船舶吨位智能测量系统及测量方法技术方案

本发明专利技术涉及一种船舶吨位智能测量系统及测量方法，测量系统包括设置在航道测量段两端岸壁上的各至少２个红外线传感器；设置在航道测量段两侧河床壁上的声纳阵列；设置在航道测量段上方和侧面的各一个图像拍摄装置；一用于控制声纳扫描、并将接收到的由红外线传感器输出的信号和声纳的信号发送到计算机的信号处理电路；图像拍摄装置采集的图像信息直接发送到计算机。本发明专利技术能及时准确地测量出船舶的总吨位、净吨位和实际装载吨位，相对于目前依靠人工观察、粗略估计的方法，具有自动化程度高，测量准确，效率高等优点，从而有助于航运部门实现自动化作业，提高统计数据的准确性，提高工作效率，提高航运业的智能化水平。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种测量系统和测量方法，具体是一种船舶吨位的智能测量系统和测量方法。
技术介绍
在各种运输途径中，内河航运具有运价低、运量大、能耗低、投资省等优点，内河航运船舶吨位的准确统计，将向有关部门提供完整、准确的决策依据。目前，船舶总吨位、净吨位是由专门的船检部门根据相关丈量规定，采用人工丈量的手段获得，误差较大。而实际运载吨位主要依靠人工观察的方法估算获得，即根据船载证书的总吨位、载重线和实际吃水深度，估算船舶的实际运载吨位。这种依靠人工观察、粗略估计进行统计方法效率低、统计的数据误差大、且存在疏漏现象，不能真实反映船舶实际运载吨位。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是针对上述存在的问题，提供一种测量准确、自动化程度高的船舶吨位智能测量系统。本专利技术的另一个目的是提供一种船舶吨位测量方法。本专利技术的总体构思如下国际上《1969年国际船舶吨位丈量公约》以及中华人民共和国船舶检验局《内河船舶吨位丈量规范》(1995)均对船运船舶的吨位丈量做出了规范规定。根据上述两种规范可以发现，船舶的吨位与船舶围蔽处所的总容积成一定的线性关系，只要获得船舶围蔽处所的容积，就相当于获得了船舶吨位。由于航运船舶通常为不规则的几何体，所以可选测多个规定点的几何距离，计算出船体在水面以下的若干个近似个截面积，再结合船舶的航行速度计算出船舶的近似容积。本专利技术采用合适的非接触式测距技术，当有船舶通过时，设置在航道两侧的多传感器系统对船体水下部分进行多点距离测量，并测量出船舶航行的速度，计算得出船舶的近似排水量，即船舶实际总吨位。设置在水面的图像拍摄系统采集船舶的图像，经对采集的图像进行处理，测量出船舶的尺寸，再与数据库中所储存的船舶数据进行对应比较，即可得出所测船舶的净吨位。根据船舶的实际总吨位和净吨位，即可得出船舶的实际载重吨位。实现本专利技术的测量系统的具体技术方案如下包括有设置在航道测量段两端岸壁上的各至少2个红外线传感器；设置在航道测量段两侧河床壁上的声纳阵列；设置在航道测量段上方和侧面的各一个图像拍摄装置；一用于控制声纳扫描、并将接收到的由红外线传感器输出的信号和声纳的信号发送到计算机的信号处理电路；图像拍摄装置采集的图像信息直接发送到计算机。所述的船舶吨位智能测量系统还包括有设置在航道中监测水温度的温度传感器，温度传感器与信号处理电路连接。所述的信号处理电路包括有单片机、选通器、对应各声纳的功率放大电路和保护电路、对应各选通器的信号调理模块以及过零检测电路、远程通信模块和电源电路；其中，单片机向选通器发出选择声纳的信号和测量信号，并将接收到的反射回的测量信号以及接收的红外线传感器的信号、温度传感器的信号通过远程通信模块发送到计算机；各功率放大电路将通过选通器的输出测量信号进行放大，放大后的测量信号输出到声纳；各保护电路把对应功率放大电路输出到声纳的高压信号与信号处理电路的其他电路隔离，而允许声纳接收的反射回的低压信号通过各保护电路输出到选通器；各信号调理模块对反射回的测量信号进行滤波、放大、检波等处理，并将处理后的信号经过过零检测电路后输出到单片机；电源电路为各电路提供工作电源。所述的保护电路是由电阻R7～R9、三极管Q2、电容C14、二极管D1连接构成；其中，电阻R8、电容C14和电阻R9依次串联连接，串联后电阻R8的一端作为输入端与声纳连接，电阻R9的一端作为输出端与选通器连接，电容C14与电阻R9的连接处分别与二极管D1的负极和三极管Q2的基极连接，二极这D1的正极接地，三极管Q2的发射极通过电阻R7接地，三极管Q2的集电极与电阻R9的输出端连接。