一种基于水位与角度同步测量的船舶计重系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于水位与角度同步测量的船舶计重系统及方法，包括安装在船舶上的采集模块以及计算服务器、无线路由器、显示控制终端和网络交换机，采集模块同步采集船舶尾部水位数据和船舶前、中、后部的角度数据，计算服务器根据所述采集模块采集到的尾部水位数据为计算参照，分别计算所述水位数据对应的平行于船底平面的切片截面以下的船体累积体积和所述切片截面与实际水平面构成的纵倾楔形体的体积，合并结果并修正船体中部垂拱楔形体的体积以得到船舶的排水体积；本发明专利技术以设定相同采集时间点的方式，同步采集获得船舶的同一姿态的多个水位数据和角度数据，能够获得更高精度的船舶排水体积计算结果。精度的船舶排水体积计算结果。精度的船舶排水体积计算结果。

【技术实现步骤摘要】
一种基于水位与角度同步测量的船舶计重系统及方法


[0001]本专利技术涉及船舶电子计重
，特别是涉及一种基于水位与角度同步测量的船舶计重系统及方法。

技术介绍

[0002]现行的国家标准《SN/T 3023.2
‑
2012进出口商品重量鉴定规程》中对于船舶排水体积的推算，规定采用目测方法逐个读取船舶六面水尺位置的吃水数值，并进一步依据船舶静水力图表推算船舶的排水体积，作为船舶载重量推算的关键步骤。
[0003]但现有的推算方法在实际生产活动中存在影响测量精度的不足之处：一是大多数码头海况下难以达到标准规定的测量环境要求，使得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，逐一读取六面水尺获得的是六个不同船舶倾斜状态下的吃水数值，造成测量误差和误差偏差方向的不确定性；二是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，将造成直接观测误差，且误差偏差方向不具确定性，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

