CN115352598A - 一种仰扫式船舶实载吨位计算方法及系统 - Google Patents

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熊木地
付红建
黄宝祥
周杨
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    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B79/00—Monitoring properties or operating parameters of vessels in operation
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Abstract

本发明公开了一种仰扫式船舶实载吨位计算方法及系统，其中方法包括：获取每个传感器器距离船底的间距值Hn和检测门距水面的间距值C，根据获取的信息计算出船舶此时剖面每个位置的深度值，并将深度值缓存到数组M中，对数组M进行数值段选取和矫正处理，得到该船舶在船体没有倾斜情况下各个剖面的实际吃水值Wn，对实际吃水值Wn进行曲线拟合，将拟合后的曲线对照船舶艏柱和艉柱间长进行站段划分获取船舶型排水体积；根据船舶型排水体积、船壳系数以及水域密度获得船舶排水量；根据船舶排水量和船舶空载重量获得船舶载重。本发明实现了离船船舶实载吨的测量，增强了人机交互并提高了系统工作效率，解决船舶超载和虚报船重的违规现象。

Description

一种仰扫式船舶实载吨位计算方法及系统
技术领域
本发明涉及船舶实载吨检测领域，尤其涉及一种仰扫式船舶实载吨位计算方法及系统。
背景技术
随着内河航运量的不断增大，内河船舶谎报载重、超载违规通航的现象也日益增多，严重影响了内河航道的通航安全和通航效率和经济收益，阻碍了航运经济的健康发展。然而，相关执法部门仍只能采取登船检测船舶吃水线和依靠船只自身提供的载重量来查处船舶超载和虚报船重的违规现象，既耗费时间又影响了船舶的正常通航和对船舶进行的合法税收。。
发明内容
根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种仰扫式船舶实载吨位计算方法，具体包括如下步骤：
获取每个传感器器距离船底的间距值Hn和检测门距水面的间距值C，根据获取的信息计算出船舶此时剖面每个位置的深度值，并将深度值缓存到数组M中，
对数组M进行数值段选取和矫正处理，得到该船舶在船体没有倾斜情况下各个剖面的实际吃水值Wn，
对实际吃水值Wn进行曲线拟合，将拟合后的曲线对照船舶艏柱和艉柱间长进行站段划分获取船舶型排水体积；
根据船舶型排水体积、船壳系数以及水域密度获得船舶排水量；
根据船舶排水量和船舶空载重量获得船舶载重。
进一步的，所述检测门位于航道的底部，其中每个传感器器安装在检测门上。
进一步的，对实际吃水值Wn进行曲线拟合，将拟合后的曲线对照船舶艏柱和艉柱间长分成20个站段，共21个站面记为Z0……Z20，各个站面处横剖面面积则为Sn＝f(Zn)，把各个站面分段作为梯形体，把各段排水体积累加：
Figure BDA0003825420350000021
其中▽为船舶型排水体积，Sn为已查得得第n个站水下横剖面面积，Sn+1为查得第n+1个站面的水下横剖面面积，δl为站间距。
进一步的，船舶排水量△采用如下方式获取：
△＝kρ▽
ρ为实测水域密度，K为船壳系数，K＝1+εWSA/▽，其中ε为船壳钢板的平均厚度，WSA为船体湿面积。
一种仰扫式船舶实载吨位计算系统，包括：
超声波传感器阵列模块，包括用于采集航道底部的检测门上水位信号的多个传感器；
水位计模块，用于测量检测门距水面的间距值；
数据采集接收模块，接收超声波传感器阵列模块和水位计模块传送的数据信息并进行分析得到该船舶在船体没有倾斜情况下各个剖面的实际吃水值Wn并记录；
