一种船舶吨位自动测量方法技术

本发明专利技术公开了一种船舶吨位自动测量方法，包括一、搭建检测系统；二、度传感器、温度传感器和超声波换能器检测船舶沿航道航行时的参数；三、控制器收到步骤二中的信息后采用最小二乘法计算船舶横截面积；四，根据步骤三中船舶的横截面积计算船舶吨位。通过设置速度传感器、温度传感器和超声波换能器阵列，自动检测船舶沿航道航行的航行速度，水温，以及超声波换能器阵列每发射一次超声波检测信号对应的时间差同样构成时间阵列，得出船舶位于水面以下的船体的宽度，采用最小二乘法计算船舶横截面积，最后得出船舶位于水面以下部分的体积。基于最小二乘法的船舶吨位计算方法，有较高的准确率，可提高船舶吨位的测量效率。

An automatic measurement method of ship tonnage

The invention discloses an automatic measurement method of ship tonnage, which includes: 1. Setting up a detection system; 2. Detecting the parameters of the ship when it is sailing along the channel by the degree sensor, temperature sensor and ultrasonic transducer; 3. Calculating the cross-sectional area of the ship by the least square method after the controller receives the information in step 2; 4. Calculating the ship tonnage according to the cross-sectional area of the ship in step 3. By setting up velocity sensor, temperature sensor and ultrasonic transducer array, the navigation speed and water temperature of the ship along the channel can be automatically detected, and the time difference corresponding to each ultrasonic detection signal transmitted by the ultrasonic transducer array can also form a time array. The width of the ship below the water surface can be obtained. The cross-sectional area of the ship can be calculated by the least square method The volume of the ship below the water surface is obtained. The calculation method of ship tonnage based on the least square method has high accuracy and can improve the measurement efficiency of ship tonnage.

