CN101628612B - 船舶吃水超限预警系统及预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种船舶吃水超限预警系统及预警方法，预警系统包括设置在船闸引航道远方调度站一侧侧壁上方的一个视频采集装置；设置在引航道一侧侧壁上的机电测量装置、声光报警装置、LCD数据显示模块；用于接收系统初始设置模块输入的数据、控制机电测量装置工作、控制LCD数据显示模块显示数据和声光报警装置工作的数据分析处理模块。本发明能快速准确地测量出过闸船舶的船底与船闸门槛的相对高程，判断船舶吃水是否超限，对于吃水超限的船舶，运用声光报警装置予以警告，阻止其继续通行，具有吃水测量精确，预警准确，自动化程度高等优点，有效降低维护成本，延长船闸使用寿命，保证过闸船舶的行驶安全，适用于各种通航船闸。

Description

船舶吃水超限预警系统及预警方法

技术领域

本发明涉及一种过闸船舶吃水超限预警系统及预警方法，属于测量技术领域。

背景技术

长期以来，我国内河船闸日常作业的自动化水平较低，过闸船舶吃水深度的测量多根据相关丈量规定依靠人工观察的方法估算获得，测量精度较低。水尺计量是其中应用最广泛的方法，水尺计量的精度与船舶结构、船舶吃水、压载舱、船舶常数以及测量人员的专业素质有很大关系，由于船舶吨位直接关系到船舶承运人的切身利益，船舶承运人瞒报船舶吨位、涂改船舶载重线及船身油漆标尺的现象屡见不鲜，因此人工水尺计量不仅效率低下，而且测量准确性较差，无法对吃水超限的船舶进行有效预警。而吃水超过定限度的船舶在通过船闸时将与船闸底门槛发生一定程度的碰撞，严重损害船闸设施，危害船舶的行驶安全，造成不必要的生命财产损失。同时，船舶主对船舶的自行改造，使得船型发展无序化，导致内河航道中存在着一定数量的吃水超深船舶，加重了这一问题的危害性。

发明内容

本发明的目的则是针对上述现有技术的不足，提供一种成本低、测量准确的船舶吃水超限预警系统及预警方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种船舶吃水超限预警系统，其特征是它包括有安装在船闸引航道一侧的机电测量装置、LCD数据显示模块和数据分析处理模块，数据分析处理模块包括有单片机和测量信号采集模块组成，单片机的控制信号输出端连接机电测量装置4的控制信号输入端，机电测量装置的信号输出端连接测量信号采集模块的信号输入端，测量信号采集模块与单片机双向连接，单片机的信号输出连接还分别连接LCD显示模块、语音报警模块和指示灯模块的信号输入端，在船闸远方调度站内设有系统初始设置模块，系统初始设置模块的信号输出端连接至单片机的一个信号输入端。

所述机电测量装置包括方形转轴，方形转轴通过上下两端的轴承竖直固定在船闸引航道远方调度站一侧的河岸上，方形转轴上套装有L形测量杆，L形测量杆上部安装有一个动滑轮，传动带一端固定于方形转轴上，传动带另一端安装到可动电机的输出轴上，可动电机上安装于方形转轴上部，方形转轴上端安装有转动轮，转动轮由固定电机驱动。

在船闸引航道远方调度站的一侧侧壁上方设有视频采集装置，在引航道河岸上设有声光报警装置，声光报警装置的控制信号输入端连接指标灯模块控制信号输出端。

所述L形测量杆的横向长度大于引航道宽度的一半。

本发明采用上述预警系统的预警方法技术方案如下：

一种船舶吃水超限预警方法，其特征是沿方形转轴做抬升运动状态时，L型测量杆在可动电机的带动下沿方形转轴匀速上升，记测杆匀速上升的速度v，以L形测量杆开始抬升时为计时零点，以L形测量杆触碰到船体返回为计时终点，记录其上升的时间t，得出L形测量杆的上升高度h1；船底高程H3＝H2+h1，其中H2为L形测量杆至引航道底部的距离，即L形测量杆的水平测杆初始位置所在的高程；通过比较船闸门槛高程H1与船底高程H3的大小，判断船舶吃水是否超限。

固定电机和可动电机正常工作时，通过电路的电流为额定电流；当电机受到阻力停止转动时，电路中产生堵转电流，电路中电流突然增大；通过变阻器调节测量信号采集模块的灵敏度和范围，设定一个用于电压比较器比较的固定电压U1，固定电阻用于将通过电机的堵转电流转化为电压U2，当U1大于U2时，电压比较器输出为低电平，电机正常转动；当U1小于U2时，输出高电平，电机停止转动，表明水平测杆已触碰到船体，测量信号采集模块将所得信号反馈给单片机，单片机控制机电测量装置返回至初始状态，并对接收到的测量信号进行处理，在LCD数据显示模块和声光报警装置中输出结果。

本发明的有益效果有：

1、本发明能快速准确地测量出过闸船舶的船底与船闸门槛的相对高程，判断船舶吃水是否超限，对于吃水超限的船舶，运用声光报警装置予以警告，阻止其继续通行。相对测量效率低下、测量误差较大的人工测量方法，具有吃水测量精确，预警准确，自动化程度高等优点。

