一种船舶电子水尺测量方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种船舶电子水尺测量方法及系统，包括建立船舶图纸尺寸数据库；同步各测量节点并以统一的测量起始时间点采集船舶尾部水位高度值以及船舷两侧前、中、后部的纵倾方向上的角度值、角速度值和加速度值；基于角速度值和加速度值的动态数据变化特征提取符合船舶平衡态的测量起始时间点，以此为索引建立平衡态数据表；基于平衡态数据表和船舶图纸尺寸数据库，分别计算得到船舶平衡态的一组前、中、后部水尺数值。根据本发明专利技术公开的船舶电子水尺测量方法，对重复多组的不同测量起始时间点对应的平衡态的前、中、后部水尺数值作滤波计算，可以进一步提升测量计算精度。

【技术实现步骤摘要】
一种船舶电子水尺测量方法及系统
本专利技术涉及船舶水尺测量
，具体公开了一种船舶电子水尺测量方法及系统。
技术介绍
船舶的吃水标志刻度线称为水尺，水尺标志设置在船体的左右两舷外侧的前、中、后部共6处，称为六面水尺。水面与其中一个水尺相交的刻度数，对应该处水尺位置的水平面相对于船底的垂直距离，称为吃水数值。目前的生产实践活动和现行的国家标准《SN/T3023.2-2012进出口商品重量鉴定规程》均采用目测方法逐个读取六面水尺位置的吃水数值，进一步依据船舶静水力图表推算船舶的排水量。现有的技术在读取水尺数值时，存在以下问题：(1)船舶在水中始终处于不稳定姿态，并且船舶周围波浪的频率和振幅不规律，因此逐一读取六面水尺获得的是船舶在6个不同倾斜状态下的吃水数值，为推导船舶排水量带来较大误差和不确定性；(2)水尺刻度线的最小分度值通常为20厘米，肉眼根据水面以上的刻度线到水面的距离进行估读，合理的误差在最小分度值的10-20％，即2-4厘米，对3.5米总水尺高度的排水量2000吨左右的船只，会带来0.5％-1％的直接误差，误差的正负值方向不具确定性，且误差的范围进一步根据测量人员的经验、观测位置、现场风浪情况产生进一步增大的可能。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种船舶电子水尺测量方法及系统，以解决现有技术中逐一读取六个水尺数值以及通过人工估读造成的测量精度不高的问题。为达到上述目的，本专利技术一方面提供一种船舶电子水尺测量方法，具体包括以下步骤：建立船舶图纸尺寸数据库：基于船舶型深数据、设置在船舷两侧的前部、中部和后部的角度测量节点相对于设置在船舶尾部的水位测量节点在船舶中纵剖面的纵向投影距离以及各测量节点的安装校正值来建立船舶图纸尺寸数据库，所述安装校正值包括水位测量节点的测量零刻度相对于船舶中部水尺处甲板表面的高度校正值和角度测量节点的初始角度测量值相对于船舶整体初始纵倾角度值的纵倾角度校正值；测量节点时间同步：基于网络标准时间或GPS标准时间对角度测量节点和水位测量节点进行各测量节点的本地时间同步；动态数据采集及预处理：设定同步的测量起始时间点、本轮测试的采集次数和每次采集的测量起始时间点的时间间隔，连续采集一组吃水深度测量值以及船舶纵倾方向上的角度、角速度和加速度的测量值，并根据所述高度校正值和纵倾角度校正值进行动态数据预处理，生成包含角速度和加速度的测量值、校正后的船舶尾部吃水深度实际值以及船舶前部、中部和后部的纵倾角度实际值的动态数据表；构建平衡态数据表：分析动态数据表中角速度和加速度的测量值在本次采集过程的周期变动规律，提取船舶纵倾方向上的角速度最大或加速度最小的平衡态所对应的测量起始时间点，由所述平衡态对应的测量起始时间点链接动态数据表中对应的船舶尾部吃水深度实际值以及船舶前部、中部和后部的纵倾角度实际值，形成平衡态数据表；计算水尺纵倾差值：基于平衡态数据表中的船舶尾部吃水深度实际值、船舷两侧中部的纵倾角度实际值以及各角度测量节点相对于设置在船舶尾部的水位测量节点在船舶中纵剖面的纵向投影距离，分别计算得到船舶前部、中部和后部的水尺纵倾差值；计算中部水尺垂拱差值：基于船舶图纸尺寸数据库中的前部、中部和后部角度测量节点在船舶中纵剖面的纵向投影距离的差值，以及前部和后部角度测量节点的纵倾角度实际值相对于中部角度测量节点的纵倾角度实际值的差值，计算得到中部水尺垂拱差值；计算水尺数值：根据船舶尾部吃水深度实际值、船舶前部、中部和后部的水尺纵倾差值以及中部水尺垂拱差值，分别计算得到船舶前部水尺数值、中部水尺数值和后部水尺数值；优化水尺数值：重复执行步骤“动态数据采集及预处理”至步骤“计算水尺数值”，得到多组船舶在平衡态时的前部水尺数值、中部水尺数值和后部水尺数值，对得到的多组前部水尺数值、中部水尺数值和后部水尺数值进行滤波运算，进一步实现测量计算精度的提升。