一種船載式船舶吃水自動檢測系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及測量領域，具體地涉及一種船載式船舶吃水自動檢測系統(tǒng).
【背景技術】
[0002]隨著長江等河流航運量的不斷增大，船舶發(fā)展呈大型化發(fā)展趨勢，吃水也越來越深。船舶擱淺事故時有發(fā)生，不僅破壞航道嚴重威脅航運安全，也影響了通航效率.造成船舶擱淺的原因是多方面的，其中最為嚴重的是超吃水，即船舶實際裝載吃水超過航道部門公布的航道維護水深。
[0003]造成船舶超吃水的原因是多方面的，既有客觀原因，也有主觀原因?？陀^上上下游不同航道水位深淺不同，同一航道不同時期允許通航船舶的最大吃水根據(jù)水位的變化也經常進行調整。船舶為了安全通航就需要?？看a頭卸載貨物，延長了交貨時間。主觀上，個別船東為了追求利益的最大化，采取謊報、瞞報吃水甚至私自篡改吃水線逃避執(zhí)法部門的檢查，置國家航運超載禁令于不顧，不僅給相關通航船舶的安全帶來了隱患，也嚴重影響了通航效率。
[0004]治理船舶吃水問題的關鍵在于對船舶吃水進行檢測，傳統(tǒng)方式就是在船舶上設置吃水線，通過目測來判斷船舶的吃水量，這種吃水檢測的方式單純的依靠人力且可能存在船舶吃水線標尺模糊，甚至遭到人為的修改，船舶吃水檢測不準確。另一方面這種方式需要船舶靠岸進行檢查，影響船舶的正常航行，大大降低了工作效率。在可以有效地提高工作效率又不影響船舶正常航行的前提下可以采取相關的技術手段對船舶吃水進行檢測，實現(xiàn)對船舶吃水進行實時監(jiān)控和預警，從而減少船舶擱淺、觸礁等安全事故的發(fā)生，保障了航道的安全，
[0005]現(xiàn)有的船舶吃水檢測方法主要有以下幾種:
[000?] —、壓力傳感器法
[0007]該方法是將利用水壓隨著水深變化而變化的原理設計而成。在船舶空載時，將壓力傳感器安裝在船體外側，當船舶裝載貨物以后，壓力傳感器隨船體下沉，壓力傳感器的讀數(shù)發(fā)生變化，反應了水壓的大小，通過科學計算即可得到水深的變化.該方法精度不高，而且將壓力傳感器安裝在船體外側，航行過程中容易造成損毀。
[0008]二、電子水尺
[0009]電子水尺采用了數(shù)據(jù)采集儀和數(shù)字顯示儀器相結合。其工作原理是利用水的導電特性測量兩電極的電位差，從而測量出水位數(shù)據(jù).該方法精度不高，而且該方法需要將電子水尺安裝在船體外側，電子水尺工作環(huán)境惡劣，容易導致傳感器損壞。
[0010]三、激光水位測量法
[0011]該方法主要是利用激光測距儀，由于激光有光速不變性、方向性好的特點，利用激光測量，以船體瓶邊為基準面，檢測船體主甲板到水面的距離，通過換算，計算出船舶吃水量。激光測距儀必須安裝在船上，無法實現(xiàn)離船對船舶吃水進行檢測。
[0012]四、基于圖像處理的水尺標記識別
[0013]通過攝像設備對船體外側的六個吃水線進行取像，并進行技術識別，獲取船舶的吃水數(shù)據(jù)，并進行相應計算，得到船舶的最終吃水情況。當環(huán)境因素十分惡劣比如霧天、風浪等或者吃水線遭到損壞都將影響圖像的識別，影響識別經度甚至出現(xiàn)算法的失效。
[0014]五、聲納測量技術
