CN202593822U - 一种航行船舶超吃水自动检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种航行船舶超吃水自动检测系统，包括测量头、测量头提放子系统、实时数据采集器、数据通讯接口、数据处理与控制子系统和显示与操作面板；所述测量头连接在测量头提放子系统的钢丝绳上；所述实时数据采集器的输入端与测量头连接，其输出端通过数据通讯接口与数据处理与控制子系统连接；所述数据处理与控制子系统与显示与操作面板连接；该系统实现了航行中船舶（超）吃水非接触式自动检测，提高了检测效率和精度，降低了检测成本。

Description

一种航行船舶超吃水自动检测系统

技术领域

本实用新型涉及船舶吃水检测技术，特别是一种航行中船舶超吃水量的现场自动检测系统。

背景技术

船舶吃水是指船舶因自重或受载，船体浸没水中部分的深度，船舶吃水值反映了船舶的排水量和载货重量。“超吃水”是指国内内河部分船舶为追求经济利益，超过航道维护水深标准装载航行，或由于超载而超过船舶允许的最大吃水值。船舶“超吃水”航行不但会损坏船体本身，危及船员生命，还可能造成搁浅后，改变水流方向，造成泥沙淤积等不利情况，进而破坏航道，造成航道断航或阻航，影响航道的畅通和安全，其危害巨大。

目前已有的船舶吃水检测方法主要有：人工观测、超声波水尺、激光水位计、压力传感器、声纳或激光成像等，但存在主观因素大、检测精度低、自动化程度不高、劳动强度较大、装置或系统成本较高、使用维护不便等缺点。如专利号为ZL200720106838.4的中国实用新型专利“一种船舶水尺”提到一种船舶水尺，专利号为ZL92208452.1的中国实用新型专利“智能检水仪”提供的一种测量船舶和载重量的计量仪器，授权公告号为CN200985088Y的中国实用新型专利“手提式船舶吃水测量仪”提到的一种手提式船舶吃水测量仪，均需要检测人员登上被检测船才能实施检测，但实际执法中，让航行中的船舶停下接受检测，显然不现实。而授权公告号为CN201989930U的中国实用新型专利“船舶吃水深度检测装置”中提供的一种船舶吃水深度检测装置，以及授权公告号为CN201980396U的中国实用新型专利“船舶吃水深度采集系统”中提供的一种基于压力传感器的船舶吃水深度采集系统，则直接安装在被检测船舶上，这显然也无法适用于执法检查。也有提到不影响通航的现场检测方法，如公开号为CN101216338A的中国发明专利“一种船舶排水量测量装置及其测量方法”中使用固定安装于河床及河岸水下部分的测量装置，授权公告号为CN101628612A的中国发明专利“船舶吃水超限预警系统及预警方法”中提到的通过在闸道水下设置一个可上下升降的水平杆，检测水平杆与船底接触时的高度进行吃水超限报警的方法，以及授权公告号为CN201800887U的中国实用新型专利“一种基于超声波传感器的船舶吃水深度超限预警系统”中提到的一种基于超声波传感器并辅以视频的过闸船舶吃水深度超限预警系统，虽然能实现非接触检测，但由于水下情况复杂，检测精度受漩涡、杂物等干扰程度大，其装置的安装和维护不方便，而且如果对“起吃水”船舶进入引航道或闸道后才检测，则航道破坏可能会既成事实。还有使用图像处理算法计算船舶吃水深度的，如申请公布号为CN101913415A的中国发明专利“船舶吃水动态检测系统及检测方法”提供一种利用水下激光阵列和水下摄像机的船舶吃水动态检测系统及检测方法，但由于长江水质比较浑浊，泥沙含量较高，能见度极低，在这种环境下激光的有效探测距离以及激光成像设备的有效视距是否满足超吃水动态检测的要求还须通过大量实验来验证，且其系统成本较高，安装和维护也不太方便。因此，亟需研究开发一种经济实用的航行中船舶超吃水实时自动检测系统及检测方法。