进一步的，在步骤“建立船舶图纸尺寸数据库”之前还包括以下步骤：安装测量节点：在船舶尾部对称安装一对水位测量节点，沿船舶纵向方向在船舷两侧分别安装前部角度测量节点、中部角度测量节点和后部角度测量节点，所述水位测量节点和角度测量节点均使用光纤、网线或WIFI的连接方式接入路由器或接入由交换机和路由器的组合实现各测量节点组网；所述角度测量节点安装的具体方法为：多次测量船舶空载状态下船舷两侧的初始前部水尺数值和初始后部水尺数值，并分别计算船舷两侧初始前部水尺数值的算术平均值和船舷两侧初始后部水尺数值的算术平均值，根据船舶前部水尺和后部水尺之间的在船舶中纵剖面的投影距离，利用反正切三角函数计算得到所述船舶整体的初始纵倾角度值，并将该初始纵倾角度值设置为各角度测量节点的安装校正基准值；所述船舶整体初始纵倾角度值的计算公式为：其中：为船舶在空载状态下多次测量船舷左侧的初始前部水尺数值和初始后部水尺数值的差值与船舷右侧的初始前部水尺数值和初始后部水尺数值的差值的算术平均值；Laf为前部水尺标线与后部水尺标线在船舶中纵剖面的投影位置的间距。进一步的，所述前部角度测量节点、中部角度测量节点和后部角度测量节点的安装位置分别与对应侧的前部水尺标线、中部水尺标线和后部水尺标线在船舶中纵剖面的投影位置一一对应。进一步的，所述前部角度测量节点、中部角度测量节点和后部角度测量节点的安装位置分别与艏垂线、舯线和艉垂线在船舶中纵剖面的投影位置一一对应。进一步的，所述角度测量节点安装完成后，多次采集初始纵倾角度测量值，并计算多个纵倾角度测量值的算术平均值，根据该纵倾角度测量值的算术平均值与船舶整体初始纵倾角度值的差值，设置为纵倾角度校正值：其中：θc为纵倾角度校正值；为角度测量节点多次测量得到的纵倾角度测量值的算术平均值。进一步的，在步骤“动态数据采集及预处理”中，所述船舶尾部吃水深度实际值计算公式为：D0＝H0-(Ht-Hc)；其中：D0为船舶尾部吃水深度实际值；H0为船舶型深数据，即船舶中部水尺处甲板面至船底面的高度差；Ht为水位测量节点的吃水深度测量值；Hc为水位测量节点的高度校正值；所述纵倾角度实际值计算公式为：θ0＝θt-θc；其中：θ0为船舶前部、中部或后部的纵倾角度实际值；θt为船舶前部、中部或后部的纵倾角度测量值；θc为纵倾角度校正值。进一步的，所述步骤“计算水尺纵倾差值”的具体方法为：在所述平衡态数据表中提取平衡态测量起始时间点对应的船舶尾部吃水深度实际值和船舷两侧中部的纵倾角度实际值，并结合船舷两侧各角度测量节点至对应侧的水位测量节点在船舶中纵剖面上的纵向投影距离，利用三角函数计算得到对应的前部水尺纵倾差值、中部水尺纵倾差值和后部纵倾水尺纵倾差值；所述前部水尺纵倾差值的计算公式为：ΔLf＝Lf×tanθm；所述中部水尺纵倾差值的计算公式为：ΔLm＝Lm×tanθm；所述后部水尺纵倾差值的计算公式为：ΔLa＝La本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种船舶电子水尺测量方法，其特征在于，包括以下步骤：/n建立船舶图纸尺寸数据库：基于船舶型深数据、设置在船舷两侧的前部、中部和后部的角度测量节点相对于设置在船舶尾部的水位测量节点在船舶中纵剖面的纵向投影距离以及各测量节点的安装校正值来建立船舶图纸尺寸数据库，所述安装校正值包括水位测量节点的测量零刻度相对于船舶中部水尺处甲板表面的高度校正值和角度测量节点的初始角度测量值相对于船舶整体初始纵倾角度值的纵倾角度校正值；/n测量节点时间同步：基于网络标准时间或GPS标准时间对角度测量节点和水位测量节点进行各测量节点的本地时间同步；/n动态数据采集及预处理：设定同步的测量起始时间点、本轮测试的采集次数和每次采集的测量起始时间点的时间间隔，连续采集一组吃水深度测量值以及船舶纵倾方向上的角度、角速度和加速度的测量值，并根据所述高度校正值和纵倾角度校正值进行动态数据预处理，生成包含角速度和加速度的测量值、校正后的船舶尾部吃水深度实际值以及船舶前部、中部和后部的纵倾角度实际值的动态数据表；/n构建平衡态数据表：分析动态数据表中角速度和加速度的测量值在本次采集过程的周期变动规律，提取船舶纵倾方向上的角速度最大或加速度最小的平衡态所对应的测量起始时间点，由所述平衡态对应的测量起始时间点链接动态数据表中对应的船舶尾部吃水深度实际值以及船舶前部、中部和后部的纵倾角度实际值，形成平衡态数据表；/n计算水尺纵倾差值：基于平衡态数据表中的船舶尾部吃水深度实际值、船舷两侧中部的纵倾角度实际值以及各角度测量节点相对于设置在船舶尾部的水位测量节点在船舶中纵剖面的纵向投影距离，分别计算得到船舶前部、中部和后部的水尺纵倾差值；/n计算中部水尺垂拱差值：基于船舶图纸尺寸数据库中的前部、中部和后部角度测量节点在船舶中纵剖面的纵向投影距离的差值，以及前部和后部角度测量节点的纵倾角度实际值相对于中部角度测量节点的纵倾角度实际值的差值，计算得到中部水尺垂拱差值；/n计算水尺数值：根据船舶尾部吃水深度实际值、船舶前部、中部和后部的水尺纵倾差值以及中部水尺垂拱差值，分别计算得到船舶前部水尺数值、中部水尺数值和后部水尺数值；/n优化水尺数值：重复执行步骤“动态数据采集及预处理”至步骤“计算水尺数值”，得到多组船舶在平衡态时的前部水尺数值、中部水尺数值和后部水尺数值，对得到的多组前部水尺数值、中部水尺数值和后部水尺数值进行滤波运算，进一步实现测量计算精度的提升。/n...

