CN104527945A - 一种超声波侧扫式船舶吃水量检测系统及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超声波侧扫式船舶吃水量检测系统及其检测方法，所述的系统包括超声波发射阵列、超声波接收阵列、竖直测距模块、吃水检测处理单元和报警显示模块，超声波接收阵列、竖直测距模块和报警显示模块分别通过有线传输方式与吃水检测处理单元连接。本发明中的超声波发射阵列可以适应水位变化及吃水要求的变化，且安装方便，并实现了吃水检测系统小型化。本发明中超声波发射阵列中的超声波发射传感器采用分时的方法进行超声波发射，消除了超声波发射传感器之间的干扰，有利超声波接收阵列准确的接收超声波信号，提高了测量的准确性。同时超声波接收阵列的复用，降低了系统的复杂程度。本发明节约了硬件系统，同时进一步降低了系统的成本。

Description

一种超声波侧扫式船舶吃水量检测系统及其检测方法

技术领域

本发明涉及一种船舶吃水量的检测系统与方法，特别是一种超声波侧扫式船舶吃水量检测系统及其检测方法。

背景技术

目前，内河航运运量逐年增加，船舶的载重量也在不断增加，船舶的吃水深度也越来越深，导致航运事故常有发生。为了保证航道安全和通航效率，必须进行船舶吃水量测量。现有的船舶吃水检测方法主要有：

1、图像识别法；

2、多波束超声波测定法；

3、侧声纳测定法；

4、单波束阵列法。

上述方法中，方法1主要依赖船舶自身水尺的准确性；方法2由于多波束超声波传感器的价格较高，因此检测系统成本较高；方法3测量精度不够高；方法4安装较为复杂。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要提出一种安装方便、成本低且可以测量出准确吃水量的超声波侧扫式船舶吃水量检测系统及其检测方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种超声波侧扫式船舶吃水量检测系统，包括超声波发射阵列、超声波接收阵列、竖直测距模块、吃水检测处理单元和报警显示模块，所述的超声波接收阵列、竖直测距模块和报警显示模块分别通过有线传输方式与吃水检测处理单元连接。

所述的超声波发射阵列由安装成一列的n个超声波发射传感器构成，所述的超声波接收阵列由安装成一列的n个超声波接收传感器构成，所述的n大于2。超声波接收传感器的个数和水平位置与超声波发射阵列中的超声波发射传感器的个数和水平位置相对应。

所述的竖直测距模块用于测量竖直测距模块安装点距水面的距离。

所述的吃水检测处理单元通过超声波接收阵列测得的数据计算得出待测船舶的吃水量。

一种超声波侧扫式船舶吃水量检测系统的工作方法，包括以下步骤：

A、安装超声波发射阵列和超声波接收阵列；

安装方法包括固定安装方法或浮动安装方法，如果是固定安装，转步骤A1；否则转步骤A2：

A1、固定安装：将超声波发射阵列固定安装在航道水下的一侧，在航道的另一侧与超声波发射阵列相对应的位置安装超声波接收阵列，使超声波接收阵列中的超声波接收传感器{A₁，A₂,….,A_n}与超声波发射阵列中的超声波发射传感器{B₁，B₂,….,B_n}的位置一一对应，保证超声波发射传感器与超声波接收传感器在同一水平面。转步骤B

A2、浮动安装：将超声波发射阵列和超声波接收阵列安装在航道两侧的浮动箱上，超声波发射阵列和超声波接收阵列分别随水位变化而变化，即每个超声波发射传感器距水面的距离{d₁，d₂，….，d_n}为固定值。转步骤C。

B、计算超声波传感器距竖直测距模块的距离；

通过竖直测距模块测量水面距竖直测距模块的距离U，并根据已知的超声波发射阵列中每个超声波发射传感器距竖直测距模块的距离，通过计算得出每个超声波发射传感器距水面的距离{d₁，d₂，….，d_n}。

C、超声波发射阵列周期性分时发射超声波脉冲

超声波发射阵列每隔时间ΔT工作一次，工作时，每隔固定时间Δt依次使超声波发射传感器{A₁，A₂,….,A_n}发射超声波，每个超声波发射传感器的工作时间为t。间隔时间ΔT和超声波发射阵列的工作时间n*t+Δt构成一个周期T，实现超声波发射阵列中的超声波发射传感器分时发射超声波。

D、采集超声波接收阵列的信号

无待测船舶驶过时，超声波接收阵列依据接收的超声波信号的强度识别是否有超声波发出，识别无超声波发射时间为ΔT后，开始测量出n个超声波接收传感器{B₁，B₂,….,B_n}接收的超声波能量强度{D₁，D₂,….,D_n}；有待测船舶驶过时，识别出超声波发射阵列发射的时间间隔ΔT，加上超声波的传输时间L/V后测得N个超声波接收传感器{B₁，B₂,….,B_n}接收的超声波能量强度{D₁’，D₂’,….,D_n’}，其中L为超声波发射阵列与超声波接收阵列之间的距离，V超声波在水中的传播速度。

