CN115214855A - 一种船舶浮态参数实时测量系统及测量方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及船舶技术领域，具体涉及一种船舶浮态参数实时测量系统及测量方法。本申请的船舶浮态参数实时测量系统在工作时，在已知各距离测量模块安装高度的情况下，通过控制处理模块控制多个距离测量模块同时测量，可以获取不同时刻船舶多个位置的高度，通过控制处理模块处理后，能够获知船舶起浮状态下的倾斜程度及吃水，本申请通过测距传感器可以实时测量船舶与坞内液面在高度方向的相对位置，再通过控制处理模块的处理，快速得到船舶起浮状态下的倾斜程度及吃水，减小了人工读数的偏差，并且通过控制处理模块可以实时进行测量，及时性好，解决了目前的船舶起浮状态下的倾斜程度及吃水观测方式存在的精度低且及时性差的问题。

Description

一种船舶浮态参数实时测量系统及测量方法

技术领域

本申请涉及船舶技术领域，具体而言，涉及一种船舶浮态参数实时测量系统及测量方法。

背景技术

这部分中描述仅提供与本公开有关的背景信息且可以不构成现有技术。

船舶在船坞内建造时，必将经历起浮的过程，在这个过程中，往往需要读取左右舷的艏中艉吃水、横倾程度、纵倾程度，以便判断该船吃水是否达到起浮计算要求，同时根据读取的参数判断船舶是否满足浮态参数要求。目前船厂所采用的方法是在船舶的单舷侧的艏中艉做水尺字标记，通过目测的方式进行读数。

由于应用场景在船坞，为了保证船舶浮态满足设计要求，需要对船舶首中尾端的左右舷吃水进行实时测量并显示准确的数值。目前的水尺字标记的每个刻度的间距为20厘米，只能达到分米级别，如果刻度间距调小，观察时难以分辨，因此通过水尺字标记目测的数据精确度比较低。采用目测的方式进行观测也很容易受到光线明暗、天气好坏、观测角度、观测距离的影响，目测数据结果偏差较大。而且，目测时需要时间长，且船坞内波浪导致液面起浮，使液面对应的刻度值忽上忽下，不能准确反馈每一时刻的真实吃水。另外，目测所得到的数据需要工作人员手动计算，不能实时直观的反馈每一时刻的浮态参数。综上分析，目前的船舶起浮状态下的倾斜程度及吃水观测方式存在精度低且及时性差的问题。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种船舶浮态参数实时测量方法，用于解决目前的船舶起浮状态下的倾斜程度及吃水观测方式存在的精度低且及时性差的问题。

本申请实施例的另一目的还在于提供一种实现上述方法的船舶浮态参数实时测量系统。

第一方面，提供了一种船舶浮态参数实时测量系统，包括：

距离测量模块，包括用于测量距离测量模块所在位置与船坞内液面之间距离的测距传感器，距离测量模块设置多个，多个距离测量模块用于间隔布置在船舷的外侧；

数据存储模块，与距离测量模块连接，以接收并存储各距离测量模块测得的数据，数据存储模块还用于存储被测量船舶几何数据和距离测量模块的几何数据、安装位置数据；

控制处理模块，与距离测量模块连接，以控制各距离测量模块同时进行实时测量，控制处理模块还与数据存储模块连接，读取数据存储模块中的数据并实时处理计算出船舶起浮状态下的倾斜程度及吃水。

一种可能实施的方案中，船舶浮态参数实时测量系统还包括数据发射模块和数据接收模块，各数据发射模块将距离测量模块测量的结果和测量时间数据通过无线传输发送至数据接收模块，数据存储模块与数据接收模块连接以存储数据接收模块接收的数据。

一种可能实施的方案中，数据发射模块与距离测量模块一一对应，各数据发射模块将所对应的距离测量模块测量的结果发送至数据接收模块。

一种可能实施的方案中，船舶浮态参数实时测量系统还包括数显模块，数显模块与控制处理模块连接以显示数据处理结果。

一种可能实施的方案中，船舶浮态参数实时测量系统还包括液面稳定管，液面稳定管用于固定在船舶的舷侧，液面稳定管下端开口并用于伸入液面以下，距离测量模块设置在液面稳定管的上端，距离测量模块用于测量距离测量模块与液面稳定管内的液面之间的距离并将其作为测量结果。

一种可能实施的方案中，测距传感器为激光测距传感器。

根据本申请的第二方面，还提供一种船舶浮态参数实时测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在船舶上布置多个距离测量模块；