【技术特征摘要】
1.一种船舶电子水尺测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
建立船舶图纸尺寸数据库：基于船舶型深数据、设置在船舷两侧的前部、中部和后部的角度测量节点相对于设置在船舶尾部的水位测量节点在船舶中纵剖面的纵向投影距离以及各测量节点的安装校正值来建立船舶图纸尺寸数据库，所述安装校正值包括水位测量节点的测量零刻度相对于船舶中部水尺处甲板表面的高度校正值和角度测量节点的初始角度测量值相对于船舶整体初始纵倾角度值的纵倾角度校正值；
测量节点时间同步：基于网络标准时间或GPS标准时间对角度测量节点和水位测量节点进行各测量节点的本地时间同步；
动态数据采集及预处理：设定同步的测量起始时间点、本轮测试的采集次数和每次采集的测量起始时间点的时间间隔，连续采集一组吃水深度测量值以及船舶纵倾方向上的角度、角速度和加速度的测量值，并根据所述高度校正值和纵倾角度校正值进行动态数据预处理，生成包含角速度和加速度的测量值、校正后的船舶尾部吃水深度实际值以及船舶前部、中部和后部的纵倾角度实际值的动态数据表；
构建平衡态数据表：分析动态数据表中角速度和加速度的测量值在本次采集过程的周期变动规律，提取船舶纵倾方向上的角速度最大或加速度最小的平衡态所对应的测量起始时间点，由所述平衡态对应的测量起始时间点链接动态数据表中对应的船舶尾部吃水深度实际值以及船舶前部、中部和后部的纵倾角度实际值，形成平衡态数据表；
计算水尺纵倾差值：基于平衡态数据表中的船舶尾部吃水深度实际值、船舷两侧中部的纵倾角度实际值以及各角度测量节点相对于设置在船舶尾部的水位测量节点在船舶中纵剖面的纵向投影距离，分别计算得到船舶前部、中部和后部的水尺纵倾差值；
计算中部水尺垂拱差值：基于船舶图纸尺寸数据库中的前部、中部和后部角度测量节点在船舶中纵剖面的纵向投影距离的差值，以及前部和后部角度测量节点的纵倾角度实际值相对于中部角度测量节点的纵倾角度实际值的差值，计算得到中部水尺垂拱差值；
计算水尺数值：根据船舶尾部吃水深度实际值、船舶前部、中部和后部的水尺纵倾差值以及中部水尺垂拱差值，分别计算得到船舶前部水尺数值、中部水尺数值和后部水尺数值；
优化水尺数值：重复执行步骤“动态数据采集及预处理”至步骤“计算水尺数值”，得到多组船舶在平衡态时的前部水尺数值、中部水尺数值和后部水尺数值，对得到的多组前部水尺数值、中部水尺数值和后部水尺数值进行滤波运算，进一步实现测量计算精度的提升。