2、提高船闸的运营效率，通过阻止吃水超限的船舶过闸，保护船闸门槛等设施，有效降低维护成本，延长船闸使用寿命。

3、是一种广泛适用于各种通航船闸的船舶吃水深度测量与吃水超限预警系统。

附图说明

图1为本发明的系统工作结构示意图。

图2为本发明中机电测量装置的结构示意图。

图3本发明的工作流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地说明：

如图1-3所示，本发明船舶吃水超限预警系统包括：设置在船闸引航道远方调度站一侧侧壁上方的一个视频采集装置1；设置于船闸远方调度站内的系统初始设置模块2；设置在引航道一侧侧壁上的一个机电测量装置4；设置于船闸远方调度站内的一个LCD数据显示模块5；设置在引航道河岸上的一个声光报警装置6；一个用于接收系统初始设置模块输入的数据、控制机电测量装置工作、控制LCD数据显示模块显示数据和声光报警装置工作的数据分析处理模块3。

本发明将船舶停船交费的区域设置为测量区域，视频采集装置1设置于航道岸边，用于获取船舶到达测区的信息，船闸远方调度站内的工作人员根据船舶到达信息，按键启动系统进入工作状态。

本发明系统电路包括系统初始设置模块2、数据分析处理模块3、机电测量装置4、LCD显示模块5、声光报警装置6及电源电路7。其中，系统初始设置模块2用于输入船闸门槛高程加一定的富裕水深所在位置的高程H1，并输入水平测杆底高程H2。数据分析处理模块3主体为单片机3-1，同时包括测量信号采集模块3-2；上述单片机3-1接收经过信号采集模块处理3-2的测量信号，分析处理后，在LCD数据显示模块5和声光报警装置6中输出结果；上述测量信号采集模块3-2，包括电压比较器3-2-1、固定电阻3-2-2和变阻器3-2-3，通过变阻器3-2-3调节测量信号采集模块3-2的灵敏度和范围，设定固定电压U1，固定电阻3-2-2用于把通过电机的电流转化为电压U2，电压比较器(3-2-1)比较两个电压的相互关系，分析处理后，把所得结果输出给单片机3-1；机电测量装置4包括可动部分4-1和固定于河岸的电机4-2，可动部分包括L型测量杆4-1-1、方形转轴4-1-2、传动装置4-1-3及可与方形转轴4-1-2一同做水平绕轴转动的电机4-1-4。方形转轴4-1-2由两个轴承固定于河岸，带动L型测量杆4-1-1做水平绕轴转动，L型测量杆4-1-1沿方形转轴4-1-2做垂直升降运动。L形测量杆的横向长度可设置成大于引航道宽度的一半，以保证其横向水平杆能接触到过往船舶的最底端，防止出现从船体侧部滑过的情况发生。LCD显示模块5用于显示船舶吃水是否超限。声光报警装置6由语音报警模块6-1、指示灯模块6-2连接构成，整个装置用于给出外围声光预警信息。电源电路7为各电路提供工作电源。

本实施例的吃水超限预警系统的电路完全采用现有技术，以驱动一个机电传动装置为例，单片机3-1有具体型号为MSP430F2274的单片机U1，具有型号为LM339的电压比较器U2。

电源电路7是由电解电容C1-C4、变压器T1、电阻R9、整流桥BRt以及稳压器U1、U2连接构成。电源电路7为各电路提供电源。

单片机3-1的P1.0～1.7口与系统初始设置模块2的非编码矩阵键盘电路相连。通过键盘将初始设置信息输入单片机3-1；

单片机3-1的P2.5、P2.6口分别与电压比较器3-2-1的14、13口相连，电压比较器3-2-1的参考输入电压由变阻器3-2-3调节分压设置；

单片机3-1的P2.0～2.3口与电机驱动模块相连，再分别与固定电机4-2和可动电机4-1-4相连，以驱动机电测量装置工作；

LCD显示模块5由LCD显示芯片与单片机3-1相连，LCD显示芯片具有型号为1602的LCD显示芯片U3；

单片机3-1的P4.0、P4.1口分别驱动继电器K1和K2线圈通断，继电器K1、K2的常开接点分别与通行和限行指示灯相连，两个指示灯L1、L2分别发出红、绿两种不同颜色的光以便区别。语音报警模块5-1具有型号为PM60的语音集成模块U4，单片机3-1的P4.2口与上述U4的K1口相连，上述U4的SPP、SPN端口与扬声器连接；

本发明的具体工作过程如下：

在船闸引航道远方调度站一侧的水域中设置一块测量区域，视频采集装置获得船舶到达测区的信息，船闸远方调度站内的工作人员按键启动系统进入工作状态；数据分析处理模块控制机电测量装置进入工作状态，方形转轴带动L型测量杆做水平绕轴转动，若在此过程中，L型测量杆的水平测杆部分触碰到船体，则表明该船体严重超载，机电测量装置返回初始状态，在LCD数据显示模块中显示结果，系统启动声光报警装置进行报警，直至人工操作复位键，报警结束，系统结束工作；若L型测量杆的水平测杆在水平转90°后未探测到船体，则测杆开始在垂直方向沿方形转轴做抬升运动，直到触碰到船底，反馈感应信号，机电测量装置返回初始状态；数据分析处理模块处理接收到的感应信号，得出该船体的吃水深度、超载程度，并在LCD数据显示模块中显示结果，如若船舶吃水深度超过船闸所设限度，系统启动声光报警装置进行报警，直至人工操作复位键，报警结束，系统结束工作。