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于水位与角度同步测量的船舶计重系统及方法，以解决现有技术中通过肉眼或电子测量设备单体逐个估读水尺数值由于读数精度不够和读数时间不同步造成的偏差较大的问题。
[0005]为达到上述目的，本专利技术一方面提供一种基于水位与角度同步测量的船舶计重系统，包括
[0006]采集模块，用于同步采集并上报船舶上多个位置点的水位高度测量值、纵倾角度测量值和纵倾角角速度测量值；以及
[0007]与所述采集模块通信连接的计算服务器，用于对所述采集模块发送同步指令、数据采集指令以及接收并处理所述采集模块上报的数据，计算得到船舶的排水体积；
[0008]所述计算服务器内置有船舶图纸尺寸数据库、安装校正数据库、时钟同步模块、采集指令模块、测量数据预处理模块以及计算模块，其中：
[0009]所述船舶图纸尺寸数据库用于预先存储船舶图纸尺寸数据；
[0010]所述安装校正数据库用于存储所述采集模块在安装过程中产生的测量偏移值；
[0011]所述时钟同步模块用于发送同步指令对所述采集模块进行时间同步；
[0012]所述采集指令模块用于根据用户的操作向所述采集模块发送数据采集指令，所述数据采集指令包含采集起始时间点、采集的数据数量和采集过程中相邻两个采集数据的采集时间点的固定间隔设定值；
[0013]所述测量数据预处理模块用于根据所述采集模块上报的水位高度测量值、纵倾角度测量值、纵倾角角速度测量值以及所述安装校正数据库中存储的测量偏移值来实施数据
的安装校正和整合以生成实时动态测量数据表，并根据所述实时动态测量数据表的数据随时间的变化特征完成一个完整纵倾运动周期的数据裁剪，进而计算生成期望平衡态测量数组；
[0014]所述计算模块用于根据所述期望平衡态测量数组以及所述船舶尺寸数据库中存储的船舶图纸尺寸数据计算船舶的排水体积，进而得到船舶重量。
[0015]进一步的，所述采集模块包括沿船舶的中纵剖面对称设置在船艉左舷侧和船艉右舷侧的两个水位测量节点以及设置在船舶左舷侧和船舶右舷侧且分别对应于船舶前部、中部和后部的两个前部角度测量节点、两个中部角度测量节点以及两个后部角度测量节点；
[0016]所述水位测量节点用于根据所述计算服务器发送的数据采集指令采集并上报船艉处水平面与对应侧水位测量节点之间的高度差，所述角度测量节点用于根据所述计算服务器发送的数据采集指令采集并上报该角度测量节点在安装位置处的纵倾角度测量值和纵倾角角速度测量值。
[0017]进一步的，所述船舶图纸尺寸数据包括船舶的夏季载重线所标记的船舶设计载重吃水深度值、各测量节点安装中心之间的距离在船舶中纵剖面上的投影距离、两个水位测量节点安装中心的间距在船舶横向剖面上的投影距离以及自船底平面沿船舶高度方向做平行于船底平面的等距切片而生成的切片截面的截面积、切片截面中船舶的艏艉最大长度以及切片截面以下的船体累计体积所组成的数据表。
[0018]进一步的，所述测量偏移值包括水位测量节点安装后的测量零刻度与船舶夏季载重线的垂直高度差以及各角度测量节点安装后的初始纵倾角度测量值与安装纵倾角度实际值的偏移差值，所述安装纵倾角度实际值的计算公式如下：
[0019][0020][0021]Y
a
＝arctan[(h
a
‑
h
m
)/L
m
]；
[0022]其中：Y
f
,Y
m
,Y
a
分别为船舶前部、中部和后部角度测量节点的安装纵倾角度实际值；h
f
为采用目视读船舶实际前部水尺标线的吃水深度读数或在船舶前部实际水尺标线位置使用电子测量工具获得的吃水深度读数；h
m
为采用目视读船舶实际中部水尺标线的吃水深度读数或在船舶实际中部水尺标线位置使用电子测量工具获得的吃水深度读数；h
a
为采用目视读船舶实际后部水尺标线的吃水深度读数或在船舶实际后部水尺标线位置使用电子测量工具获得的吃水深度读数；L
m
为船舶左舷侧或右舷侧的后部角度测量节点和中部角度测量节点的安装中心之间的间距在船舶中纵剖面的投影距离；L
f
为船舶左舷侧或右舷侧的前部角度测量节点和中部角度测量节点的安装中心之间的间距在船舶中纵剖面的投影距离。
[0023]进一步的，所述测量数据预处理模块包括数据整合单元、数据裁剪单元以及期望平衡态数组生成单元，其中：
[0024]所述数据整合单元用于接收采集模块上报的水位高度测量值、纵倾角度测量值以及纵倾角角速度测量值，并基于所述安装校正数据库中存储的测量偏移值对水位高度测量值以及纵倾角度测量值进行偏移校正，得到水位高度校正值和纵倾角度校正值；以及以每一数据对应的采集时间点为索引对水位高度校正值、纵倾角度校正值以及纵倾角角速度测
量值进行关联重整，生成实时动态测量数据表；
[0025]所述数据裁剪单元用于裁剪所述实时动态测量数据表中的数据，生成纵倾运动周期动态数据表；