发明内容

本实用新型提供了一种适用于航道管理部门快速检测要求的、经济实用的航行中船舶超吃水实时自动检测系统，该系统可安装于检测船上，在任意航段对航行中船舶的吃水进行现场自动检测。

本实用新型的技术方案是：一种航行船舶超吃水自动检测系统，包括测量头、测量头提放子系统、实时数据采集器、数据通讯接口、数据处理与控制子系统和显示与操作面板；所述测量头提放子系统上包括电动绞车、导向滑轮、钢丝绳和钢丝绳测量装置；所述测量头连接在测量头提放子系统的钢丝绳上；所述实时数据采集器的输入端与测量头连接，其输出端通过数据通讯接口与数据处理与控制子系统连接；所述数据处理与控制子系统与显示与操作面板连接；所述测量头上安装有水声测距仪和液位（水压）传感器；所述数据处理与控制子系统，包括CPU及与其相连的通讯模块、数据存储模块、输入输出控制模块，用于处理测量数据、控制测量头的提放、人机交互响应，以及监控系统工作状态。

进一步，所述显示与操作面板，包括显示屏、三色指示灯、声光报警装置和功能按键组；所述显示屏用来显示所述检测系统的状态信息和测量结果；所述三色指示灯用来指示所述检测系统的工作状态；所述声光报警装置用来提示所述检测系统故障；所述功能按键组用来接受用户数据输入或操作指令输入。

进一步，所述钢丝绳为柔性钢丝绳，所述测量头连接带有配重。

进一步，所述钢丝绳测量装置为光电转速编码器，用于测量钢丝绳入水长度。

本实用新型的有益效果是，可安装在测量船上用于执法时动态实时检测航行中船舶的吃水深度，提高了检测效率和精度，降低了检测成本和劳动强度。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述：

图1示出了航行船舶超吃水自动检测系统的结构示意图；

图2示出了航行船舶超吃水自动检测系统的测量原理图。

具体实施方式

以下将对本实用新型的实施例进行详细的描述。 

参见图1，本实施例所述航行船舶超吃水自动检测系统包括：测量头、测量头提放子系统、实时数据采集器、数据通讯接口、数据处理与控制子系统以及显示与操作面板。

本实施例所述测量头为所述检测系统的核心测量部件，包括用来探测被测船船底的单波束小波束角水声测距仪和用来测量水深的液位（水压）传感器，以及固定装置，必要时还包括配重或铅鱼。测量头上的水声测距仪探测被测船舶的底部，通过测量头上的液位传感器获得被测船舶的吃水深度，利用配重和测量头的重力克服测量船摇晃引入的测量误差。

测量头提放子系统包括底盘部分、支架部分和传动部分，以及悬吊装置、钢丝绳、导向滑轮、电缆卷筒等。传动部分包括电机、电机驱动器、电机控制器和光电转速编码器，以及制动装置、锁紧装置、限位装置、变速装置等。光电转速编码器用来测量钢丝绳入水长度，以辅助计算吃水深度和判断测量头故障。

本实施例所述测量头提放子系统选用定制的双卷筒船用电动水文绞车，并加装电缆卷筒和光电转速编码器。光电转速编码器用来测量钢丝绳入水长度，以辅助计算吃水深度和判断测量头故障。双卷筒船用电动水文绞车的主要工作参数为：电制AC380V/50Hz，额定拉力2kN，额定绳速≥9m/min，钢丝绳直径，容绳量20m。

实时数据采集器，用来实时采集和传送水声测距仪和液位（水压）传感器的数据，本实施例选用与所述数据处理与控制子系统中的控制器相匹配的模块化工业级高精度高速AD模块。

数据通讯接口用来变换上述数据，并将其传送至工业控制器，本实施例选用485串行通讯接口。

数据处理与控制子系统，包括控制器和测量模块，用来实时处理测量数据、控制测量头的提放、人机交互响应，以及实时监控系统工作状态。控制器包括电源模块、CPU模块、通讯模块、数据存储模块、输入输出模块。本实施例所述控制器选用西门子S7-200系列PLC。测量模块包括数据分析与处理部分、误差分析与补偿部分、电气控制部分、人机交互部分。