[0015]聲納測量是對水下的物體進行監(jiān)測的有效方法。在航道維護工作中主要應用于水下地形測量、水下障礙物、沉船探測和水下工程設施測量。針對目前長江船舶的水下部分的主要外型尺度，結合現(xiàn)有的測量技術手段及設備、測量計算機軟件的應用和開發(fā)、長江航道的自然條件特征等綜合因素，目前主要有三種基于聲納船舶吃水動態(tài)檢測方法:水底固定仰掃法、水底半浮仰掃法、水中固定側掃法。但是目前國內外對于利用聲納技術對船舶吃水進行檢測方法與系統(tǒng)的研究很少，且聲納裝置種類繁多，現(xiàn)在尚沒有檢測船舶吃水的聲納裝置與方法，主要有以下幾種聲納檢測裝置:
[0016]I)水底固定法
[0017]水底固定法是將多個掃描聲納排成一排固定在水底，掃描聲納向水面發(fā)射探測波束掃描從聲納上方經過的船舶，形成船底殼的圖像輪廓，從而判斷船舶吃水深度。采用這種方式的優(yōu)點是測量精度高.但是，這種方式應用于長江水上運輸船舶吃水檢測存在的問題是容易被江水中的游泥覆蓋，或者被水草、水中垃圾遮蔽，且被覆蓋、遮蔽后不容易清除，后期維護困難。
[0018]2)可移動水底半浮式仰掃描檢測法
[0019]可移動水底半浮式仰掃描檢測法是將掃描聲納架設在水中的飛魚上，飛魚在水中保持姿勢平穩(wěn)，聲納換能器垂直向上發(fā)射探測波束，當船舶從飛魚上方經過時，掃描聲納形成船底殼的聲納圖像，通過水底線纜傳輸?shù)桨渡系穆暭{處理中心進行分析。采用可移動水底半浮式仰掃描檢測法的優(yōu)點是檢測點的設置方便靈活，便于維護。但測量過程中容易被水草、水中垃圾遮蔽，可靠性不高。
[0020]3)水中固定側掃描法
[0021]水中固定側掃描法是將側掃聲納發(fā)射陣列和接受陣列分別安裝在兩座橋墩上，發(fā)射陣列與接收陣列是一一對應關系。當有船舶經過時，靠近水面部分發(fā)射聲納的信號被船舶遮擋無法到達接收陣列，根據(jù)可收到信號的聲納陣列的深度可以判斷船舶吃水深度。這種方式的優(yōu)點是安裝時不影響航道通航，對航道水深沒有特別要求，且維護保養(yǎng)方便。缺點如下:①該裝置必須安裝在橋梁橋墩或者航道兩邊的固定的建筑物上，在淺水航道上游難以找到合適的橋梁供安裝;②當前長江上的橋梁跨度普遍很大，一般在10-SOOm之間，在如此大的橋梁跨度下，聲納陣列對準存在很大的難度;③在進行船舶吃水檢測時，容易受到水中懸浮物如水草、塑料袋以及船舶航行時螺旋槳產生的氣泡的影響。

【發(fā)明內容】

[0022]本發(fā)明為了解決上述提到的現(xiàn)有的船舶吃水檢測存在的缺點，提供一種船載式船舶吃水自動檢測系統(tǒng)，其基于聲納技術實現(xiàn)測距，充分發(fā)揮聲波在水中傳導速度快、衰減慢的優(yōu)勢，克服光電、激光、紅外、雷達等方式在水中快速衰減的問題。測距設備采用機動式部署，可以高效靈活的完成對被檢測船舶吃水信息的測量，克服了固定式吃水檢測裝置部署困難、信號易被遮蓋屏蔽、不利于后期維護等缺點。
[0023]具體地，本發(fā)明提供一種船載式船舶吃水自動檢測系統(tǒng)，其包括船載檢測裝置以及遠程管理系統(tǒng)，
[0024]所述船載檢測裝置設置在檢測船上，用于獲取被檢測船舶的吃水數(shù)據(jù)，所述船載檢測裝置包括高密度聲納陣列、船間距測量裝置、船舶定位裝置、船舶自動識別裝置、視頻取證裝置以及數(shù)據(jù)采集裝置，