2)各距离测量模块实时测量距离测量模块所在位置与船坞内液面的距离；

3)实时获取各距离测量模块的测量数据，对获取到的测量数据进行处理得到船舶起浮状态下的倾斜程度及吃水。

一种可能实施的方案中，各距离测量模块处于主甲板上表面舷边处，距离测量模块的测量结果为主甲板上表面舷边处与船坞内液面的距离。

一种可能实施的方案中，在获取各距离测量模块的测量数据时，同时获取测出该测量数据的时间T。

一种可能实施的方案中，在步骤1)中，将至少两个距离测量模块在船舶的左舷侧前后布置，将至少两个距离测量模块在右舷侧前后布置。

一种可能实施的技术方案中，测距传感器为激光测距传感器。

本申请中的一种船舶浮态参数实时测量系统具有的有益效果：本申请的船舶浮态参数实时测量系统在工作时，在已知各距离测量模块安装高度的情况下，通过控制处理模块控制多个距离测量模块同时测量，可以获取不同时刻船舶多个位置的高度，通过控制处理模块处理后，能够获知船舶起浮状态下的倾斜程度及吃水，相比现有技术通过人工观测的方式，本申请通过测距传感器可以实时测量船舶与坞内液面在高度方向的相对位置，再通过控制处理模块的处理，快速得到船舶起浮状态下的倾斜程度及吃水，减小了人工读数的偏差，并且通过控制处理模块可以实时进行测量，及时性好，解决了目前的船舶起浮状态下的倾斜程度及吃水观测方式存在的精度低且及时性差的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为根据本申请实施例示出的一种船舶浮态参数实时测量系统的横剖示意图；

图2为根据本申请实施例示出的一种船舶浮态参数实时测量系统的俯视示意图；

图3为根据本申请实施例示出的一种船舶浮态参数实时测量方法的流程图。

图中：1、距离测量模块；2、发射器；3、船舶；4、接收器；5、数据发射模块；6、液面稳定管。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

根据本申请的第一方面，首先提供了一种船舶浮态参数实时测量系统，图1为根据本申请实施例示出的一种船舶浮态参数实时测量系统的横剖示意图。

船舶浮态参数实时测量系统包括距离测量模块1、数据存储模块和控制处理模块。

距离测量模块1包括用于测量距离测量模块1所在位置与船坞内液面之间距离的测距传感器。距离测量模块1设置多个，多个距离测量模块1用于间隔布置在船舷的外侧；数据存储模块与距离测量模块1连接，以接收并存储各距离测量模块1测量的数据，数据存储模块还用于存储被测量船舶3几何数据、距离测量模块1的几何数据和距离测量模块1的安装位置数据。

控制处理模块与距离测量模块1连接，以控制各距离测量模块1同时进行实时测量，及时掌握船舶浮态数据。控制处理模块还与数据存储模块连接，读取数据存储模块中的数据并实时处理计算出船舶3的起浮状态下的倾斜程度及吃水。

距离测量模块1安装在船舶3的舷侧后，能够测量距离测量模块1与船坞内液面之间的距离，本申请的船舶浮态参数实时测量系统在工作时，在已知各距离测量模块1安装高度的情况下，通过控制处理模块控制多个距离测量模块1同时测量，可以获取不同时间船舶3多个位置的高度，通过控制处理模块处理后，能够获知船舶3起浮状态下的倾斜程度及吃水，相比现有技术通过人工观测的方式，本申请通过测距传感器可以实时测量船舶3相对船坞内液面的姿态，再通过控制处理模块的处理，快速得到船舶3起浮状态下的倾斜程度及吃水，减小了人工读数的偏差，并且通过控制处理模块可以实时进行测量，及时性好，解决了目前的船舶3起浮状态下的倾斜程度及吃水观测方式存在的精度低且及时性差的问题。

一种实施例中，距离测量模块1设置多个，至少两个距离测量模块1用于在船舶3的左舷侧前后布置，至少两个距离测量模块1用于在右舷侧前后布置；

优选的，如图1和图2所示，距离测量模块1设置6个，其中3个距离测量模块1用于布置在船舶3的左舷侧，另外3个用于布置在船舶3的右舷侧。处于左舷侧的3个距离测量模块1分别设置在船首、船中和船尾，同理处于右舷侧的3个距离测量模块1也分别设置在船首、船中和船尾，以能够更精准的判断船舶3起浮状态下的倾斜程度及吃水。具体的，距离测量模块1用于测量主甲板上表面舷边处距离船坞内液面的长度数据H。

