CN115773788A - 一种适用于浅水区域打捞船舶的监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于浅水区域打捞船舶的监测系统，包括设置在船舶上的GPS、罗经、5个惯性测量单元、2个测深仪和计算机，5个惯性测量单元分别设置在5个监测点处，5个监测点分别位于4个角点和船舶中心，2个测深仪分别设置在船舶的左前部和右后部，计算机接收GPS、罗经、5个惯性测量单元和2个测深仪的监测数据并进行以下处理：1)采用以下公式分别计算5个监测点处船底距海底的实时距离：ΔH＝h‑(H‑d)+heave，其中，ΔH为船底距海底的距离，h为姿态改正后的水深，H为船舶型深，d为测深仪安装高度；2)预警：当监测数据超过设定阈值时，计算机发出预警。本发明能够实时监测船舶运动状态并提供预警信息，保证打捞施工作业安全。

Description

一种适用于浅水区域打捞船舶的监测系统

技术领域

本发明涉及浅水区域沉船打捞船舶监测领域，特别是一种适用于浅水区域沉船打捞过程中船舶监测方法和系统。

背景技术

大吨位沉船救助打捞，受深水海洋环境的影响，往往风大浪高、水流湍急，是世界沉船救助打捞领域的一个难题，鲜有成功实施的经典案例。传统的海难沉船救助打捞受制于海洋观测手段的匮乏，往往以工程人员的“经验积累”等主观感受作为施工思路，没有形成一整套科学合理的监测方法和参考评价体系。浅水区域沉船打捞相比深水区域更具挑战性，受制于水深，对于高位搁浅至浅滩或暗礁上的难船，大型打捞作业船舶受限于吃水无法正常进入，往往需要根据潮汐变化选择有限的作业窗口，对于施工作业船舶安全构成巨大威胁，国内对于浅水区域沉船打捞船舶综合监测方法尚无成熟经验借鉴，因此迫切需要一种适用于浅水区域打捞船舶的监测系统，保证施工作业安全，同时提高作业效率。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种适用于浅水区域打捞船舶的监测系统，能够实时监测船舶运动状态并提供预警信息，保证打捞施工作业安全。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种适用于浅水区域打捞船舶的监测系统，包括设置在船舶上的GPS、罗经、5个惯性测量单元、2个测深仪和计算机，5个所述惯性测量单元分别设置在5个监测点处，5个监测点分别位于4个角点和船舶中心，2个所述测深仪分别设置在船舶的左前部和右后部，所述计算机接收所述GPS、所述罗经、5个所述惯性测量单元和2个所述测深仪的监测数据并进行以下处理：

1)采用以下公式分别计算5个监测点处船底距海底的实时距离：

ΔH＝h-(H-d)+heave

其中，ΔH为船底距海底的距离，H为船舶型深，d为测深仪安装高度，也是测深仪换能器底部到甲板面的距离，两个测深仪的安装高度相同，heave为船舶垂荡量，h为姿态改正后的水深，船舶各监测点位实时水深由测深仪测量水深结合各点位姿态数据进行计算：

其中，h₁、h₂、h₃、h₄、h₀分别为第一角点、第二角点、第三角点、第四角点和中心点位置姿态改正后的对应水深，h₁'、h'₂分别为船舶左前方和右后方测深仪测量的实时水深，α为每个监测角点的横摇(Roll)变化，β为每个监测角点的纵摇(Pitch)变化；L、W、H分别为船舶型长、型宽和型深；

2)预警：

预警信息包括：2.1)船舶偏离设计位置的阈值报警；2.2)船舶6个自由度分量阈值报警、三轴速度和加速度阈值报警；2.3)船舶各监测点位船底至海底实时距离阈值报警；各阈值报警信息通过计算机传输至指挥中心。

所述测深仪为单波束测深仪。

所述惯性测量单元采用S260光纤惯导组合航姿系统。

该系统采用无线网络进行数据传输和通讯。

本发明具有的优点和积极效果是：1)惯性测量单元多点位监测船舶运动情况，更准确反映船舶综合变化情况，各个监测点位均包括6个自由度和速度变化情况，对于浅水区作业船舶安全保障性更强；2)利用船头船尾两套单波束测深仪测量水深变化，根据多点运动监测模块改正信息，可以获得船舶不同吃水部位距离海底的准确距离，水深测量更准确，可为船舶提供安全预警信息，防止触底；3)所有监测数据通过局域网传输和共享，数据高度集成，便于协同指挥作业。

