一种内河航道船舶吃水检测方法与装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种内河航道船舶吃水检测装置和方法，该方法通过锚具将平衡板固定在水面下，平衡板上架设发射机和声纳换能器，发射机发出的电信号由声纳换能器转换为声波，声纳换能器垂直向上发射声波探测波束，反射回的声波经过声纳换能器转换成电信号数据，该电信号数据通过线缆传送到水面上的声纳信息处理器，声纳信息处理器包括接收机、控制器、显示器，接收机接收线缆传送的电信号数据，控制器对所述电信号数据进行处理，得到船舶的吃水深度。本发明方法和装置在对内河航道中航行的船舶吃水深度进行检测时，实现了快速、准确的检测。
【专利说明】一种内河航道船舶吃水检测方法与装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及船舶吃水检测领域，尤其涉及一种内河航道船舶吃水检测方法与装 置。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着水路运输结构的调整，船舶标准化、专业化和大型化发展趋势明显， 船舶吃水也越来越深，船舶事故对于航道航运安全威胁日益严重，其中最为严重就是船舶 超吃水问题。为确保航道的安全畅通、保障船舶运行安全，干线船舶吃水检测需求也变得日 益迫切。目前船舶吃水量检测手段主要有人工检测和自动检测两类。一是人工观测，就是 依靠经过长期训练的观察人员通过观测船舶的水尺标志而获得船舶的实际吃水，进行人工 观测人工记录人工比对；二是自动检测，就是通过电子设备对船舶吃水进行检测，目前基本 上都基于容易实现的船舶水上部分测量，再通过与标准船型或标准水尺的比较，间接推断 船舶的实际吃水，主要方法有：（1)压力传感器法：将压力传感器安装在船舶空载吃水线的 位置上，利用水压的变化反映出水深的变化这一特性，当船舶载货后吃水变深，根据压力传 感器获得的数值，经过换算后，即可得出船舶的吃水深度；（2)电子水尺：其基本工作原理 是利用水的导电性，采用类似于人工观测水位的方法，它是自上而下依次读取每个感应触 点（即探针）的电导，在探测到探针和水面接触的位置，探针间的电导会突变增大从而确定 水位值；（3)激光水位计：其测量原理类似于超声波测量，利用光速的不变性，通过测量激 光束往返的时间，间接获得当时的水位信息。但以上检测手段主要使用目的是船主通过对 船舶自身的检验，了解船舶的载重量，用于计算其所获经济效益。这些设备一般安装在船体 上，设备的管理及其维修与船员的能力有很大关系，其检测效果受船体、船速的影响较大， 其检测结果的可靠性受人为因素影响。所以，现有检测船舶吃水程度的技术手段准确度较 低，不能满足船舶监督管理和船舶吃水控制现实的需要。
【发明内容】
[0003] 本发明提供一种内河航道船舶吃水检测方法与装置，实现对内河航道中航行的船 舶吃水深度的准确检测。
[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种内河航道船舶吃水检测方法， 该方法包括以下步骤，通过锚具将平衡板固定在水面下，平衡板上架设发射机和声纳换能 器，发射机发出的电信号由声纳换能器转换为声波，声纳换能器垂直向上发射声波探测波 束，反射回的声波经过声纳换能器转换成电信号数据，该电信号数据通过线缆传送到水面 上的声纳信息处理器，声纳信息处理器包括接收机、控制器、显示器，接收机接收线缆传送 的电信号数据，控制器对所述电信号数据进行处理，使用基于顺序统计的数据滤波算法得 到声纳换能器与船底之间的距离，同时在声纳换能器上设置压力传感器，与声纳换能器配 合测得声纳换能器与水面之间的距离，将声纳换能器与水面之间的距离和声纳换能器与船 底之间的距离相减，得到船舶的吃水深度，显示在显示器上。
[0005] 按上述技术方案，所述得到声纳换能器与船底之间的距离具体包 括以下步骤，通过多次测量得到若干个声纳换能器与船底之间的距离值，对 于第i次测量得到的距离值Y i, Yi的左离差为：Λ h = yi-yg，Yi的右离差 为：AyK = yi-yi+1，yi的离差为：Ay = ，卡尔曼滤波窗口的方差为：
【权利要求】
1. 一种内河航道船舶吃水检测方法，其特征在于，该方法包括W下步骤，通过销具将 平衡板固定在水面下，平衡板上架设发射机和声纳换能器，发射机发出的电信号由声纳换 能器转换为声波，声纳换能器垂直向上发射声波探测波束，反射回的声波经过声纳换能器 转换成电信号数据，该电信号数据通过线缆传送到水面上的声纳信息处理器，声纳信息处 理器包括接收机、控制器、显示器，接收机接收线缆传送的电信号数据，控制器对所述电信 号数据进行处理，使用基于顺序统计的数据滤波算法得到声纳换能器与船底之间的距离， 同时在声纳换能器上设置压力传感器，与声纳换能器配合测得声纳换能器与水面之间的距 离，将声纳换能器与水面之间的距离和声纳换能器与船底之间的距离相减，得到船舶的吃 水深度，显示在显示器上。
2. 根据权利要求1所述的内河航道船舶吃水检测方法，其特征在于，所述得到声纳换 能器与船底之间的距离具体包括W下步骤，通过多次测量得到若干个声纳换能器与船底之 间的距离值，对于第i次测量得到的距离值5V 的左离差为：= yi-yy，的右离差 为；= yi-yw，y;的离差为：Ay = AyL+Ay^, 七欠島滤淋窗n的古差责.