2.根据权利要求1所述的一种船舶电子水尺测量方法，其特征在于，在步骤“建立船舶图纸尺寸数据库”之前还包括以下步骤：
安装测量节点：在船舶尾部对称安装一对水位测量节点，沿船舶纵向方向在船舷两侧分别安装前部角度测量节点、中部角度测量节点和后部角度测量节点，所述水位测量节点和角度测量节点均使用光纤、网线或WIFI的连接方式接入路由器或接入由交换机和路由器的组合实现各测量节点组网；
所述角度测量节点安装的具体方法为：
多次测量船舶空载状态下船舷两侧的初始前部水尺数值和初始后部水尺数值，并分别计算船舷两侧初始前部水尺数值的算术平均值和船舷两侧初始后部水尺数值的算术平均值，根据船舶前部水尺标线与后部水尺标线在船舶中纵剖面的投影位置的间距，利用反正切三角函数计算得到所述船舶整体初始纵倾角度值，并将该初始纵倾角度值设置为各角度测量节点的安装校正基准值；所述船舶整体初始纵倾角度值的计算公式为：



其中：为船舶在空载状态下多次测量船舷左侧的初始前部水尺数值和初始后部水尺数值的差值与船舷右侧的初始前部水尺数值和初始后部水尺数值的差值的算术平均值；Laf为前部水尺标线与后部水尺标线在船舶中纵剖面的投影位置的间距。


3.根据权利要求2所述的一种船舶电子水尺测量方法，其特征在于，所述前部角度测量节点、中部角度测量节点和后部角度测量节点的安装位置分别与对应侧的前部水尺标线、中部水尺标线和后部水尺标线在船舶中纵剖面的投影位置一一对应。


4.根据权利要求2所述的一种船舶电子水尺测量方法，其特征在于，所述前部角度测量节点、中部角度测量节点和后部角度测量节点的安装位置分别与艏垂线、舯线和艉垂线在船舶中纵剖面的投影位置一一对应。


5.根据权利要求2所述的一种船舶电子水尺测量方法，其特征在于，所述角度测量节点安装完成后，多次采集初始纵倾角度测量值，并计算多个纵倾角度测量值的算术平均值，根据该纵倾...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖宁，吴海忠，桑泽防，罗春，
申请(专利权)人：金睛兽数字科技重庆有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆;50