所述的信号调理模块包括有依次连接的前置放大电路、带通滤波电路、后置放大电路以及检波电路。所述的声纳阵列的中间一列采用主动声纳，声纳阵列在扫描时采用变参考系，以声纳阵列的中间一列对应深度的声纳向船体发射超声波信号并接收反射的超声波信号，而其他各声纳只接收反射的超声波信号。实现本专利技术的测量方法的具体技术方案如下红外线传感器探测到有船舶通过的信号，启动设置在航道两侧的声纳阵列和设置在航道测量段的图像拍摄装置开始工作；同时，红外线传感器测量出船舶通过测量段的时间，由此计算出船舶的船体长度；声纳阵列对船舶的水下部份进行循环扫描，测量出船体在水下不同深度的点到相对应的声纳的距离，由此计算出相对应的船体截面积；根据船体的长度和船体截面积计算出船舶在水下部分的体积，再根据船舶在水下部分的体积计算得出船舶的排水量，即总吨位；图像拍摄系统的水面上方的拍摄头和一侧的拍摄头分别对船舶的正面和侧面进行图像采集，并把采集的图像发送到计算机，由计算机对采集的图像进行分析处理，然后与数据库中所储存的船舶数据进行对应比较，计算出被测船舶的净吨位；船舶的总吨位减去船舶的净吨位即得到船舶的实际装载吨位。所述的声纳阵列对船体进行循环扫描时，声纳阵列采用变参考系的方法，在检测某一深度级船舶到对应深度传感器的距离时，以声纳阵列的中间一列对应深度的声纳作为参考系统，该声纳向船体发射超声波信号并接收反射的超声波信号，而其他各声纳只接收反射的超声波信号。所述的计算机对采集到的图像进行分析处理时，计算机对采集的图像进行基于小波分析的处理，通过船舶边缘寻找其最小的外接矩形，把不规则图形的测量转换到平面方形的测量上去，计算出船舶的尺寸。本专利技术在船舶通过测量区域时，通过声纳阵列和图像拍摄装置，能及时准确地测量出船舶的总吨位、净吨位和实际装载吨位，相对于目前依靠人工观察、粗略估计的方法，具有自动化程度高，测量准确，效率高等优点，从而有助于航运部门实现自动化作业，提高统计数据的准确性，提高工作效率，提高航运业的智能化水平。附图说明为了使本专利技术的内容更容易被清楚的理解，下面根据的具体实施例并结合附图，对本专利技术作进一步详细的说明，其中图1为本专利技术船舶吨位智能测量系统的结构示意图；图2为本专利技术信号处理电路的结构示意图；图3为本专利技术信号调理模块的结构示意图；图4为本专利技术声纳阵列、红外传感器和图像拍摄装置的示意图； 图5为图4中C-C向的示意图；图6为本专利技术船舶吨位智能测量系统测量时的工作流程图；图7为本专利技术测量船舶宽度和截面积的示意图；图8为本专利技术的信号处理系统的电路原理图；图9为本专利技术信号处理系统电路中电源电路的原理图；图10为本专利技术信号处理系统电路中远程通信模块的电路原理图。具体实施例方式见图1、图4及图5，本实施例的船舶吨位智能测量系统包括有设置在航道测量段两端岸壁上的各2个红外线传感器1；设置在航道测量段两侧河床壁上的声纳阵列2；设置在航道测量段上方和侧面的各一个图像拍摄装置4；一用于控制声纳扫描、并将接收到的由红外线传感器输出的信号和声纳的信号发送到计算机5的信号处理电路3；图像拍摄装置4采集的图像信息直接发送到计算机5。见图4及图5，2个红外线传感器之间的距离为h，红外线传感器监测航道中的船舶，每一端的2个红外线传感器都设置为(1、0)时有效，即只有当航道测量段一端外侧的红外线传感器首先检测到船舶时才启动设置在航道两侧的声纳阵列和设置在航道测量段的图像拍摄装置开始工作。声纳阵列2设置在航道测量段两侧的河床壁上，声纳阵列中声纳的总个数、设置成多少列以及各个声纳之间的距离都根据具体河道或船闸而定。例如在约15m深、30m宽本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种船舶吨位智能测量系统，其特征在于：包括设置在航道测量段两端岸壁上的各至少２个红外线传感器（１）；设置在航道测量段两侧河床壁上的声纳阵列（２）；设置在航道测量段上方和侧面的各一个图像拍摄装置（４）；一用于控 制声纳扫描、并将接收到的由红外线传感器输出的信号和声纳的信号发送到计算机（５）的信号处理电路（３）；图像拍摄装置（４）采集的图像信息直接发送到计算机（５）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：范新南，金纪东，李庆武，
申请(专利权)人：河海大学常州校区，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]