述水聲測距儀測得的距離及其超聲回波能量實時判斷是否檢測被測船舶底部；
3)當h大於航道維護水深，但所述檢測系統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)當檢測到被測船舶底部時，由此時的h和d根據下式計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、正負與所述檢測系統的實船安裝情況以及測量時的氣象、水文條件有關。
以上所述僅為本發明的優選，並不用於限制本發明，顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。倘若對本發明的這些改動和變型屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍之內，則本發明了意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求
1.一種航行船舶超吃水自動檢測系統，包括測量頭、測量頭提放子系統、實時數據採集器、數據通訊接口、數據處理與控制子系統和顯示與操作面板；其特徵在於，所述測量頭提放子系統上包括電動絞車、導向滑輪、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的鋼絲繩上；所述實時數據採集器的輸入端與測量頭連接，其輸出端通過數據通訊接口與數據處理與控制子系統連接；所述數據處理與控制子系統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；所述數據處理與控制子系統，包括CPU及與其相連的通訊模塊、數據存儲模塊、輸入輸出控制模塊，用於處理測量數據、控制測量頭的提放、人機互動響應，以及監控系統工作狀態。
2.根據權利要求I所述的一種航行船舶超吃水自動檢測系統，其特徵在於，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.根據權利要求I所述的一種航行船舶超吃水自動檢測系統，其特徵在於，所述鋼絲繩為柔性鋼絲繩，所述測量頭連接帶有配重。
4.根據權利要求I所述的一種航行船舶超吃水自動檢測系統，其特徵在於，所述鋼絲繩測量裝置為光電轉速編碼器，用於測量鋼絲繩入水長度。
5.根據權利要求I所述的一種航行船舶超吃水自動檢測系統，其特徵在於，所述顯示與操作面板，包括顯示屏、三色指示燈、聲光報警裝置和功能按鍵組；所述顯示屏用來顯示所述檢測系統的狀態信息和測量結果；所述三色指示燈用來指示所述檢測系統的工作狀態；所述聲光報警裝置用來提示所述檢測系統故障；所述功能按鍵組用來接受用戶數據輸入或操作指令輸入。
全文摘要
本發明公開一種航行船舶超吃水自動檢測系統，包括測量頭、測量頭提放子系統、實時數據採集器、數據通訊接口、數據處理與控制子系統和顯示與操作面板；所述測量頭連接在測量頭提放子系統的鋼絲繩上；所述實時數據採集器的輸入端與測量頭連接，其輸出端通過數據通訊接口與數據處理與控制子系統連接；所述數據處理與控制子系統與顯示與操作面板連接；該系統實現了航行中船舶(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 優先權日2012年3月12日
發明者萬振剛, 張永林, 戴曉強, 袁文華, 趙強, 黃巧亮 申請人:江蘇舾普泰克自動化科技有限公司