L型测量杆的水平测杆部分，初始状态沿与航道侧岸平行方向设置于航道侧边一定水深处，其与航道底部的距离视船闸的实际情况而定，一般为0.2～0.4m，初始位置所在高程称为水平测杆的底高程，通过系统初始设置模块输入系统，记为H2；水平测杆的长度视船闸的设计船型来定，以设计船型宽度的一半加船舶与岸边的富裕宽度，记为L。

沿方形转轴做抬升运动状态时，L型测量杆在电机的带动下沿方形转轴匀速上升；记测杆匀速上升的速度为v，以测杆开始抬升时为计时零点，以测杆触碰到船体返回为计时终点，记套筒上升的时间为t，则测杆的上升高度为h1＝vt；船底高程H3＝H2+h1通过比较船闸门槛高程H1与船底高程H3的大小，判断船舶吃水是否超限。

固定电机和可动电机正常工作时，通过电路的电流为额定电流；当电机受到阻力停止转动时，电路中产生堵转电流，电路中电流突然增大；通过变阻器调节测量信号采集模块的灵敏度和范围，设定一个用于电压比较器比较的固定电压U1，固定电阻用于把通过电机的堵转电流转化为电压U2。当U1大于U2时，电压比较器输出为低电平，电机正常转动；当U1小于U2时，输出高电平，电机停止转动，表明水平测杆已触碰到船体，测量信号采集模块将所得信号反馈给单片机，单片机控制机电测量装置返回至初始状态，并对接收到的测量信号进行处理，在LCD数据显示模块和声光报警装置中输出结果。

本发明中涉及的未说明部份与现有技术相同。

Claims (6)

1.一种船舶吃水超限预警系统，其特征是它包括有安装在船闸引航道一侧的机电测量装置、LCD数据显示模块和数据分析处理模块，数据分析处理模块包括有单片机和测量信号采集模块组成，单片机的控制信号输出端连接机电测量装置（4）的控制信号输入端，机电测量装置的信号输出端连接测量信号采集模块的信号输入端，测量信号采集模块与单片机双向连接，单片机的信号输出连接还分别连接LCD数据显示模块、语音报警模块和指示灯模块的信号输入端，在船闸远方调度站内设有系统初始设置模块，系统初始设置模块的信号输出端连接至单片机的一个信号输入端。

2.根据权利要求1所述的船舶吃水超限预警系统，其特征是所述机电测量装置包括方形转轴，方形转轴通过上下两端的轴承竖直固定在船闸引航道远方调度站一侧的河岸上，方形转轴上套装有L形测量杆，L形测量杆上部安装有一个动滑轮，传动带一端固定于方形转轴上，传动带另一端安装到可动电机的输出轴上，可动电机上安装于方形转轴上部，方形转轴上端安装有转动轮，转动轮由固定电机驱动。

3.根据权利要求1或2所述的船舶吃水超限预警系统，其特征是在船闸引航道远方调度站的一侧侧壁上方设有视频采集装置，在引航道河岸上设有声光报警装置，声光报警装置的控制信号输入端连接指标灯模块控制信号输出端。

4.根据权利要求2所述的船舶吃水超限预警系统，其特征是所述L形测量杆的横向长度大于引航道宽度的一半。

5.一种应用权利要求2所述预警系统的船舶吃水超限预警方法，其特征是沿方形转轴做抬升运动状态时，L型测量杆在可动电机的带动下沿方形转轴匀速上升，记测杆匀速上升的速度v，以L形测量杆开始抬升时为计时零点，以L形测量杆触碰到船体返回为计时终点，记录其上升的时间t，得出L形测量杆的上升高度h1；船底高程H3=H2+h1，其中H2为L形测量杆至引航道底部的距离；通过比较船闸门槛高程H1与船底高程H3的大小，判断船舶吃水是否超限。

6.根据权利要求5所述的船舶吃水超限预警方法，其特征是：固定电机和可动电机正常工作时，通过电路的电流为额定电流；当电机受到阻力停止转动时，电路中产生堵转电流，电路中电流突然增大；通过变阻器调节测量信号采集模块的灵敏度和范围，设定一个用于电压比较器比较的固定电压U1，固定电阻用于将通过电机的堵转电流转化为电压U2，当U1大于U2时，电压比较器输出为低电平，电机正常转动；当U1小于U2时，输出高电平，电机停止转动，表明水平测杆已触碰到船体，测量信号采集模块将所得信号反馈给单片机，单片机控制机电测量装置返回至初始状态，并对接收到的测量信号进行处理，在LCD数据显示模块和声光报警装置中输出结果。

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