CN110453668A - 一种船闸靠船墩振动监测系统 - Google Patents

一种船闸靠船墩振动监测系统 Download PDF

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钱江
张桂荣
何平
顾宋华
姚江
季建中
杜晓啸
翁庆龙
张琳
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    • E02C—SHIP-LIFTING DEVICES OR MECHANISMS
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Abstract

本发明公开了一种船闸靠船墩振动监测系统，包括多个加速度传感器、数据采集设备、通信设备、人机交互设备，以及抓拍设备；多个加速度传感器与数据采集设备输入端电连接，数据采集设备通过通信设备与人机交互设备进行通讯，抓拍设备与人机交互设备电连接；每个靠船墩上安装一个加速度传感器用于采集靠船墩被撞击后发生位移时的加速度值，当加速度大于设定的阈值时，人机交互设备进行报警，并控制抓拍设备对肇事船舶进行拍照。通过设置该系统，能够精确判断船舶在向靠船墩靠拢的过程中对靠船墩意外撞击造成损坏程度，能够有效检测靠船墩是否受损，及时安排检修人员进行维护，提高船舶靠泊的安全性，通过抓拍设备进行证据留存，以便后期责任认证。

Description

一种船闸靠船墩振动监测系统
技术领域
本发明涉及内河船闸安全管理领域，具体涉及一种基于加速度传感器的船闸靠船墩振动监测系统。
背景技术
船舶过闸时，船闸的冲泄水引起水流变化较大，为了船舶航行安全，前面的船舶过闸时，其他船舶应停靠在锚地等候。为提高过闸效率，在锚地和船闸之间布设靠船墩，供船舶进闸前临时停靠。通常每个船闸对应一组靠船墩。布设靠船墩减少了船舶直接从锚地发船的时间，同时船舶停靠靠船墩也避免其他船舶过闸带来的安全问题。但是船舶在向靠船墩靠拢的过程中，经常会对靠船墩造成撞击。在非正常碰撞力作用下，靠船墩容易出现断裂、倾倒、位移等问题，若不能及时发现并解决此类问题，将会进一步加剧靠船墩等助航设施的损坏程度，甚至引发重大安全事故，且无法及时追查肇事者。
靠船墩经常受到船舶的撞击，严重的时候易断裂或者产生位移，目前只有当巡检人员听到巨大撞击声时，赶赴现场进行相应处理，在夜晚或者巡检人员没有及时听到撞击声时，很难对此类行为进行切实有效地监管。另外，即便巡检人员赶赴现场，船民也不一定承认船舶撞击导致靠船墩发生位移等情况。
发明内容
本发明的目的在于提供一种船闸靠船墩振动监测系统，解决现有技术中人工监测靠船墩，只有当巡检人员听到巨大撞击声时，才赶赴现场进行相应处理，严重滞后，效率低，很难对此类行为进行切实有效地监管的技术问题。
本发明为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：
一种船闸靠船墩振动监测系统，包括多个加速度传感器、数据采集设备、通信设备、人机交互设备，以及抓拍设备；
多个加速度传感器与数据采集设备的输入端电连接，数据采集设备通过通信设备与人机交互设备进行通讯，抓拍设备与人机交互设备电连接；
每个靠船墩上安装一个加速度传感器用于采集靠船墩被撞击后发生位移时的加速度值，数据采集设备实时对每个加速度传感器的采集的加速度值进行分析、计算，并存储，通信设备实时将该数据传输给人机交互设备，人机交互设备用于查看对应靠船墩被碰撞后的加速度值，当加速度大于设定的阈值时，人机交互设备进行报警，并控制抓拍设备对肇事船舶进行拍照，以及拍摄视频。
通过设置该系统，能够精确判断船舶在向靠船墩靠拢的过程中对靠船墩意外撞击造成损坏程度，及时安排检修人员进行维护，提高船舶靠泊的安全性，通过抓拍设备进行证据留存，以便后期责任认证。该系统有效保护靠船墩、船舶的安全,相比现有技术，不需要人工赴现场进行相应处理，节省人工成本，效率高，且控制精度高。
进一步改进，每个加速度传感器安装于对应靠船墩上靠近系船柱的一侧，靠船墩上开设有凹槽，加速度传感器安装于对应的凹槽中，便于安装加速度传感器，防止脱落。
进一步改进，所述加速度传感器采集的加速度值包括水平面x轴方向加速度ax、水平面y轴加速度ay和垂直面z轴加速度az，数据采集设备接收到数据后，计算出总加速度a，总加速度该加速度传感器为三轴加速度传感器，在预先不知道靠船墩被撞击方向的场合下，只有应用三维加速度传感器来检测加速度信号。三维加速度传感器具有体积小和重量轻特点，可以测量空间加速度，能够全面准确反映靠船墩被撞击后的移动情况。
进一步改进，人机交互设备中设定的阈值为：