为了提高测量精度，一种实施例中，测距传感器为激光测距传感器，激光测距传感器的发射器2和接收器4均与主甲板上表面舷边处平齐。图1中显示的距离测量模块1进行了放大处理，仅用于示意位置。当然，一种实施例中，测距传感器也可以是超声波测距传感器、红外线测距传感器等。

一种实施例中，船舶浮态参数实时测量系统还包括数据发射模块5和数据接收模块，各数据发射模块5将距离测量模块1测量的结果和测量时间数据通过无线传输发送至数据接收模块，数据存储模块与数据接收模块连接以存储数据接收模块接收的数据。通过无线传输数据，减少线缆的布置，提高效率，降低成本。

一种实施例中，数据发射模块5与距离测量模块1一一对应，各数据发射模块5将所对应的距离测量模块1测量的结果发送至数据接收模块。为了便于数据的处理，数据发射模块5在获取各距离测量模块1的数据时，同时获取测出该数据的测量时间T，将距离测量模块1测量得到的长度数据H和测量时间T一起发送至数据接收模块。数据接收模块和控制处理模块设置在远程终端。

一种实施例中，数据接收模块设置一个，各数据发射模块5的数据均发射至数据接收模块，供数据存储模块读取存储。

一种实施例中，船舶浮态参数实时测量系统还包括数显模块，数显模块与控制处理模块连接以显示数据处理结果。通过数显模块显示数据处理结果，直观可视化地展现不同时刻的浮态参数，直观性好，便于现场人员对船舶3姿态进行调整。

由于船坞内液面存在波动，为了提高测量精度，一种实施例中，船舶浮态参数实时测量系统还包括液面稳定管6，液面稳定管6用于固定在船舶3的舷侧，液面稳定管6下端开口并用于伸入液面以下，距离测量模块1设置在液面稳定管6的上端。距离测量模块1用于测量距离测量模块1与液面稳定管6内的液面之间的距离并将其作为测量结果。

液面稳定管6竖向设置，垂直于船舶3的基平面。液面稳定管6最上端延伸至主甲板面，最下端延伸至船舶3的基平面附近，与船体结构固定牢固。液面稳定管6的直径范围在200mm-300mm之间，为了便于看到，对图1中液面稳定管6进行了放大处理；实际的尺寸根据现场实际的需要选择。

液面稳定管6内与外界连通，减弱甚至消除测量液面的波动起伏，保证测量基准对象的稳定性，进而保证测量吃水的准确性，距离测量模块1测量结果更准确。

一种实施例中，如图1和图2所示，数据存储模块存储的数据有左右两个距离测量模块1中心之间的最短距离在基平面上的投影长B、距离测量模块1与船舶3基平面之间的垂直间距D(即距离测量模块发射端底部中心至船舶基平面的垂直距离)、艏艉两个距离测量模块1中心之间的最短距离在基平面上的投影长L、距离测量模块发射接收端底部中心至管内液面的距离H(垂直于船舶基平面)、测量时间T、处理产生的差值数据Δd、横倾值ΔH、纵倾值Δh、横倾角α和纵倾角β及其衍生的数据。其中D为根据测量模块安装位置的已知值，控制处理模块用于处理测量得到的长度数据H、测量时间T，通过Δd＝D-H，α＝arctan(ΔH/B)，β＝arctan(Δh/L)，Δd₁＝D₁-H₁，Δd₂＝D₂-H₂，Δd₃＝D₃-H₃，Δd₄＝D₄-H₄，Δd₅＝D₅-H₅，Δd₆＝D₆-H₆，ΔH₁＝|Δd₁-Δd₂|，ΔH₂＝|Δd₃-Δd₄|，ΔH₃＝|Δd₅-Δd₆|，Δh₁＝|Δd₁-Δd₅|，Δh₂＝|Δd₂-Δd₆|，得到差值Δd、横倾角α、纵倾角β，进而得到差值Δd、横倾角α、纵倾角β与测量时间数据T的关系，同时得到横倾程度及纵倾程度的变化值与测量时间T的关系。

本实施例中，各距离测量模块布置在船舶水线以上且与基平面的距离D均相等。各距离测量模块与船舶中线面的垂直距离一致，布置在艏中艉位置的距离测量模块分别在船舶首中尾特定的船舶横剖面上。布置在左右对应位置的两个距离测量模块在同一船舶横剖面。距离测量模块轴线与船舶基平面垂直，液面稳定管中心线与船舶基平面垂直，且距离测量模块能够通过液面稳定管测量至管内液面的距离。