附图说明

图1为本发明应用的结构框图；

图2为本发明应用的监测设备安装布置图。

图中：101、第一惯性测量单元；102、第二惯性测量单元；103、第三惯性测量单元；104、第四惯性测量单元；105、中心惯性测量单元；201、左前测深仪；202、右后测深仪；301、施工船舶。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

一种适用于浅水区域打捞船舶的监测系统，包括设置在船舶上的GPS、罗经、5个惯性测量单元、2个测深仪和计算机，5个所述惯性测量单元分别设置在5个监测点处，5个监测点分别为4个角点和船舶中心，2个所述测深仪分别设置在船舶的左前部和右后部，所述计算机接收所述GPS、所述罗经、5个所述惯性测量单元和2个所述测深仪的监测数据并进行以下处理：

1)采用以下公式分别计算5个监测点处船底距海底的实时距离：

ΔH＝h-(H-d)+heave

其中，ΔH为船底距海底的距离，H为船舶型深，d为测深仪安装高度，也是测深仪换能器底部到甲板面的距离，两个测深仪的安装高度相同，heave为船舶垂荡量，h为姿态改正后的水深，船舶各监测点位实时水深由测深仪测量水深结合各点位姿态数据进行计算：

其中，h₁、h₂、h₃、h₄、h₀分别为第一角点、第二角点、第三角点、第四角点和中心点位置姿态改正后的对应水深，h₁'、h'₂分别为船舶左前方和右后方测深仪测量的实时水深，α为每个监测角点的横摇(Roll)变化，β为每个监测角点的纵摇(Pitch)变化；L、W、H分别为船舶型长、型宽和型深；

2)预警：

预警信息包括：2.1)船舶偏离设计位置的阈值报警；2.2)船舶6个自由度分量阈值报警、三轴速度和加速度阈值报警；2.3)船舶各监测点位船底至海底实时距离阈值报警；各阈值报警信息通过计算机传输至指挥中心。

在本实施例中，所述测深仪为单波束测深仪。所述惯性测量单元采用S260光纤惯导组合航姿系统。该系统采用无线网络进行数据传输和通讯。

本发明的应用：

请参阅图1和图2，本发明的应用采用以下步骤：

S1、在施工船舶301空旷位置安装高精度GPS和罗经，测量GPS和罗经在船体坐标系下的偏移，其中偏移量取可以选择全站仪测量或者米尺量取，正式施工前需要校准罗经，可以通过岸基测量或者测太阳校罗经，根据船舶等比例模型放样船舶任意一点准确位置信息；

S2、在施工船舶301第一角点安装第一惯性测量单元101，船舶301第二角点安装第二惯性测量单元102，船舶301第三角点安装第三惯性测量单元103，船舶301第四角点安装第四惯性测量单元104，船舶301中心安装中心惯性测量单元105；所述惯性测量单元监测船舶中心和四个角点的姿态运动情况，包括6个自由度分量，分别为垂荡(heave)、横荡(sway)、纵荡(surge)、纵摇(pitch)、横摇(roll)、艏摇(yaw)，同时获取各个监测点位的三轴速度和加速度变化情况；

S3、在施工船舶301左前和右后分别安装左前测深仪201和右后测深仪202，所述左前测深仪201和右后测深仪202分别测量船舶左前水深和右后实时水深，综合S2所述船舶301各个角点姿态监测变化情况，可以计算施工船舶五个监测点位船底至海底的实时距离，为船舶安全提供保障。

所述船舶中心和四个角点惯性测量单元安装完成后均需进行初始姿态标定置零。施工船舶进入浅水打捞作业区域，通过所述GPS和罗经获取船舶任意点位的位置信息和船舶艏向，通过所述惯性测量单元获取船舶各监测点运动情况，通过所述测深仪获取船舶船头船尾水深变化，所述测量水深综合各点位姿态监测情况，获取准确的各点位船底距海底高度，根据以下公式计算船底距海底的距离变化：