1)、x轴方向加速度ax、y轴加速度ay或z轴加速度az中任意一个值大于0.8m/s2；
2)、总加速a大于1m/s2；
当1)或2)中任意一项满足条件,则判定该靠船墩处于异常状态，人机交互设备进行报警，并控制抓拍设备对肇事船舶进行拍照，以及拍摄视频。如果阈值设置的太小，容易造成轻微的碰撞就报警，但并没有对靠船墩造成损伤，频繁报警；如果阈值设置的太大，则导致靠船墩已被严重撞伤，却没有报警，容易引发重大安全事故，且不易追查肇事船舶。因此选择合适的阈值非常重要。
进一步改进，所述数据采集设备与加速度传感器采用专业的数据传输线连接，数据传输线的走线方式为挖沟槽敷设，数据传输线与数据采集设备之间采用电路焊接的方式直接连接，通信设备采用工业级串口转以太网设备，将加速度传感器采集的串口数据转换成网络数据进行传输。
进一步改进，所述人机交互设备包括输入单元，数据处理单元、显示单元和数据存储单元；所述输入单元进行参数设置,设参数包括数据显示天数、数据显示形式和报警阈值参数；所述显示单元可根据所设置的数据显示天数和显示形式对数据进行显示，同时可以查看拍摄的视频和图片；数据处理单元通过软件处理传感器数据，并将数据存入数据存储单元中，控制抓拍信号，当达到报警阈值时触发抓拍设备进行抓拍；所述数据存储单元用于保存传感器采集数据以及抓拍图片。
进一步改进，所述抓拍设备包括支撑杆和高速抓拍球机，支撑杆安装于靠船墩正对岸，高速抓拍球机安装于支撑杆上；所述人机交互设备中设置有每一个靠船墩的位置坐标，每个靠船墩对应有唯一的编号；当某个加速度传感器的检测数据大于设定的阈值时，人机交互设备根据对应的编号和位置坐标信息调整高速抓拍球机的焦距和俯仰角度，对肇事船舶进行自动变焦抓拍。
进一步改进，所述抓拍设备还包括红外补光灯，红外补光灯通过螺丝固定安装于杆件上。便于抓拍设备工作事，及时补光，清楚拍摄肇事船舶。
于现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
通过设置该系统，能够精确判断船舶在向靠船墩靠拢的过程中对靠船墩意外撞击造成损坏程度，及时安排检修人员进行维护，提高船舶靠泊的安全性，通过抓拍设备进行证据留存，以便后期责任认证。该系统有效保护靠船墩、船舶的安全,相比现有技术，不需要人工赴现场进行相应处理，节省人工成本，效率高，且控制精度高。
附图说明
图1为本发明船闸靠船墩振动监测系统的框图。
图2为本发明船闸靠船墩振动监测系统的电路原理框图。
具体实施方式
为使本发明的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1、2所示，一种船闸靠船墩振动监测系统，包括：
多个加速度传感器，用于采集靠船墩被撞击后发生位移时的加速度值；
数据处理设备，用于将加速度传感器的采集的加速度值进行分析、计算，并存储；
通信设备，用于将加速度传感器的采集的加速度值远距离传送给人机交互设备；
人机交互设备，于查看靠船墩加速度数据以及监控视频并保存抓拍图片，设置报警阈值，控制抓拍设备对报警情况进行拍照取证；
抓拍设备，用于将触发报警的碰撞船舶进行抓拍，保存图片以便后期取证。
在本实施例中，加速度传感器、数据采集设备和通信设备都采用3.3V直流电的方式进行供电，加速度传感器与数据采集设备通过RS232进行连接，数据采集设备通过UART与通信设备进行连接，通信设备的另一端也通过UART与人机交互设备进行连接，通信设备主要承担数据采集设备与人机交互设备之间的数据传输工作，人机交互设备采用市电220V进行供电，并对通信设备输出3.3V的直流电，抓拍设备通过直流5V的方式进行供电，与人机交互设备通过RJ45网口进行数据传输和控制信号传输。
在本实施例中，在每个船闸靠船墩上布设一个加速度传感器，加速度传感器选用CHENGTEC ACC345三轴加速度传感器，此型号传感器体积小、功耗低，一致性和稳定性好，由于系船柱附近区域最能体现靠船墩的振动情况，因此将加速度传感器安装于靠船墩上系船柱右侧10厘米处，通过挖槽的方式安装传感器，槽长度为5厘米，宽度为7厘米，深度为6厘米，将传感器放入长方形槽中，传感器通过3颗M4螺丝固定。加速度数据包括水平面x轴方向加速度ax、水平面y轴加速度ay和垂直面z轴加速度az，数据采集设备接收到数据后，分析计算总加速度大小，总加速度大小
在数据采集设备与加速度传感器之间挖沟槽，并敷设专业的数据传输线，数据传输线与与数据采集设备之间采用电路焊接的方式直接连接。通信设备采用工业级串口转以太网设备，将传感器采集的串口数据转换成网络数据进行传输，人机交互设备与抓拍设备之间也采用网络传输方式进行数据传输。