【技术实现步骤摘要】
一种船舶吨位自动测量方法
本专利技术属于河道船舶检测
，具体涉及一种船舶吨位自动测量方法。
技术介绍
内河航运能耗少，运量大，环境污染小，是比较经济的运输方式。船舶吨位的准确测量和统计是管理部门管理决策的重要依据和支撑，因此需要对河航运过程中的船舶吨位进行测量。目前，我国的船舶吨位测量方法比较落后，通常采用人工观察、人工检测和粗略估计等方法，人工观察和粗略估计方法主要依赖人工经验，通过估计船长和吃水对吨位进行大概估计，误差较大，人工检测方法往往需要登船检查，效率低下，且存在一定测量误差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种船舶吨位自动测量方法，解决现有技术中采用人工观察、人工检测和粗略估计等方法测量船舶吨位，误差较大、效率低下的技术问题。本专利技术为了解决上述技术问题，采用如下技术方案：一种船舶吨位自动测量方法，包括如下步骤：步骤一、搭建检测系统：包括控制器、至少一个速度传感器、至少一个温度传感器和2N个超声波换能器，所述速度传感器、温度传感器和超声波换能器均与控制器电连接；所述2N个超声波换能器分为N组，每组两个超声波换能器分别安装在航道的两侧，且位于同一水平线上，每一组超声波换能器的间距均为W0；2N个超声波换能器位于同一竖直面上形成超声波换能器阵列，记为：((b11,b12),(b21,b22),(b31,b32),......,(bi1,bi2),......(bN1,bN2))，(1)且该竖直面与船舶的前进方向垂直，其中最上端一组超声波换能器(b11,b12)位于航道的河面上；相邻两组超声波换能器在竖直方向的间距相等，均为ΔHm；N为大于等于3的正整数，1≤i≤N，且i为正整数；步骤二、度传感器、温度传感器和超声波换能器检测船舶沿航道航行时的参数：所述温度传感器检测到水温为T℃并传送给控制器；所述控制器控制所有的超声波换能器的发射端每隔Δt时间发射一次超声波检测信号，每个超声波换能器的接收端收到回传信号后发送给控制器，控制器计算出每个超声波换能器每次发出信号与接收信号的时间差，则超声波换能器阵列每发射一次超声波检测信号对应的时间差同样构成时间阵列，记为：((tj，11,tj，12),(tj，21,tj，22),(tj，31,tj，32),......,(tj，i1,tj，i2),......(tj，N1,tj，N2))，(2)共检测P次；所述速度传感器每隔Δt测量一次船舶的航行速度并传送给控制器，共检测P次，记为vj，且每次与超声波换能器阵列同时测量；P为大于等于3的正整数，1≤j≤P，且j为正整数；步骤三、控制器收到步骤二中的信息后采用最小二乘法计算船舶横截面积：超声波在水中的传播速度为C＝332+0.607×T(m/s)，第i组两个超声波换能器的安装深度Hi＝(i-1)·ΔH，(3)第i组两个超声波换能器在第j次发出超声波信号与接收到回传信号的时间差分别为tj，i1,tj，i2，得出船体与对应侧超声波传感器的距离为Lj，i1＝C·tj，i1/2，Lj，i2＝C·tj，i2/2；(4)根据式(4)，则第i组两个超声波换能器在第j次测得船体在Hj深处对应的宽度为Wi、j＝W0-Lj，i1-Lj，i2；(5)根据式(5)，得出第j次发出超声波时，超声波换能器阵列测得船舶位于水面以下的船体的宽度为(W1、j,W2、j,W3、j,......Wi、j,......WN、j)；(6)假设第8组两个超声波换能器测得的W8、j大于0，而第9组两个超声波换能器测得的W9、j等于0，则认为船舶的吃水深度为8ΔH。则从第9组开始一直到第N组超声波换能器测得的船体的宽度均等于0。根据式(3)-(6)，采用正交多项式组φ0,j(H),φ1,j(H),φ2,j(H)的线性组合作船舶外形的最小二乘拟合曲线:Sj'(H)＝a0,jφ0,j(H)+a1,jφ1,j(H)+a2,jφ2,j(H)；(7)则船舶的横截面积为：步骤四，根据步骤三中船舶的横截面积计算船舶吨位：根据船舶航行速度为vj和船舶各横截面积为Sj(H)，得出船舶位于水面以下部分的体积为：其中，Sj＝Sj(H)；根据船舶位于水面以下部分的体积可得出船舶的吨位。通过设置速度传感器、温度传感器和超声波换能器阵列，自动检测船舶沿航道航行的航行速度，水温，以及超声波换能器阵列每发射一次超声波检测信号对应的时间差同样构成时间阵列，进而得出船舶位于水面以下的船体的宽度，然后采用最小二乘法计算船舶横截面积，最后得出船舶位于水面以下部分的体积，计算出船舶吨位，检测方便，基于最小二乘法的船舶吨位计算方法，具有较高的准确率，可提高船舶吨位的测量效率，是一种替代人工测量估算船舶吨位的好方法。通过增大N、P的数值，减小ΔH、Δt的数值可以提高测量精度。进一步改进，所述第N组超声波换能器的安装深度Hmax＝(N-1)·ΔH大于船舶的最大高度，保证船舶的最下端被检测到。进一步改进，所述速度传感器的数量为三个，三个速度传感器沿垂直航道方向等间距设置，且位于航道水面上方。因为航道较宽，船舶的宽度较小，取距离船舶最近的一个速度传感器的测量数据，减小误差。进一步改进，所述温度传感器的数量为三个，其中一个安装在航道中部，另外两个分别安装在航道的两侧。因为航道较宽，通过设置三个温度传感器，取平均值，减小误差。进一步改进，三个温度传感器的安装深度为：位于航道中部的温度传感器安装深度为Hmax＝(N-1)·ΔH；位于航道两侧的两个温度传感器安装深度为：一个位于水面处，另一个位于(N-1)·ΔH/2深度处。因为航道较深，不同区域的水温存在差别，通过将三个温度传感器设置与不同深度处，取平均值，减小误差。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：通过设置速度传感器、温度传感器和超声波换能器阵列，自动检测船舶沿航道航行的航行速度，水温，以及超声波换能器阵列每发射一次超声波检测信号对应的时间差同样构成时间阵列，进而得出船舶位于水面以下的船体的宽度，然后采用最小二乘法计算船舶横截面积，最后得出船舶位于水面以下部分的体积，计算出船舶吨位，检测方便，基于最小二乘法的船舶吨位计算方法，具有较高的准确率，可提高船舶吨位的测量效率，是一种替代人工测量估算船舶吨位的好方法。附图说明图1为船舶吨位自动测量方法的流程图。图2为传感器的安装位置示意图。图3为图2沿垂直航道方向的断面图。具体实施方式为使本专利技术的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本专利技术实施例对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述。如图1-3所示，一种船舶吨位自动测量方法，包括如下步骤：步骤一、搭建检测系统：包括控制器、三个速度传感器3、三个温度传感器4和2N个超声波换能器2，所述速度传感器、温度传感器和超声波换能器均与控制器电连接；所述2N个超声本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种船舶吨位自动测量方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤一、搭建检测系统：包括控制器、至少一个速度传感器、至少一个温度传感器和2N个超声波换能器，所述速度传感器、温度传感器和超声波换能器均与控制器电连接；所述2N个超声波换能器分为N组，每组两个超声波换能器分别安装在航道的两侧，且位于同一水平线上，每一组两个超声波换能器的间距均为W