戎邦曲线匹配模块，读取船舶参数信息从而确定船舶的邦戎曲线数据；
数据处理模块，对实际吃水值Wn进行曲线拟合，将拟合后的曲线对照船舶艏柱和艉柱间长进行站段划分获取船舶型排水体积，根据船舶型排水体积、船壳系数以及水域密度获得船舶排水量，根据船舶排水量和船舶空载重量获得船舶载重。
由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种仰扫式船舶实载吨位计算方法及系统，其中该方法采用一定的算法计算出船舶理想情况下的吃水值，根据邦戎曲线结合船舶理想情况下吃水计算出船舶的排水体积，再结合其他船舶自身属性得到船舶的实际载重量；该方法实现了离船船舶实载吨的测量，增强了人机交互并提高了系统工作效率，解决船舶超载和虚报船重的违规现象，大大提高了船舶附近工作人员以及通航管理中心与船舶进行信息交互的直观性与便捷性，方便了管理部门的指挥工作，同时增加了航道的经济收益，有利于航运事业健康稳定发展。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，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的附图。
图1为本发明方法的流程图；
图2为本发明系统的功能模块图；
图3为本发明方法的实施例示意图。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：
如图1所示的一种仰扫式船舶实载吨位计算方法，具体包括如下步骤：
S1:获取每个传感器器距离船底的间距值Hn和检测门距水面的间距值C，将门距船底的间距Hn减去检测门距水面的间距值C，计算出船舶此时剖面每个位置的深度值Dn，并将Dn的值缓存到一个数组M中，该数组每一行表示一个时刻超声波传感器阵列模块采集到的该传感器所对应船底深度值。
S2：如图3所示，由于船舶在航行过程中可能出现船体倾斜，对照邦戎曲线计算排水时会产生较大误差，因此我们需要得到船体在理想情况下的吃水值Wn，这就需要我们在得到船舶航行过程中每个深度深度值数组M之后，对M数组进行数值段选取，利用该数值段进行矫正处理，得到该剖面理想情况实际吃水值Wn，数组Wn就是该船舶在船体没有倾斜情况下各个剖面的实际吃水值数组。
S3：将数组Wn进行曲线拟合，将拟合后的曲线对照船舶艏柱和艉柱间长分成20个站段，共21个站面记为Z0……Z20。各个站面处横剖面面积则为Sn＝f(Zn)。为简化计算，把各个站面分段作为梯形体来处理，把各段排水体积累加起来
Figure BDA0003825420350000031
其中▽为船舶型排水体积；Sn为已查得得第n个站水下横剖面面积(m2)；Sn+1为查得第n+1个站面的水下横剖面面积(m2)；δl为站间距(m)，即相邻站面的距离。
S4：船舶总的排水体积是船舶型体积与附属体排水体积的总和。因此上述计算所得的船舶入水体积还不包括船舶外板、舭龙骨、舵、螺旋桨及轴架等船舶附属体的体积。此外还要根据实测水域水的密度进行修正。最后总的排水量△为：
△＝kρ▽
式中：K为船壳系数，ρ为实测水域密度。
步骤5:将船舶计算得到的排水重量△减去船舶空载重量得到船舶载重，最后将船舶总重量，船舶吃水，船舶实载信息显示在人间界面中。
如图2所示，一种仰扫式船舶实载吨位计算系统，包括：
超声波传感器阵列模块，包括多个传感器，其中传感器用于采集航道底部的检测门上的水位信号。传感器采用型号MH-C超声波传感器，其工作频率为20～2000KHz，波束角为8～10度，防护等级为IP68，最小分辨率达1mm，是一款高性能的超声波传感器。该模块由多个超声波传感器组成，安装在航道底部的检测门上。超声波传感器通过电缆输出4-20mA的电流信号并经由RS485的传输方式将测量数据传输到数据采集与接收模块。
水位计模块，用于测量检测门距水面的间距值；其中水位计模块采用型号SST-968的数字化液位变送器，内部为传感器压力敏感元件，将实时水位值转换成相应的电流，通过电缆输出4-20mA两线制的标准电流信号。
