一种船舶水尺测量方法技术

本发明专利技术公开了一种船舶水尺测量方法，通过测量船舶近岸侧水尺特征参数，利用曲线拟合和空间坐标变换，推算船舶六面水尺读数，包括步骤：设定对地全局坐标系，测量船舶近岸侧首、中、尾水尺标记位置的几何特征参数；推算当前状态下船舶的横摇角、纵摇角和偏航角；对船舶近岸侧首、中、尾横剖面形状进行曲线拟合，利用水面高度进行曲线插值，得到船舶近岸侧水尺读数；设定船舶局部坐标系，利用船舶外形横向的几何对称特点，通过空间坐标变换，对船舶离岸侧剖面形状进行拟合和水尺读数推算。本方法仅需测量船舶近岸侧的水尺标记数据，便可给出船舶的六面水尺读数，降低了离岸侧船舶水尺数据获取的安全风险，缩短了作业时间，提高了工作效率。效率。效率。

【技术实现步骤摘要】
一种船舶水尺测量方法


[0001]本专利技术涉及船舶水尺测量
，特别涉及一种为横向外形对称船舶载重量测量提供水尺读数的方法。

技术介绍

[0002]船舶载重量鉴定作为大宗船运货物交易中商品交接结算、索赔处理、运费计算和通关计税等的依据，一直受到人们的关注和重视。目前而言，基于船舶六面水尺吃水值测量的水尺计重法依然是船舶行业内较为常用的载重量测量法。船舶六面水尺指的是在船舶首、中、尾左右两舷相应位置上绘制的高度刻度。
[0003]船舶水尺测量方法通常可以分为两大类：人工观测法和智能水尺识别技术。传统人工观测吃水，是现今水尺计重行业使用最广泛的吃水值测定方法，通常是专业的水尺计重工作人员在尽可能靠近吃水刻度线的位置通过人眼观测直接进行读数或手持录像设备拍摄水尺标记位置的录像后统一进行读数的方法。该方法受人为因素和水面波浪等主客观原因影响，读数存在一定的误差。水尺智能识别技术则是通过压力传感、超声波测距、激光测距、图像识别、无人机技术、信息集成技术等现代化技术手段实现的多种船舶水尺测量系统和装置，它们都有各自独特的创新之处，但也都存在着一定的缺点和不足。
[0004]当前的水尺测量方法，无论是人工观测还是智能水尺识别，都需要对船舶六面水尺全部进行测量。近岸侧便于安装测量工具或设备，水尺等特征数据容易获取，而对于离岸侧的水尺测量，除非采用无人机等遥控方式，往往都需要攀爬舷梯或租用小型船舶等水上交通工具才能实现。这一方面增加了检测人员的安全风险，另一方面，又增加了测量时间，降低了测量效率。
[0005]因此，如何利用近岸侧的水尺测量数据得到离岸侧对应的水尺数据，是本专利技术的研究重点。