【技术特征摘要】
1.一种船舶吨位自动测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、搭建检测系统：包括控制器、至少一个速度传感器、至少一个温度传感器和2N个超声波换能器，所述速度传感器、温度传感器和超声波换能器均与控制器电连接；所述2N个超声波换能器分为N组，每组两个超声波换能器分别安装在航道的两侧，且位于同一水平线上，每一组两个超声波换能器的间距均为W0；2N个超声波换能器位于同一竖直面上形成超声波换能器阵列，记为：
((b11,b12),(b21,b22),(b31,b32),......,(bi1,bi2),......(bN1,bN2))，(1)
且该竖直面与船舶的前进方向垂直，其中最上端一组超声波换能器(b11,b12)位于航道的河面上；相邻两组超声波换能器在竖直方向的间距相等，均为ΔHm；N为大于等于3的正整数，1≤i≤N，且i为正整数；
步骤二、速度传感器、温度传感器和超声波换能器检测船舶沿航道航行时的参数：所述温度传感器检测到水温为T℃并传送给控制器；
所述控制器控制所有的超声波换能器的发射端每隔Δt时间发射一次超声波检测信号，每个超声波换能器的接收端收到回传信号后发送给控制器，控制器计算出每个超声波换能器每次发出信号与接收信号的时间差，则超声波换能器阵列每发射一次超声波检测信号对应的时间差同样构成时间阵列，记为：
((tj，11,tj，12),(tj，21,tj，22),(tj，31,tj，32),......,(tj，i1,tj，i2),......(tj，N1,tj，N2))，(2)
共检测P次；
所述速度传感器每隔Δt时间段测量一次船舶的航行速度并传送给控制器，共检测P次，记为vj，且每次与超声波换能器阵列同时测量；P为大于等于3的正整数，1≤j≤P，且j为正整数；
步骤三、控制器收到步骤二中的信息后采用最小二乘法计算船舶横截面积：超声波在水中的传播速度为C＝332+0.607×T(m/s)，第i组两个超声波换能器的安装深度Hi＝(i-1)·ΔH，(3)
第i组两个超声波换能器在第j次发出超声波信号与接收到回传信号的时间差分别为tj，i1,tj，i2，得出船体与对应侧超声波传感器的距离为
Lj，i1＝C·tj，i1/2，Lj，i2＝C·tj，i2/2；(4)
根据式(4)，则第i组两个超声波换能器在第j次测得船体在Hj深处对应的宽度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：高君，杨正，欧阳文全，林盛梅，
申请(专利权)人：南京畅淼科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32