当Ay > 4rf时，判定Yi为偏深突变点；-^卸> 4<?'时，判定y;为偏浅突变点，使用基于顺 序统计的数据滤波算法，对为偏深突变点或者偏浅突变点的yi进行剔除，同时通过中值计 算得到被剔除的的计算值= med{yi_w，......，y;，......，y;J。其中，其中i、J 为自然数，A为yi的平均值，N为滤波窗口的大小，Ww为滤波窗口内点的集合。
3. 根据权利要求2所述的内河航道船舶吃水检测方法，其特征在于，所述平衡板固定 在距离水底0. 5?2. 5m高度处。
4. 根据权利要求1或2或3所述的内河航道船舶吃水检测方法，其特征在于，所述 在声纳换能器上设置压力传感器，与声纳换能器配合测得声纳换能器与水面之间的距离 具体步骤为，声纳换能器在一次探测中发射的声波探测波束的数量为n，n为自然数，声纳 换能器与船底之间的距离数据为化1，h2,......，h。}，声纳换能器采集的其到水面的距离 为Ui, 12,……，1。};所述设置在声纳换能器上的压力传感器的n次测量的数据为化1， &，......，H。};分别对化1，&，......，H。}、化1，h2,......，h。}和化1，&，......，HnKUi, I2,......，IJ进行中值计算得a、b、c，判断中值属于化1，]12,......，h。}和Ui, I2,......， 1。}哪一个区间，若属于前者所属的区间，则平衡板深度为H= (a+b)/2,若属于后者所属的 区间，则平衡板深度为H= (a+c)/2。
5. 根据权利要求4所述的内河航道船舶吃水检测方法，其特征在于，所述得到船舶的 吃水深度，包括识别船舶的吃水深度数据，具体包括W下步骤，其中声纳换能器在一次探测 中发射的声波探测波束的数量为n，n为自然数，i、j为小于n的自然数，船舶宽度窗口口限 为M，将声纳换能器在一次探测中测得的一峽数据{pi，P2,……，P。}减去平衡板深度H，得
到船舶吃水深度的一峽数据{山，92,?,……q。}，依次顺序检测该数据，若Qi > 0,则继续检 测屯4,若Qw > 0,则继续检测Qw对连续大于0的Qi的数目J进行记录，并判断Qi的右 离差是否小于yi的右离差界限C，若是，则记录数目j ;计算j与声波探测波束的测量截面 上2个相邻波束在目标上的间距的乘积，将得到的乘积值与船舶宽度窗口 口限为M相比较， 如果该乘积值大于M，则在该段连续Qi值中选取最大的值，为该峽数据的船舶的吃水深度。
6. 根据权利要求1所述的内河航道船舶吃水检测方法，其特征在于，通过航标引导使 船舶行驶路线经过平衡板上方。
7. -种内河航道船舶吃水检测装置，其特征在于，该装置包括平衡板、发射机、声纳换 能器、声纳信息处理器，其中平衡板通过销具固定在水面下，平衡板上架设发射机和声纳换 能器，发射机用于发射电信号，声纳换能器用于将电信号转换为声波，同时声纳换能器垂直 向上发射声波探测波束，反射回的声波经过声纳换能器转换成电信号数据，该电信号数据 通过线缆传送到水面上的声纳信息处理器；所述声纳信息处理器包括接收机、控制器、显示 器，其中所述接收机用于接收电信号数据，控制器对所述电信号数据进行处理，使用基于顺 序统计的数据滤波算法得到声纳换能器与船底之间的距离，同时在声纳换能器上设置压力 传感器，与声纳换能器配合测得声纳换能器与水面之间的距离，将声纳换能器与水面之间 的距离和声纳换能器与船底之间的距离相减，得到船舶的吃水深度，显示在显示器上。
8. 根据权利要求7所述的内河航道船舶吃水检测装置，其特征在于，所述平衡板固定 在距离水底0. 5?2. 5m高度处。
9. 根据权利要求7所述的内河航道船舶吃水检测装置，其特征在于，平衡板下方设置 钢质稳定球，钢质稳定球连接在平衡板的重也位置下方。
10. 根据权利要求7所述的内河航道船舶吃水检测装置，其特征在于，所述换能器的测 深杆通过十字型双向单摆固定在平衡板上。
【文档编号】B63B39/12GK104260848SQ201410534695
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年10月10日 优先权日:2014年10月10日
【发明者】初秀民, 李鑫立, 陈先桥, 刘怀汉 申请人:武汉理工大学