技术实现思路

[0006]针对上述要解决的问题，本专利技术提出一种基于船舶外形的横向几何对称特点，利用曲线拟合、插值和空间坐标变换方法，快速得到船舶六面水尺读数的方法。
[0007]为实现上述目的，本专利技术是通过下述步骤解决上述问题的：
[0008](1)设定对地全局坐标系，测量船舶近岸侧首、中、尾水尺标记位置的几何特征参数；
[0009](2)推算当前状态下船舶的横摇角、纵摇角和偏航角；
[0010](3)基于测量数据，对船舶近岸侧首、中、尾横剖面形状进行曲线拟合，利用水面高度进行曲线插值，得到船舶近岸侧水尺读数；
[0011](4)设定船舶局部坐标系，利用船舶外形在横向的几何对称特点，通过空间坐标变换，对船舶离岸侧首、中、尾横剖面形状拟合及水尺读数进行推算。
[0012]作为优选的，所述步骤(1)的几何特征参数测量包括水面高度、N个特殊水尺标记
点位置坐标测量。
[0013]作为优选的，所述步骤(1)的水尺标记位置几何特征参数测量可采用全站仪等测量手段完成。
[0014]作为优选的，所述步骤(1)的水尺标记位置几何特征参数测量中，特殊水尺标记点数量及位置以表征船舶横剖面外形特征和精度为判断衡准进行选取；每个参数采用多组数据，并进行滤波处理以考虑水面波浪及船舶摇摆的误差影响。
[0015]作为优选的，所述步骤(2)的推算当前状态下船舶的纵倾和横倾角度中，船舶中部水尺附近的上部舷侧外板需为垂直的平板，且该处宽度为船舶最大船宽。
[0016]作为优选的，所述步骤(3)和(4)中的空间坐标变换为设定的全局坐标系与船舶局部坐标系间的变换，且可实现任意点的双向坐标数值转换。
[0017]本专利技术的积极效果在于：
[0018]结合空间坐标变换和剖面拟合插值等技术手段，仅需测量船舶近岸侧的水尺标记数据，便可给出船舶的六面水尺读数，简化了现有测量手段的工作步骤，缩减了船舶水尺测量的工作时间，从而提高了船舶水尺测量的工作效率。
[0019]通过本专利技术方法进行船舶水尺测量，可降低离岸侧船舶水尺数据获取时工作人员的安全风险，从而可以提高该项工作的安全系数。
[0020]与传统六面水尺测量读数的方法相比，本专利技术通过对船舶单侧测量与空间坐标变换和剖面拟合插值等技术手段结合，提高了船舶水尺测量的精度，使船舶水尺测量的方法向更简化、更精确的方向进化，并为后续新的船舶水尺测量方法提供了参考。
附图说明
[0021]下面结合附图及实施方式对本专利技术作进一步详细的说明：
[0022]图1为水尺测量示意图
‑
俯视图；
[0023]图2为水尺测量示意图
‑
横剖面图；
[0024]图3为船体局部坐标系姿态角示意图；
[0025]图4为船体局部坐标系确定分析图
‑
纵倾角；
[0026]图5为船体局部坐标系确定分析图
‑
坐标原点；
[0027]图6为离岸侧船体外形确定示意图；
具体实施方式：
[0028]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细说明。
[0029]附图1
‑
附图2是某船舶在码头岸边停靠时的水尺测量示意图。OXYZ为设定的全局坐标系，为笛卡尔坐标系，坐标原点取自岸边某测量点O，X轴正向由船尾向船首，Y轴正向由近岸侧指向离岸侧，Z轴正向为垂直向下。O
’
X
’
Y
’
Z
’
为船舶局部坐标系，同样为笛卡尔坐标系，坐标原点O
’
为水面、船舶中纵剖面以及全局坐标X＝0剖面的交点，坐标轴方向如图所示。
[0030]附图2中点A、B、C为船尾水尺位置的三个已知的水尺标记点，水尺读数假设为LabA、LabB和LabC，D、E为船中水尺位置的两个已知的水尺标记点，水尺读数假设为LabD和LabE，F、G、H为船首水尺位置的三个已知的水尺标记点,水尺读数假设为LabF、LabG和LabH。
[0031]通过在岸边架设全站仪或其它可实现测距的工具，测量并换算得到全局坐标系下近岸侧各水尺标记点的三向坐标，记录为类似(Xa_A，Ya_A，Za_A)的样式，“Xa”表示X轴船尾位置，“Xm”表示X轴船中位置，“Xf”表示X轴船首位置，“A”表示标记点名称。也就是说，对于船中位置的D点坐标，记录为(Xm_D，Ym_D，Zm_D)。特别的，岸边水面高度测量装置P的坐标记录为(X_P，Y_P，Z_P)，水面距测量点P的垂直距离为H0.
[0032]全局坐标系和船体局部坐标系间的转换，需要确定坐标原点O
’
和船舶的姿态角(欧拉角)，即横摇角θ、纵摇角Φ和偏航角Ψ，如附图3所示。
[0033]本专利技术的船舶具有以下特征：船中位置水尺的上部舷侧外板为垂直的平板，且该处宽度为船舶最大船宽B。因此，基于船中D和E两点的测量数据，即可得到船舶在当前装载状态的横摇角θ，如公式1所示。
[0034][0035]如附图4所示，通过判断船中水尺标记点D和船尾水尺标记点A的船体坐标系在Z
’
轴的高度差，并计及两点的标记水尺读数，则可得到船舶在当前装载状态的纵摇角Φ，见公式2。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种船舶水尺测量方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)设定对地全局坐标系，测量船舶近岸侧首、中、尾水尺标记位置的几何特征参数；(2)推算当前状态下船舶的横摇角、纵摇角和偏航角；(3)基于测量数据，对船舶近岸侧首、中、尾横剖面形状进行曲线拟合，利用水面高度进行曲线插值，得到船舶近岸侧水尺读数；(4)设定船舶局部坐标系，利用船舶外形在横向的几何对称特点，通过空间坐标变换，对船舶离岸侧首、中、尾横剖面形状拟合及水尺读数进行推算。2.根据权利要求1所述的一种船舶水尺测量方法，其特征在于，所述的步骤(1)中几何特征参数包括水面高度、N个特殊水尺标记点位置坐标测量。3.根据权利要求1所述的一种船舶水尺测量方法，其特征在于，所述的步骤(1)的水尺标记位置几何特征参数测...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙承猛，林海花，张阳，张百祜，
申请(专利权)人：山东交通学院，
类型：发明
国别省市：