ΔH＝h-(H-d)+heave

其中，ΔH为船底距海底的距离，h为姿态改正后的水深，H为船舶型深，d为安装高度，heave为船舶垂荡量，可体现船舶升沉变化。

根据船舶每个监测点姿态的实时变化，可以根据实测水深计算出各点位的改正水深：

其中，h₁、h₂、h₃、h₄、h₀分别为第一角点、第二角点、第三角点、第四角点和中心角点位置姿态改正后的对应水深，h₁'、h'₂分别为船舶左前方和右后方测深仪测量的实时水深，α为每个监测角点的横摇(Roll)变化，β为每个监测角点的纵摇(Pitch)变化。L、W、H分别对应船舶型长、型宽和型深。

当监测数据超过设定阈值时，计算机发出预警，预警信息包括：2.1)船舶偏离设计位置的阈值报警；2.2)船舶6个自由度分量阈值报警、三轴速度和加速度阈值报警；2.3)船舶各监测点位船底至海底实时距离阈值报警；各阈值报警信息通过计算机传输至指挥中心。

GPS和罗经用于确定船舶位置，获取准确的船舶位置信息；惯性测量单元用于监测船舶运动的姿态，获取船舶各点位姿态信息；测深仪用于测量实时水深。监测数据以及通讯信息通过无线局域网进行传输。

所述测深仪为单波束测深仪，测深仪换能器通过刚性连接杆连接，换能器在各种海况下均能保证不露出水面。所述惯性测量单元采用S260光纤惯导组合航姿系统，且具有防水、易安装等特点，所述惯性测量单元的安装位置均为稳定、不易变形的位置，所述惯性测量单元测量的数据均通过无线传输至服务器。更加具体地，所有监测设备的数据均通过局域网进行无线传输，通过显示器实时显示所有监测数据的变化情况。所述计算机包含数据收发、存储、处理等模块，具有一整套数据处理系统。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种适用于浅水区域打捞船舶的监测系统，其特征在于，包括设置在船舶上的GPS、罗经、5个惯性测量单元、2个测深仪和计算机，5个所述惯性测量单元分别设置在5个监测点处，5个监测点分别位于4个角点和船舶中心，2个所述测深仪分别设置在船舶的左前部和右后部，所述计算机接收所述GPS、所述罗经、5个所述惯性测量单元和2个所述测深仪的监测数据并进行以下处理：

1)采用以下公式分别计算5个监测点处船底距海底的实时距离：

ΔH＝h-(H-d)+heave

其中，ΔH为船底距海底的距离，H为船舶型深，d为测深仪安装高度，也是测深仪换能器底部到甲板面的距离，两个测深仪的安装高度相同，heave为船舶垂荡量，h为姿态改正后的水深，船舶各监测点位实时水深由测深仪测量水深结合各点位姿态数据进行计算：

其中，h₁、h₂、h₃、h₄、h₀分别为第一角点、第二角点、第三角点、第四角点和中心点位置姿态改正后的对应水深，h₁'、h'₂分别为船舶左前方和右后方测深仪测量的实时水深，α为每个监测角点的横摇(Roll)变化，β为每个监测角点的纵摇(Pitch)变化；L、W、H分别为船舶型长、型宽和型深；

2)预警：

预警信息包括：2.1)船舶偏离设计位置的阈值报警；2.2)船舶6个自由度分量阈值报警、三轴速度和加速度阈值报警；2.3)船舶各监测点位船底至海底实时距离阈值报警；各阈值报警信息通过计算机传输至指挥中心。

2.根据权利要求1所述的适用于浅水区域打捞船舶的监测系统，其特征在于，所述测深仪为单波束测深仪。

3.根据权利要求1所述的适用于浅水区域打捞船舶的监测系统，其特征在于，所述惯性测量单元采用S260光纤惯导组合航姿系统。

4.根据权利要求1所述的适用于浅水区域打捞船舶的监测系统，其特征在于，该系统采用无线网络进行数据传输和通讯。

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