数据采集接收模块，接收超声波传感器阵列模块和水位计模块传送的数据信息并进行分析得到该船舶在船体没有倾斜情况下各个剖面的实际吃水值Wn并记录和缓存。数据采集接收模块采用基于ARM系列的高性能处理器进行数据采集、处理与远程传输。它通过内置数据采集传输指令启动超声波接收探头和水下压力传感器模块的数据采集，并将采集得到的数据传输至数据处理模块
戎邦曲线匹配模块，读取船舶参数信息从而确定船舶的邦戎曲线数据；邦戎曲线匹配模块基于船舶AIS信息采集，通过AIS来确定待测船舶，具有船舶自动识别功能，可得到周围船舶的AIS数据信息，通过与数据库中数据进行对比，提取出该船只的邦戎曲线数据。
数据处理模块，对实际吃水值Wn进行曲线拟合，将拟合后的曲线对照船舶艏柱和艉柱间长进行站段划分获取船舶型排水体积，根据船舶型排水体积、船壳系数以及水域密度获得船舶排水量，根据船舶排水量和船舶空载重量获得船舶载重，记录并显示在客户端上。
本发明公开的方法具有快捷性不影响船舶正常通行，且准确度更高，适应范围更广，能够更加直观准确的给监管部门数据作为参考，大大方便了船舶管理部门的信息交互与指挥工作。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种仰扫式船舶实载吨位计算方法，其特征在于包括：
获取每个传感器器距离船底的间距值Hn和检测门距水面的间距值C，根据获取的信息计算出船舶此时剖面每个位置的深度值，并将深度值缓存到数组M中，
对数组M进行数值段选取和矫正处理，得到该船舶在船体没有倾斜情况下各个剖面的实际吃水值Wn，
对实际吃水值Wn进行曲线拟合，将拟合后的曲线对照船舶艏柱和艉柱间长进行站段划分获取船舶型排水体积；
根据船舶型排水体积、船壳系数以及水域密度获得船舶排水量；
根据船舶排水量和船舶空载重量获得船舶载重。
2.根据权利要求1所述的仰扫式船舶实载吨位计算方法，其特征在于：所述检测门位于航道的底部，其中每个传感器器安装在检测门上。
3.根据权利要求1所述的仰扫式船舶实载吨位计算方法，其特征在于：对实际吃水值Wn进行曲线拟合，将拟合后的曲线对照船舶艏柱和艉柱间长分成20个站段，共21个站面记为Z0……Z20，各个站面处横剖面面积则为Sn＝f(Zn)，把各个站面分段作为梯形体，把各段排水体积累加：
Figure FDA0003825420340000011
其中
Figure FDA0003825420340000012
为船舶型排水体积，Sn为已查得得第n个站水下横剖面面积，Sn+1为查得第n+1个站面的水下横剖面面积，δl为站间距。
4.根据权利要求1所述的仰扫式船舶实载吨位计算方法，其特征在于：船舶排水量
Figure FDA0003825420340000013
采用如下方式获取：
Figure FDA0003825420340000014
ρ为实测水域密度，K为船壳系数，
Figure FDA0003825420340000015
其中ε为船壳钢板的平均厚度，WSA为船体湿面积。
5.一种仰扫式船舶实载吨位计算系统，其特征在于包括：
超声波传感器阵列模块，包括用于采集航道底部的检测门上水位信号的多个传感器；
水位计模块，用于测量检测门距水面的间距值；
数据采集接收模块，接收超声波传感器阵列模块和水位计模块传送的数据信息并进行分析得到该船舶在船体没有倾斜情况下各个剖面的实际吃水值Wn并记录；
戎邦曲线匹配模块，读取船舶参数信息从而确定船舶的邦戎曲线数据；
数据处理模块，对实际吃水值Wn进行曲线拟合，将拟合后的曲线对照船舶艏柱和艉柱间长进行站段划分获取船舶型排水体积，根据船舶型排水体积、船壳系数以及水域密度获得船舶排水量，根据船舶排水量和船舶空载重量获得船舶载重。
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