一些实施例中，各距离测量模块布置在船舶水线以上且与基平面的距离不一致。根据上述计算公式，不影响横倾值和纵倾值的计算。当然，上述计算公式中，根据Δd计算的横倾值和纵倾值，也可以不采用上述计算公式，通过距离测量模块测量结果计算横倾值和纵倾值，在计算时，根据距离测量模块的安装位置与船舶基平面的位置关系，对不同安装高度的距离测量模块的测量结果进行预处理，以使各距离测量模块测量结果进行比较的基准一致，比如其中两个距离测量模块的安装位置与船舶基平面的垂直距离存在差值，在使用距离测量模块测量结果计算倾角时，首先将距离测量模块的测量结果减去或者加上差值，然后准确计算出船舶的倾角。

一种实施例中，距离测量模块通过安装支架固定在船舷上。一种实施例中，数据存储模块包括：ROM、RAM、磁碟、U盘、存储卡或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。一种实施例中，控制处理模块可以是通用处理器，包括中央处理器(简称CPU)、网络处理器(简称NP)等；还可以是数字信号处理器(简称DSP)、专用集成电路(简称ASIC)、现场可编程门阵列(简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件、分立硬件组件。一种实施例中，数据显示模块为显示器。

下面结合上述船舶浮态参数实时测量系统的优选的结构详细介绍船舶3的姿态调整方法：

a)在船舶3的6个对应位置安装液面稳定管6、距离测量模块1和数据发射模块5，为了便于液面稳定管6的拆卸，采用抱箍将液面稳定管6固定在船上。在船坞旁边的平台上布置好数据接收模块、数据存储模块、控制处理模块、数据显示模块，船坞内放水，液面没过船底基平面，使船舶3处于起浮状态。

b)通过控制处理模块控制6个距离测量模块1每隔一定时间同时从发射器2发射一次激光，激光在液面稳定管6中传播，遇到平静的测量液面后产生反射和折射，其中反射的激光由接收器4接收，经过距离测量模块1中单片机的处理，得到长度数据H。

c)6个数据发射模块5同时将测量得到的长度数据H和对应的测量时间T，通过无线传输至数据接收模块。

d)数据接收模块集合接收6个距离测量模块测出的长度数据H和测量时间T，6个距离测量模块测出长度数据H分别为H₁、H₂、H₃、H₄、H₅、H₆，测量H₁、H₂、H₃、H₄、H₅、H₆的位置如图2所示。

e)数据存储模块将接收的长度数据H和时间测量点数据T进行存储，同时数据存储模块已经预先存储有已知的左右两个距离测量模块1中心之间的距离B、距离测量模块1与船舶3基平面之间的间距D、前后两个距离测量模块1之间的距离数据L。

f)数据控制处理模块通过Δd＝D-H，α＝arctan(ΔH/B)，β＝arctan(Δh/L)，ΔH₁＝|

Δd₁-Δd₂|，ΔH₂＝|Δd₃-Δd₄|，ΔH₃＝|Δd₅-Δd₆|，Δh₁＝|Δd₁-Δd₅|，Δh₂＝|

Δd₂-Δd₆|，得到差值Δd、横倾值ΔH、横倾角α、纵倾值Δh、纵倾角β，进而得到差值Δd、横倾角α、纵倾角β与测量时间T的关系，同时得到横倾程度及纵倾程度的变化情况。

g)数据存储模块将计算得到数据进行存储。

h)数据显示模块将差值Δd、横倾值ΔH、横倾角α、纵倾值Δh、纵倾角β及测量时间T的关系以图表的形式显示，同时横倾程度及纵倾程度的变化程度与数据T的关系也以图表的形式显示。

i)工作人员根据图表显示的数据进行船舶3浮态的调整。

j)工作人员分析图表，判断横倾程度和纵倾程度是否达到浮态要求的数值，达到要求则此时的差值Δd可被认为是吃水的数据；若未达到要求，则继续调整浮态。

k)随着水位的变化，持续监测Δd、横倾程度、纵倾程度的动态变化。

本发明船舶浮态参数实时测量系统有以下效果：

1)稳定液面高度：根据液面稳定管6内外液面高度一致的原理，利用液面稳定管6将测量液面的起伏波动减弱甚至消除，即减弱甚至消除波峰波谷导致数据不能实时稳定准确测量的影响，进而保证Δd、横倾程度、纵倾程度数据的实时性、稳定性和准确性。

2)具有高精确性、多样性、多天候性：利用激光测距传感器将测量数据的精准度提升到毫米级，进而保证了多个位置的Δd、横倾程度、纵倾程度数据的精确性。不会受到恶劣天气及昏暗光线的影响，解决了现有技术中采用目测方式进行观测方式存在的可视性差的问题。