显示与操作面板，包括显示屏、三色指示灯、声光报警装置和功能按键组。显示屏用来显示所述检测系统的状态信息和测量结果；所述三色指示灯用来指示检测系统的工作状态（系统测试指示、正在工作指示、检测完成指示）；声光报警装置用来提示所述检测系统故障；功能按键组用来接受用户数据输入或操作指令输入。本实施例所述功能按键组选用非编码4×4键盘，包括10个数字和6个功能按键。作为对本实施例的改进，其显示屏可采用触摸屏，兼具输入功能。

其测量原理是：将带有配重的测量头正对被测船船舷随钢丝绳平缓地放入水中，测量头中的单波束水声测距仪实时地向被测船船舷发送超声波，测量头中的压力传感器实时地记录当前所处水深，当水声测距仪测得的距离突然变大或其超声回波能量突然衰减时，表明已探测到被测船的船底，对此时压力传感器所测得的水深适当修正后即可得到被测船舶的吃水深度。在测量头重力作用下，柔软的钢丝绳可克服大部分由测量船摇晃引入的测量误差，从而不必配置昂贵的船舶姿态仪校正系统。

参见图2，本实施例的航行船舶超吃水系统的检测过程为：

1）将测量头正对被测船船舷随钢丝绳由电动绞车平缓地放入水中，数据处理与控制子系统开始实时记录所述测量头处水深h和所述水声测距仪测得的距离d；

2）数据处理与控制子系统根据所述水声测距仪测得的距离及其超声回波能量实时判断是否检测被测船舶底部；

3）当h大于航道维护水深，但所述检测系统仍未检测到被测船舶底部，则可初步判定该被测船舶超吃水；

4）当检测到被测船舶底部时，由此时的h和d根据下式计算被测船舶的吃水深度                                                ：

式中，

为所述单波束水声测距仪的换能器波束角，

为修正量，其大小、正负与所述检测系统的实船安装情况以及测量时的气象、水文条件有关。

以上所述仅为本实用新型的优选，并不用于限制本实用新型，显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。倘若对本实用新型的这些改动和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型了意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种航行船舶超吃水自动检测系统，包括测量头、测量头提放子系统、实时数据采集器、数据通讯接口、数据处理与控制子系统和显示与操作面板；其特征在于，所述测量头提放子系统上包括电动绞车、导向滑轮、钢丝绳和钢丝绳测量装置；所述测量头连接在测量头提放子系统的钢丝绳上；所述实时数据采集器的输入端与测量头连接，其输出端通过数据通讯接口与数据处理与控制子系统连接；所述数据处理与控制子系统与显示与操作面板连接；所述测量头上安装有水声测距仪和液位传感器；所述数据处理与控制子系统，包括CPU及与其相连的通讯模块、数据存储模块、输入输出控制模块，用于处理测量数据、控制测量头的提放、人机交互响应，以及监控系统工作状态。

2.根据权利要求1所述的一种航行船舶超吃水自动检测系统，其特征在于，通过所述测量头上的水声测距仪探测被测船舶的底部，通过所述测量头上的液位传感器获得被测船舶的吃水深度。

3.根据权利要求1所述的一种航行船舶超吃水自动检测系统，其特征在于，所述钢丝绳为柔性钢丝绳，所述测量头连接带有配重。

4.根据权利要求1所述的一种航行船舶超吃水自动检测系统，其特征在于，所述钢丝绳测量装置为光电转速编码器，用于测量钢丝绳入水长度。

5.根据权利要求1所述的一种航行船舶超吃水自动检测系统，其特征在于，所述显示与操作面板，包括显示屏、三色指示灯、声光报警装置和功能按键组；所述显示屏用来显示所述检测系统的状态信息和测量结果；所述三色指示灯用来指示所述检测系统的工作状态；所述声光报警装置用来提示所述检测系统故障；所述功能按键组用来接受用户数据输入或操作指令输入。

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