E、吃水检测

吃水检测处理单元根据待测船舶遮挡超声波后的超声波接收阵列中的超声波接收传感器的能量强度{D₁’，D₂’,….,D_n’}与无遮挡的超声波接收传感器的能量强度{D₁，D₂,….,D_n}求差，判断出超声波接收传感器B_X刚好被遮挡，超声波接收传感器B_x+1不被遮挡；对应超声波发射传感器A_x被遮挡，此时待测船舶的吃水深度即超声波发射传感器A_X在水下的深度d_X。

F、报警显示

吃水检测处理单元根据待测船舶的吃水量，判断是否超限，如果超限则通过报警显示模块报警并报告待测船舶的吃水量。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

1、本发明中的超声波发射阵列可以适应水位变化，以及吃水要求的变化，且安装方便，并实现吃水检测系统小型化。

2、本发明中超声波发射阵列中的超声波发射传感器采用分时的方法进行超声波发射，可以消除超声波发射传感器之间的干扰，有利超声波接收阵列准确的接收超声波信号，提高了测量的准确性。同时超声波接收阵列的复用，降低成本与系统的复杂程度。

3、本发明中超声波发射和接收之间使用计时时间间隔的方法进行识别，节约了硬件系统，同时进一步降低了系统的成本。

附图说明

本发明共有附图4幅，其中：

图1为本发明的工作流程图。

图2为超声波发射与超声波接收之间的数据通信示意图。

图3为本发明的结构示意图。

图4为固定安装情况下船舶吃水检测系统工作示意图。

图5为浮动安装情况下船舶吃水检测系统工作示意图。

图中：1、超声波发射阵列，2、超声波接收阵列，3、竖直测距模块，4、待测船舶，5、浮动箱，6、吃水检测处理单元。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作进一步的说明。如图3所示，一种超声波侧扫式船舶吃水量检测系统，包括超声波发射阵列1、超声波接收阵列2、竖直测距模块3、吃水检测处理单元6和报警显示模块，所述的超声波接收阵列2、竖直测距模块3和报警显示模块分别通过有线传输方式与吃水检测处理单元6连接。

所述的超声波发射阵列1由安装成一列的n个超声波发射传感器构成，所述的超声波接收阵列2由安装成一列的n个超声波接收传感器构成，所述的n大于2。超声波接收传感器的个数和水平位置与超声波发射阵列1中的超声波发射传感器的个数和水平位置相对应。

所述的竖直测距模块3用于测量竖直测距模块3安装点距水面的距离。

所述的吃水检测处理单元6通过超声波接收阵列2测得的数据计算得出待测船舶4的吃水量。

如图1所示，一种超声波侧扫式船舶吃水量检测系统的工作方法，包括以下步骤：

A、安装超声波发射阵列1和超声波接收阵列2；

安装方法包括固定安装方法或浮动安装方法，如果是固定安装，转步骤A1；否则转步骤A2：

A1、固定安装：将超声波发射阵列1固定安装在航道水下的一侧，在航道的另一侧与超声波发射阵列1相对应的位置安装超声波接收阵列2，使超声波接收阵列2中的超声波接收传感器{A₁，A₂,....,A_n}与超声波发射阵列1中的超声波发射传感器{B₁，B₂,….,B_n}的位置一一对应，保证超声波发射传感器与超声波接收传感器在同一水平面。转步骤B。

A2、浮动安装：将超声波发射阵列1和超声波接收阵列2安装在航道两侧的浮动箱5上，超声波发射阵列1和超声波接收阵列2分别随水位变化而变化，即每个超声波发射传感器距水面的距离{d₁，d₂，….，d_n}为固定值。转步骤C。

B、计算超声波传感器距竖直测距模块3的距离；

通过竖直测距模块3测量水面距竖直测距模块3的距离U，并根据已知的超声波发射阵列1中每个超声波发射传感器距竖直测距模块3的距离，通过计算得出每个超声波发射传感器距水面的距离{d₁，d₂，….，d_n}。如图2所示。

C、超声波发射阵列1周期性分时发射超声波脉冲

超声波发射阵列1每隔时间ΔT工作一次，工作时，每隔固定时间Δt依次使超声波发射传感器{A₁，A₂,….,A_n}发射超声波，每个超声波发射传感器的工作时间为t。间隔时间ΔT和超声波发射阵列1的工作时间n*t+Δt构成一个周期T，实现超声波发射阵列1中的超声波发射传感器分时发射超声波。

D、采集超声波接收阵列2的信号

无待测船舶4驶过时，超声波接收阵列2依据接收的超声波信号的强度识别是否有超声波发出，识别无超声波发射时间为ΔT后，开始测量出n个超声波接收传感器{B₁，B₂,….,B_n}接收的超声波能量强度{D₁，D₂,….,D_n}；有待测船舶4驶过时，识别出超声波发射阵列1发射的时间间隔ΔT，加上超声波的传输时间L/V后测得N个超声波接收传感器{B₁，B₂,….,B_n}接收的超声波能量强度{D₁’，