[0025]所述高密度聲納陣列通過陣列安裝機構安裝在檢測船上，
[0026]所述船間距測量裝置設置在所述聲納陣列附近，用于獲取檢測船與被檢測船舶之間的距離，
[0027]所述船舶定位裝置用于獲取檢測船的定位信息，
[0028]所述船舶自動識別裝置用于獲取被檢測船舶的定位信息及尺度信息，
[0029]所述視頻取證裝置用于獲取被檢測船舶的取證影像信息，
[0030]所述數(shù)據(jù)采集裝置用于獲取被檢測船舶的吃水相關數(shù)據(jù)。
[0031]優(yōu)選地，所述船舶定位裝置、所述船舶自動識別裝置以及所述視頻取證裝置分別設置在檢測船的頂層甲板的合適位置，所述數(shù)據(jù)采集裝置設置在檢測船的駕駛甲板合適位置。
[0032]優(yōu)選地，所述高密度聲納陣列包括發(fā)射聲信號的發(fā)射陣和接收反射回聲信號的接收陣，
[0033]所述發(fā)射陣發(fā)出一個垂直于航跡的扇形波束，所述接收陣接收回波信號，經延時或相移后后相加求和，形成幾十個或者數(shù)百個相鄰的波束。
[0034]優(yōu)選地，所述發(fā)射陣的扇形波束的開角為60°?150°，航跡方向的開角為0.5°?
5。，
[0035]所述接收陣形成的波束的開角為1°?3°，垂直于航跡的開角為0.5°?3°。
[0036]優(yōu)選地，所述視頻取證裝置，采用光電跟蹤的方式獲取被檢測船舶影像，所述被檢測船舶影像包括船艏圖像、船名圖像以及吃水尺圖像，從被檢測船舶影像中能夠提取被檢測船舶水尺呈現(xiàn)的吃水數(shù)據(jù)。
[0037]優(yōu)選地，所述遠程管理系統(tǒng)包括遠程管理船載系統(tǒng)、遠程管理岸端中心系統(tǒng)和遠程管理岸端管理系統(tǒng)，
[0038]所述遠程管理船載系統(tǒng)從檢測船中獲取被檢船舶的相關檢測數(shù)據(jù)，通過無線遠程傳輸單元將數(shù)據(jù)傳輸至遠程管理岸端中心系統(tǒng)，岸端中心系統(tǒng)對相關數(shù)據(jù)進行解析、存儲并分發(fā)至遠程管理岸端管理系統(tǒng)，
[0039]所述遠程管理岸端管理系統(tǒng)實時遠程監(jiān)測檢測船舶的檢測過程，并可通過選定一定時間內存儲的數(shù)據(jù)進行檢測數(shù)據(jù)的回放，還可對歷史數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。
[0040]所述遠程管理船載系統(tǒng)通過本地通訊單元獲取經計算修正后的被檢船舶吃水值、本被檢測船舶的GPS、AIS信息、被檢船舶的影像信息等數(shù)據(jù)，經處理打包后由無線遠程傳輸單元將數(shù)據(jù)傳輸至遠程管理岸端中心系統(tǒng)，
[0041]所述遠程管理岸端中心系統(tǒng)負責管理整個系統(tǒng)中所有檢測船遠程管理船載系統(tǒng)和遠程管理岸端管理系統(tǒng)，負責數(shù)據(jù)的接收和分發(fā)以及存儲和分析。
[0042]所述遠程管理岸端管理系統(tǒng)可遠程對檢測船的實時工作動態(tài)進行實時監(jiān)測，并可對檢測船的工作歷史進行回溯、回放和統(tǒng)計分析。
[0043]優(yōu)選地，還包括上位機，所述上位機設置在檢測船舶內部，通過數(shù)據(jù)采集裝置與所述船間距