3)具有低成本性、低事故率：利用无线传输方式可实现远程操控，可大大减少人力的投入，消除人员上船操作而导致的安全问题。

4)具有实时性、动态性、同步性、高效率、低错误率、可视化的系统：通过多个距离测量模块1的同步进行实时测量，使测量得到的数据可以得到快速的对比及其他处理，并通过数据显示模块实现可视化展示，方便作业人员快速判断并调整浮态，此系统的作业效率比背景技术的作业效率高，进而缩短船坞周期。

5)具有通用性：本申请中的船舶不仅指整船，还包含构成船舶的环段或者总段等一切需要起浮的产品，比如集装箱船、液化气船、总段、环段等。

根据本申请的第二方面，还提供一种船舶浮态参数实时测量方法，如图3所示，包括以下步骤：

1)在船舶上布置多个距离测量模块；

2)各距离测量模块实时测量距离测量模块所在位置与船坞内液面的距离；

3)实时获取各距离测量模块的测量数据，对获取到的测量数据进行处理得到船舶起浮状态下的倾斜程度及吃水。

一种实施例中，各距离测量模块处于主甲板上表面舷边处，距离测量模块的测量结果为主甲板上表面舷边处与船坞内液面的距离。

一种实施例中，在获取各距离测量模块的测量数据时，同时获取测出该测量数据的时间T。

一种实施例中，将至少两个距离测量模块在船舶的左舷侧前后布置，将至少两个距离测量模块在右舷侧前后布置。

本申请的船舶浮态参数实时测量方法可以通过第一方面任一实施例中所述的船舶浮态参数实时测量系统实现，详细不再赘述。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种船舶浮态参数实时测量系统，其特征在于，包括：

距离测量模块，包括用于测量距离测量模块所在位置与船坞内液面之间距离的测距传感器，距离测量模块设置多个，多个距离测量模块用于间隔布置在船舷的外侧；

数据存储模块，与距离测量模块连接，以接收并存储各距离测量模块测得的数据，数据存储模块还用于存储被测量船舶几何数据和距离测量模块的几何数据、安装位置数据；

控制处理模块，与距离测量模块连接，以控制各距离测量模块同时进行实时测量，控制处理模块还与数据存储模块连接，读取数据存储模块中的数据并实时处理计算出船舶起浮状态下的倾斜程度及吃水。

2.根据权利要求1所述的船舶浮态参数实时测量系统，其特征在于，船舶浮态参数实时测量系统还包括数据发射模块和数据接收模块，各数据发射模块将距离测量模块测量的结果和测量时间数据通过无线传输发送至数据接收模块，数据存储模块与数据接收模块连接以存储数据接收模块接收的数据。

3.根据权利要求2所述的船舶浮态参数实时测量系统，其特征在于，数据发射模块与距离测量模块一一对应，各数据发射模块将所对应的距离测量模块测量的结果发送至数据接收模块。

4.根据权利要求1或2或3所述的船舶浮态参数实时测量系统，其特征在于，船舶浮态参数实时测量系统还包括数显模块，数显模块与控制处理模块连接以显示数据处理结果。

5.根据权利要求1或2或3所述的船舶浮态参数实时测量系统，其特征在于，船舶浮态参数实时测量系统还包括液面稳定管，液面稳定管用于固定在船舶的舷侧，液面稳定管下端开口并用于伸入液面以下，距离测量模块设置在液面稳定管的上端，距离测量模块用于测量距离测量模块与液面稳定管内的液面之间的距离并将其作为测量结果。

6.根据权利要求1或2或3所述的船舶浮态参数实时测量系统，其特征在于，测距传感器为激光测距传感器。

7.一种船舶浮态参数实时测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在船舶上布置多个距离测量模块；

2)各距离测量模块实时测量距离测量模块所在位置与船坞内液面的距离；

3)实时获取各距离测量模块的测量数据，对获取到的测量数据进行处理得到船舶起浮状态下的倾斜程度及吃水。

8.根据权利要求7所述的船舶浮态参数实时测量方法，其特征在于，各距离测量模块处于主甲板上表面舷边处，距离测量模块的测量结果为主甲板上表面舷边处与船坞内液面的距离。

9.根据权利要求7所述的船舶浮态参数实时测量方法，其特征在于，在获取各距离测量模块的测量数据时，同时获取测出该测量数据的时间T。

10.根据权利要求7所述的船舶浮态参数实时测量方法，其特征在于，在步骤1)中，将至少两个距离测量模块在船舶的左舷侧前后布置，将至少两个距离测量模块在右舷侧前后布置。

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