CN112498623A - 一种船舶航行时的波浪综合测量系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种船舶航行时的波浪综合测量系统，包括检测终端、数据通讯网络及数据处理平台，其中检测终端至少四个，各检测终端间相互并联并与船舶船底连接，检测终端中，其中两个检测终端沿船舶轴线方向均布并位于船舶中轴线上，剩余的各检测终端分部在船舶轴线两侧，检测终端均通过数据通讯网络与数据处理平台连接，数据处理平台另通过数据通讯网络与船舶控制系统建立数据连接。其控制方法包括设备安装和等两个步骤。本发明一方面可有效的满足各类船舶运行作业的需要；另一方面可有效实现对船舶运行时自然波浪及水流、船舶运行时激发的波浪及水流进行全面检测，同时可实现对纵向及横向波浪进行全面同步检测，且检测作业精度高。

Description

一种船舶航行时的波浪综合测量系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种船舶航行时的波浪综合测量系统及其控制方法，属于船舶技术领域。

背景技术

目前船舶在运行中，水面上因自然因素形成的波浪及船舶运行时激发的波浪对船舶运行的安全性、操控精度及降低运行能耗具有重要的作用，因此当前开发了众多的船舶运行波浪检测系统及设备，如专利申请号为“201711046247.7”的“一种营运船舶航行性能实时监测的管理系统”及专利申请号为“201920011827.0”的“一种基于运动补偿的波浪测量装置”，虽然可以一定程度满足对船舶运行状态及波浪状态进行检测，但一方面检测设备结构往往相对较大，结构复杂，因此与船舶的适应性和通用性均相对较差，同时也造成了船舶运行时阻力增加，影响船舶运行性能，通用性和使用灵活性均相对较差；另一方面当前的该类波浪检测系统在运行中，往往仅能满足但一方面向波浪状态进行检测，无法实现对波浪造成的水流、环绕船舶多方向波浪数据全面检测的需要，因此无法有效满足实际使用的需要。

因此针对这一需要，迫切需要开发一种船舶航行时的波浪综合测量系统及其控制方法，以满足实际使用的需要。

发明内容

针对现有技术上存在的不足，本发明提供一种船舶航行时的波浪综合测量系统及方法，以达到满足实际工作的需要。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

一种船舶航行时的波浪综合测量系统，包括检测终端、数据通讯网络及数据处理平台，其中检测终端至少四个，各检测终端间相互并联并与船舶船底连接，检测终端中，其中两个检测终端沿船舶轴线方向均布并位于船舶中轴线上，剩余的各检测终端分部在船舶轴线两侧，且各检测终端间相互间隔分布，沿船舶轴线方向分布的相邻两个检测终端之间间距不小于50厘米，检测终端均通过数据通讯网络与数据处理平台连接，数据处理平台另通过数据通讯网络与船舶控制系统建立数据连接。

进一步的，所述的检测终端包括承载基体、主导流板、引流板、引流锥、流量传感器、倾角传感器、加速度传感器、摆动机构、驱动电路，所述承载基体为闭合腔体结构，其轴线与船舶中线平行分布的闭合腔体结构，所述承载基体上端面与船舶底部连接并与船舶底部接触面平行分布，所述主导流板至少两个，沿承载基体上端面垂直分布并与船舶中线及承载基体轴线平行分布，且所述主导流板沿承载基体轴线方向均布，且各主导流板上端面通过摆动机构与承载基体下端面铰接，所述引流板至少两个，对称分布在承载基体侧表面，且引流板与承载基体轴线平行分布，并与主导流板间呈30°—60°夹角，且引流板上端面通过摆动机构与承载基体侧表面连接，且引流板位于相邻两主导流板之间位置，所述主导流板、引流板下端面与引流锥连接，且引流锥轴线与承载基体轴线平行分布，所述引流锥内设与引流锥同轴分布的导流通道，所述流量传感器至少一个并嵌于导流通道内，所述主导流板、引流板的中心位置均设一个承载腔体，所述倾角传感器、加速度传感器均嵌于承载腔体内，所述驱动电路嵌于承载基体内，并分别与各流量传感器、倾角传感器、加速度传感器、摆动机构电气连接。

进一步的，所述的承载基体、引流锥均及主导流板、引流板横断面均为水滴状结构，其中所述主导流板、引流板上均不若干透孔。

进一步的，所述的摆动机构包括驱动电动机、纠偏陀螺仪机构、陀螺仪传感器、万象铰链及定位座，所述定位座为密闭腔体结构，嵌于承载基体内且定位座前端面与承载基体外表面平行分布，所述定位座前端面设定位孔且万象铰链嵌于定位孔内并与定位孔同轴分布，所述万象铰链前端面超出定位座前端面至少5毫米，并与主导流板、引流板连接，后端面与纠偏陀螺仪机构连接并同轴分布，所述驱动电动机和陀螺仪传感器均嵌于定位座内，且驱动电动机和陀螺仪传感器均与纠偏陀螺仪机构连接，且所述驱动电动机、陀螺仪传感器另分别与驱动电路电气连接。