在本实施例中，数据采集设备的核心芯片采用STM32单片机，最高稳定工作主频72M，内置硬件乘法器，可以进行浮点型运算的处理，不仅可以作为控制器，更可以作为处理器进行使用。
在本实施例中，抓拍设备由支撑杆、高速抓拍球机和红外补光灯组成，抓拍球机机采用星光级网络高速球机DH-SD-65F230F-HNI-T，支撑杆高3米，安装于靠船墩正对岸，高速抓拍球机和红外补光灯通过螺丝固定安装于杆件上，高速抓拍球机针对每一个靠船墩设好预置点位。
在本实施例中，人机交互设备可分析靠船墩是否异常并控制抓拍设备，人机交互设备中设定的阈值为：
1)、x轴方向加速度ax、y轴加速度ay或z轴加速度az中任意一个值大于0.8m/s2；
2)、总加速a大于1m/s2；
当1)或2)中任意一项满足条件,则判定该靠船墩处于异常状态，人机交互设备进行报警，并控制抓拍设备对肇事船舶进行拍照，以及拍摄视频。
所述人机交互设备包括输入单元，数据处理单元、显示单元和数据存储单元；所述输入单元进行参数设置,设参数包括数据显示天数、数据显示形式和报警阈值参数；所述显示单元可根据所设置的数据显示天数和显示形式对数据进行显示，同时可以查看拍摄的视频和图片；数据处理单元通过软件处理传感器数据，并将数据存入数据存储单元中，控制抓拍信号，当达到报警阈值时触发抓拍设备进行抓拍；所述数据存储单元用于保存传感器采集数据以及抓拍图片。其中，数据显示天数可选7天、30天或60天，数据显示形式可选表格、折线图和柱形图。
以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种船闸靠船墩振动监测系统，其特征在于，包括多个加速度传感器、数据采集设备、通信设备、人机交互设备，以及抓拍设备；
多个加速度传感器与数据采集设备的输入端电连接，数据采集设备通过通信设备与人机交互设备进行通讯，抓拍设备与人机交互设备电连接；
每个靠船墩上安装一个加速度传感器用于采集靠船墩被撞击后发生位移时的加速度值，数据采集设备实时对每个加速度传感器的采集的加速度值进行分析、计算，并存储，通信设备实时将该数据传输给人机交互设备，人机交互设备用于查看对应靠船墩被碰撞后的加速度值，当加速度大于设定的阈值时，人机交互设备进行报警，并控制抓拍设备对肇事船舶进行拍照，以及拍摄视频。
2.根据权利要求1所述的船闸靠船墩振动监测系统，其特征在于：每个加速度传感器安装于对应靠船墩上靠近系船柱的一侧，靠船墩上开设有凹槽，加速度传感器安装于对应的凹槽中。
3.根据权利要求1所述的船闸靠船墩振动监测系统，其特征在于：所述加速度传感器采集的加速度值包括水平面x轴方向加速度ax、水平面y轴加速度ay和垂直面z轴加速度az，数据采集设备接收到数据后，计算出总加速度a，总加速度
4.根据权利要求3所述的船闸靠船墩振动监测系统，其特征在于：人机交互设备中设定的阈值为：
1)、x轴方向加速度ax、y轴加速度ay或z轴加速度az中任意一个值大于0.8m/s2；
2)、总加速a大于1m/s2；
当1)或2)中任意一项满足条件,则判定该靠船墩处于异常状态，人机交互设备进行报警，并控制抓拍设备对肇事船舶进行拍照，以及拍摄视频。
5.根据权利要求1所述的船闸靠船墩振动监测系统，其特征在于：所述数据采集设备与加速度传感器采用专业的数据传输线连接，数据传输线的走线方式为挖沟槽敷设，数据传输线与数据采集设备之间采用电路焊接的方式直接连接，通信设备采用工业级串口转以太网设备，将加速度传感器采集的串口数据转换成网络数据进行传输。
6.根据权利要求1所述的船闸靠船墩振动监测系统，其特征在于：所述人机交互设备包括输入单元，数据处理单元、显示单元和数据存储单元；
所述输入单元进行参数设置,设参数包括数据显示天数、数据显示形式和报警阈值参数；所述显示单元可根据所设置的数据显示天数和显示形式对数据进行显示，同时可以查看拍摄的视频和图片；数据处理单元通过软件处理传感器数据，并将数据存入数据存储单元中，控制抓拍信号，当达到报警阈值时触发抓拍设备进行抓拍；所述数据存储单元用于保存传感器采集数据以及抓拍图片。
7.根据权利要求1所述的船闸靠船墩振动监测系统，其特征在于：所述抓拍设备包括支撑杆和高速抓拍球机，支撑杆安装于靠船墩正对岸，高速抓拍球机安装于支撑杆上；所述人机交互设备中设置有每一个靠船墩的位置坐标，每个靠船墩对应有唯一的编号；当某个加速度传感器的检测数据大于设定的阈值时，人机交互设备根据对应的编号和位置坐标信息调整高速抓拍球机的焦距和俯仰角度，对肇事船舶进行自动变焦抓拍。
8.根据权利要求7所述的船闸靠船墩振动监测系统，其特征在于：所述抓拍设备还包括红外补光灯，红外补光灯通过螺丝固定安装于杆件上。
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