D₂’,….,D_n’}，其中L为超声波发射阵列1与超声波接收阵列2之间的距离，V超声波在水中的传播速度。

E、吃水检测

如图4-5所示，吃水检测处理单元6根据待测船舶4遮挡超声波后的超声波接收阵列2中的超声波接收传感器的能量强度{D₁’，D₂’,….,D_n’}与无遮挡的超声波接收传感器的能量强度{D₁，D₂,....,D_n}求差，判断出超声波接收传感器B_X刚好被遮挡，超声波接收传感器B_x+1不被遮挡；对应超声波发射传感器A_x被遮挡，此时待测船舶4的吃水深度即超声波发射传感器A_X在水下的深度d_X。

F、报警显示

吃水检测处理单元6根据待测船舶4的吃水量，判断是否超限，如果超限则通过报警显示模块报警并报告待测船舶4的吃水量。

Claims (2)

1.一种超声波侧扫式船舶吃水量检测系统，其特征在于：包括超声波发射阵列(1)、超声波接收阵列(2)、竖直测距模块(3)、吃水检测处理单元(6)和报警显示模块，所述的超声波接收阵列(2)、竖直测距模块(3)和报警显示模块分别通过有线传输方式与吃水检测处理单元(6)连接；

所述的超声波发射阵列(1)由安装成一列的n个超声波发射传感器构成，所述的超声波接收阵列(2)由安装成一列的n个超声波接收传感器构成，所述的n大于2；超声波接收传感器的个数和水平位置与超声波发射阵列(1)中的超声波发射传感器的个数和水平位置相对应；

所述的竖直测距模块(3)用于测量竖直测距模块(3)安装点距水面的距离；

所述的吃水检测处理单元(6)通过超声波接收阵列(2)测得的数据计算得出待测船舶(4)的吃水量。

2.一种超声波侧扫式船舶吃水量检测系统的工作方法，其特征在于：包括以下步骤：

A、安装超声波发射阵列(1)和超声波接收阵列(2)；

安装方法包括固定安装方法或浮动安装方法，如果是固定安装，转步骤A1；否则转步骤A2：

A1、固定安装：将超声波发射阵列(1)固定安装在航道水下的一侧，在航道的另一侧与超声波发射阵列(1)相对应的位置安装超声波接收阵列(2)，使超声波接收阵列(2)中的超声波接收传感器{A₁，A₂,....,A_n}与超声波发射阵列(1)中的超声波发射传感器{B₁，B₂,....,B_n}的位置一一对应，保证超声波发射传感器与超声波接收传感器在同一水平面；转步骤B；

A2、浮动安装：将超声波发射阵列(1)和超声波接收阵列(2)安装在航道两侧的浮动箱(5)上，超声波发射阵列(1)和超声波接收阵列(2)分别随水位变化而变化，即每个超声波发射传感器距水面的距离{d₁，d₂，....，d_n}为固定值；转步骤C；

B、计算超声波传感器距竖直测距模块(3)的距离；

通过竖直测距模块(3)测量水面距竖直测距模块(3)的距离U，并根据已知的超声波发射阵列(1)中每个超声波发射传感器距竖直测距模块(3)的距离，通过计算得出每个超声波发射传感器距水面的距离{d₁，d₂，....，d_n}；

C、超声波发射阵列(1)周期性分时发射超声波脉冲；

超声波发射阵列(1)每隔时间ΔT工作一次，工作时，每隔固定时间Δt依次使超声波发射传感器{A₁，A₂,....,A_n}发射超声波，每个超声波发射传感器的工作时间为t；间隔时间ΔT和超声波发射阵列(1)的工作时间n*t+Δt构成一个周期T，实现超声波发射阵列(1)中的超声波发射传感器分时发射超声波；

D、采集超声波接收阵列(2)的信号；

无待测船舶(4)驶过时，超声波接收阵列(2)依据接收的超声波信号的强度识别是否有超声波发出，识别无超声波发射时间为ΔT后，开始测量出n个超声波接收传感器{B₁，B₂,....,B_n}接收的超声波能量强度{D₁，D₂,....,D_n}；有待测船舶(4)驶过时，识别出超声波发射阵列(1)发射的时间间隔ΔT，加上超声波的传输时间L/V后测得N个超声波接收传感器{B₁，B₂,....,B_n}接收的超声波能量强度{D₁’，D₂’,....,D_n’}，其中L为超声波发射阵列(1)与超声波接收阵列(2)之间的距离，V超声波在水中的传播速度；

E、吃水检测；

吃水检测处理单元(6)根据待测船舶(4)遮挡超声波后的超声波接收阵列(2)中的超声波接收传感器的能量强度{D₁’，D₂’,....,D_n’}与无遮挡的超声波接收传感器的能量强度{D₁，D₂,....,D_n}求差，判断出超声波接收传感器B_X刚好被遮挡，超声波接收传感器B_x+1不被遮挡；对应超声波发射传感器A_x被遮挡，此时待测船舶(4)的吃水深度即超声波发射传感器A_X在水下的深度d_X；

F、报警显示；

吃水检测处理单元(6)根据待测船舶(4)的吃水量，判断是否超限，如果超限则通过报警显示模块报警并报告待测船舶(4)的吃水量。