进一步的，所述的承载基体上端面设与承载基体轴线平行分布的定位槽，并通过定位槽包覆在船舶外表面与船舶连接，所述定位槽为横断面呈圆弧结构、导致等腰梯形结构及“凵”字形槽状结构中的任意一种。

进一步的，所述的驱动电路为基于可编程控制器、工业单片机中任意一种或两种共用为基础的电路系统。

进一步的，所述的数据处理平台为基于神经网络系统为基础的数据处理系统。

一种船舶航行时的波浪综合测量系统的控制方法，包括以下步骤：

S1，设备安装，首先根据船舶结构，设置若干检测终端，并使各检测终端与船舶底部外表面连接，且各检测终端均位于船舶最小水位线下方，并沿船舶轴线方向均布，然后将数据处理平台嵌入到船舶控制系统中，并通过船舶的数据通讯网络分别与各检测终端和船舶的控制系统电气连接，即可完成本发明装配作业；

S2，海浪测量及分析，在船舶运行中，船舶底部的各检测终端均侵入到水面至下，一方面各检测终端随船舶运行进行同步运行，并在运行过程中使水流沿引流锥导流通道进行流动，通过导流通道内的流量传感器对船舶运行时流经船舶外表面的水流流速进行检测；另一方面由主导流板、引流板随船舶运行时产生的水流及自然波浪驱动，使主导流板、引流板随波浪及水流同步进行摆动，并在摆动过程中一方面通过主导流板、引流板内的倾角传感器、加速度传感器对摆动时的摆动幅度和摆动运动时的重力加速度进行检测，同时通过摆动机构的陀螺仪传感器对主导流板、引流板摆动幅度及方向进行检测，最后将的流量传感器、倾角传感器、加速度传感器、摆动机构的陀螺仪传感器采集的数据同步传输到数据处理平台中，然后由数据处理平台对采集的各类数据进行统一计算、识别作业，并将计算结果传输至船舶控制系统，为船舶操控提供辅助数据参考，从而满足船舶运行及操控作业的需要。

本发明系统构成结构简单，通用性好，安装维护方便，一方面可有效的满足各类船舶运行作业的需要；另一方面可有效实现对船舶运行时自然波浪及水流、船舶运行时激发的波浪及水流进行全面检测，同时可实现对纵向及横向波浪进行全面同步检测，且检测作业精度高，从而极大的提高了船舶运行时对波浪检测作业的全面性、灵活性和检测精度，并为船舶运行安全性及节能降耗有效提供精确的操控数据。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明。

图1为本发明系统结构示意图；

图2为本发明检测终端与船舶连接结构示意图；

图3为检测终端结构示意图；

图4为本发明方法流程图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1—3所示，一种船舶航行时的波浪综合测量系统，包括检测终端1、数据通讯网络2及数据处理平台3，其中检测终端至1少四个，各检测终端1间相互并联并与船舶4船底连接，检测终端1中，其中两个检测终端1沿船舶4轴线方向均布并位于船舶4中轴线上，剩余的各检测终端1分部在船舶4轴线两侧，且各检测终端1间相互间隔分布，沿船舶4轴线方向分布的相邻两个检测终端1之间间距不小于50厘米，检测终端1均通过数据通讯网络2与数据处理平台3连接，数据处理平台3另通过数据通讯网络2与船舶4控制系统建立数据连接。

重点说明的，所述的检测终端1包括承载基体101、主导流板102、引流板103、引流锥104、流量传感器105、倾角传感器106、加速度传感器107、摆动机构108、驱动电路109，所述承载基体101为闭合腔体结构，其轴线与船舶4中线平行分布的闭合腔体结构，所述承载基体101上端面与船舶4底部连接并与船舶4底部接触面平行分布，所述主导流板102至少两个，沿承载基体101上端面垂直分布并与船舶4中线及承载基体101轴线平行分布，且所述主导流板102沿承载基体101轴线方向均布，且各主导流板102上端面通过摆动机构108与承载基体101下端面铰接，所述引流板103至少两个，对称分布在承载基体101侧表面，且引流板103与承载基体101轴线平行分布，并与主导流板102间呈30°—60°夹角，且引流板103上端面通过摆动机构108与承载基体101侧表面连接，且引流板103位于相邻两主导流板102之间位置，所述主导流板102、引流板103下端面与引流锥104连接，且引流锥104轴线与承载基体101轴线平行分布，所述引流锥104内设与引流锥104同轴分布的导流通道100，所述流量传感器105至少一个并嵌于导流通道114内，所述主导流板102、引流板103的中心位置均设一个承载腔体110，所述倾角传感器106、加速度传感器107均嵌于承载腔体110内，所述驱动电路109嵌于承载基体101内，并分别与各流量传感器105、倾角传感器106、加速度传感器107、摆动机构108电气连接。

本实施例中，所述的承载基体101、引流锥104均及主导流板102、引流板103横断面均为水滴状结构，其中所述主导流板102、引流板103上均不若干透孔111。

重点说明的，所述的摆动机构108包括驱动电动机1081、纠偏陀螺仪机构1082、陀螺仪传感器1083、万象铰链1084及定位座1085，所述定位座1085为密闭腔体结构，嵌于承载基体101内且定位座1085前端面与承载基体101外表面平行分布，所述定位座1085前端面设定位孔112且万象铰链1084嵌于定位孔112内并与定位孔112同轴分布，所述万象铰链1084前端面超出定位座1085前端面至少5毫米，并与主导流板102、引流板103连接，后端面与纠偏陀螺仪机构1082连接并同轴分布，所述驱动电动机1081和陀螺仪传感器1083均嵌于定位座1085内，且驱动电动机1081和陀螺仪传感器1083均与纠偏陀螺仪机构1082连接，且所述驱动电动机1081、陀螺仪传感器1083另分别与驱动电路109电气连接。

同时，所述的承载基体101上端面设与承载基体101轴线平行分布的定位槽113，并通过定位槽113包覆在船舶4外表面与船舶4连接，所述定位槽113为横断面呈圆弧结构、导致等腰梯形结构及“凵”字形槽状结构中的任意一种。

本实施例中，所述的驱动电路109为基于可编程控制器、工业单片机中任意一种或两种共用为基础的电路系统。

同时，所述的数据处理平台3为基于神经网络系统为基础的数据处理系统。

如图4所示，一种船舶航行时的波浪综合测量系统的控制方法，包括以下步骤：

S1，设备安装，首先根据船舶结构，设置若干检测终端，并使各检测终端与船舶底部外表面连接，且各检测终端均位于船舶最小水位线下方，并沿船舶轴线方向均布，然后将数据处理平台嵌入到船舶控制系统中，并通过船舶的数据通讯网络分别与各检测终端和船舶的控制系统电气连接，即可完成本发明装配作业；

S2，海浪测量及分析，在船舶运行中，船舶底部的各检测终端均侵入到水面至下，一方面各检测终端随船舶运行进行同步运行，并在运行过程中使水流沿引流锥导流通道进行流动，通过导流通道内的流量传感器对船舶运行时流经船舶外表面的水流流速进行检测；另一方面由主导流板、引流板随船舶运行时产生的水流及自然波浪驱动，使主导流板、引流板随波浪及水流同步进行摆动，并在摆动过程中一方面通过主导流板、引流板内的倾角传感器、加速度传感器对摆动时的摆动幅度和摆动运动时的重力加速度进行检测，同时通过摆动机构的陀螺仪传感器对主导流板、引流板摆动幅度及方向进行检测，最后将的流量传感器、倾角传感器、加速度传感器、摆动机构的陀螺仪传感器采集的数据同步传输到数据处理平台中，然后由数据处理平台对采集的各类数据进行统一计算、识别作业，并将计算结果传输至船舶控制系统，为船舶操控提供辅助数据参考，从而满足船舶运行及操控作业的需要。

本发明系统构成结构简单，通用性好，安装维护方便，一方面可有效的满足各类船舶运行作业的需要；另一方面可有效实现对船舶运行时自然波浪及水流、船舶运行时激发的波浪及水流进行全面检测，同时可实现对纵向及横向波浪进行全面同步检测，且检测作业精度高，从而极大的提高了船舶运行时对波浪检测作业的全面性、灵活性和检测精度，并为船舶运行安全性及节能降耗有效提供精确的操控数据。

本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制。上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理。在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进。这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种船舶航行时的波浪综合测量系统，其特征在于：所述船舶航行时的波浪综合测量系统包括检测终端、数据通讯网络及数据处理平台，其中所述检测终端至少四个，各检测终端间相互并联并与船舶船底连接，所述检测终端中，其中两个检测终端沿船舶轴线方向均布并位于船舶中轴线上，剩余的各检测终端分部在船舶轴线两侧，且各检测终端间相互间隔分布，且沿船舶轴线方向分布的相邻两个检测终端之间间距不小于50厘米，所述检测终端均通过数据通讯网络与数据处理平台连接，所述数据处理平台另通过数据通讯网络与船舶控制系统建立数据连接。

2.根据权利要求1所述的一种船舶航行时的波浪综合测量系统，其特征在于：所述的检测终端包括承载基体、主导流板、引流板、引流锥、流量传感器、倾角传感器、加速度传感器、摆动机构、驱动电路，所述承载基体为闭合腔体结构，其轴线与船舶中线平行分布的闭合腔体结构，所述承载基体上端面与船舶底部连接并与船舶底部接触面平行分布，所述主导流板至少两个，沿承载基体上端面垂直分布并与船舶中线及承载基体轴线平行分布，且所述主导流板沿承载基体轴线方向均布，且各主导流板上端面通过摆动机构与承载基体下端面铰接，所述引流板至少两个，对称分布在承载基体侧表面，且引流板与承载基体轴线平行分布，并与主导流板间呈30°—60°夹角，且引流板上端面通过摆动机构与承载基体侧表面连接，且引流板位于相邻两主导流板之间位置，所述主导流板、引流板下端面与引流锥连接，且引流锥轴线与承载基体轴线平行分布，所述引流锥内设与引流锥同轴分布的导流通道，所述流量传感器至少一个并嵌于导流通道内，所述主导流板、引流板的中心位置均设一个承载腔体，所述倾角传感器、加速度传感器均嵌于承载腔体内，所述驱动电路嵌于承载基体内，并分别与各流量传感器、倾角传感器、加速度传感器、摆动机构电气连接。

3.根据权利要求2所述的一种船舶航行时的波浪综合测量系统，其特征在于：所述的承载基体、引流锥均及主导流板、引流板横断面均为水滴状结构，其中所述主导流板、引流板上均不若干透孔。

4.根据权利要求2所述的一种船舶航行时的波浪综合测量系统，其特征在于：所述的摆动机构包括驱动电动机、纠偏陀螺仪机构、陀螺仪传感器、万象铰链及定位座，所述定位座为密闭腔体结构，嵌于承载基体内且定位座前端面与承载基体外表面平行分布，所述定位座前端面设定位孔且万象铰链嵌于定位孔内并与定位孔同轴分布，所述万象铰链前端面超出定位座前端面至少5毫米，并与主导流板、引流板连接，后端面与纠偏陀螺仪机构连接并同轴分布，所述驱动电动机和陀螺仪传感器均嵌于定位座内，且驱动电动机和陀螺仪传感器均与纠偏陀螺仪机构连接，且所述驱动电动机、陀螺仪传感器另分别与驱动电路电气连接。

5.根据权利要求2所述的一种船舶航行时的波浪综合测量系统，其特征在于：所述的承载基体上端面设与承载基体轴线平行分布的定位槽，并通过定位槽包覆在船舶外表面与船舶连接，所述定位槽为横断面呈圆弧结构、导致等腰梯形结构及“凵”字形槽状结构中的任意一种。

6.根据权利要求2所述的一种船舶航行时的波浪综合测量系统，其特征在于：所述的驱动电路为基于可编程控制器、工业单片机中任意一种或两种共用为基础的电路系统。

7.据权利要求1所述的一种船舶航行时的波浪综合测量系统，其特征在于：所述的数据处理平台为基于神经网络系统为基础的数据处理系统。

8.一种根据权利要求1至6任意一项所述的船舶航行时的波浪综合测量系统的控制方法，其特征在于：所述的船舶航行时的波浪综合测量系统的控制方法包括以下步骤：

S1，设备安装，首先根据船舶结构，设置若干检测终端，并使各检测终端与船舶底部外表面连接，且各检测终端均位于船舶最小水位线下方，并沿船舶轴线方向均布，然后将数据处理平台嵌入到船舶控制系统中，并通过船舶的数据通讯网络分别与各检测终端和船舶的控制系统电气连接，即可完成本发明装配作业；

S2，海浪测量及分析，在船舶运行中，船舶底部的各检测终端均侵入到水面至下，一方面各检测终端随船舶运行进行同步运行，并在运行过程中使水流沿引流锥导流通道进行流动，通过导流通道内的流量传感器对船舶运行时流经船舶外表面的水流流速进行检测；另一方面由主导流板、引流板随船舶运行时产生的水流及自然波浪驱动，使主导流板、引流板随波浪及水流同步进行摆动，并在摆动过程中一方面通过主导流板、引流板内的倾角传感器、加速度传感器对摆动时的摆动幅度和摆动运动时的重力加速度进行检测，同时通过摆动机构的陀螺仪传感器对主导流板、引流板摆动幅度及方向进行检测，最后将的流量传感器、倾角传感器、加速度传感器、摆动机构的陀螺仪传感器采集的数据同步传输到数据处理平台中，然后由数据处理平台对采集的各类数据进行统一计算、识别作业，并将计算结果传输至船舶控制系统，为船舶操控提供辅助数据参考，从而满足船舶运行及操控作业的需要。

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