[0026]所述期望平衡态数组生成单元用于根据所述纵倾运动周期动态数据表中的数据计算出船舶在一个完整纵倾运动周期中运动平衡时间点关联的平衡态水位高度值和平衡态纵倾角度值，形成期望平衡态测量数组。
[0027]进一步的，所述数据裁剪单元还用于根据所述实时动态测量数据表中对应船艉左舷侧和船艉右舷侧的两个水位高度校正值的算术平均值、纵倾角度校正值以及纵倾角角速度测量值的其中任一类数据在本次采集周期内的变化趋势，选取两个相对极大值或两个相对极小值对应的采集时间点，视为一个完整纵倾运动周期，并以所述完整纵倾运动周期内的采本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于水位与角度同步测量的船舶计重系统，其特征在于，包括采集模块，用于同步采集并上报船舶上多个位置点的水位高度测量值、纵倾角度测量值和纵倾角角速度测量值；以及与所述采集模块通信连接的计算服务器，用于对所述采集模块发送同步指令、数据采集指令以及接收并处理所述采集模块上报的数据，计算得到船舶的排水体积；所述计算服务器内置有船舶图纸尺寸数据库、安装校正数据库、时钟同步模块、采集指令模块、测量数据预处理模块以及计算模块，其中：所述船舶图纸尺寸数据库用于预先存储船舶图纸尺寸数据；所述安装校正数据库用于存储所述采集模块在安装过程中产生的测量偏移值；所述时钟同步模块用于发送同步指令对所述采集模块进行时间同步；所述采集指令模块用于根据用户的操作向所述采集模块发送数据采集指令，所述数据采集指令包含采集起始时间点、采集的数据数量和采集过程中相邻两个采集数据的采集时间点的固定间隔设定值；所述测量数据预处理模块用于根据所述采集模块上报的水位高度测量值、纵倾角度测量值、纵倾角角速度测量值以及所述安装校正数据库中存储的测量偏移值来实施数据的安装校正和整合以生成实时动态测量数据表，并根据所述实时动态测量数据表的数据随时间的变化特征完成一个完整纵倾运动周期的数据裁剪，进而计算生成期望平衡态测量数组；所述计算模块用于根据所述期望平衡态测量数组以及所述船舶尺寸数据库中存储的船舶图纸尺寸数据计算船舶的排水体积，进而得到船舶重量。2.根据权利要求1所述的一种基于水位与角度同步测量的船舶计重系统，其特征在于，所述采集模块包括沿船舶的中纵剖面对称设置在船艉左舷侧和船艉右舷侧的两个水位测量节点以及设置在船舶左舷侧和船舶右舷侧且分别对应于船舶前部、中部和后部的两个前部角度测量节点、两个中部角度测量节点以及两个后部角度测量节点；所述水位测量节点用于根据所述计算服务器发送的数据采集指令采集并上报船艉处水平面与对应侧水位测量节点之间的高度差，所述角度测量节点用于根据所述计算服务器发送的数据采集指令采集并上报该角度测量节点在安装位置处的纵倾角度测量值和纵倾角角速度测量值。3.根据权利要求1所述的一种基于水位与角度同步测量的船舶计重系统，其特征在于，所述船舶图纸尺寸数据包括船舶的夏季载重线所标记的船舶设计载重吃水深度值、各测量节点安装中心之间的距离在船舶中纵剖面上的投影距离、两个水位测量节点安装中心的间距在船舶横向剖面上的投影距离以及自船底平面沿船舶高度方向做平行于船底平面的等距切片而生成的切片截面的截面积、切片截面中船舶的艏艉最大长度以及切片截面以下的船体累计体积所组成的数据表。4.根据权利要求2所述的一种基于水位与角度同步测量的船舶计重系统，其特征在于，所述测量偏移值包括水位测量节点安装后的测量零刻度与船舶夏季载重线的垂直高度差以及各角度测量节点安装后的初始纵倾角度测量值与安装纵倾角度实际值的偏移差值，所述安装纵倾角度实际值的计算公式如下：
其中：Y
f
,Y
m
,Y
a
分别为船舶前部、中部和后部角度测量节点的安装纵倾角度实际值；h
f
为采用目视读船舶实际前部水尺标线的吃水深度读数或在船舶前部实际水尺标线位置使用电子测量工具获得的吃水深度读数；h
m
为采用目视读船舶实际中部水尺标线的吃水深度读数或在船舶实际中部水尺标线位置使用电子测量工具获得的吃水深度读数；h
a
为采用目视读船舶实际后部水尺标线的吃水深度读数或在船舶实际后部水尺标线位置使用电子测量工具获得的吃水深度读数；L
m
为船舶左舷侧或右舷侧的后部角度测量节点和中部角度测量节点的安装中心之间的间距在船舶中纵剖面的投影距离；L
f
为船舶左舷侧或右舷侧的前部角度测量节点和中部角度测量节点的安装中心之间的间距在船舶中纵剖面的投影距离。5.根据权利要求4所述的一种基于水位与角度同步测量的船舶计重系统，其特征在于，所述测量数据预处理模块包括数据整合单元、数据裁剪单元以及期望平衡态数组生成单元，其中：所述数据整合单元用于接收采集模块上报的水位高度测量值、纵倾角度测量值以及纵倾角角速度测量值，并基于所述安装校正数据库中存储的测量偏移值对水位高度测量值以及纵倾角度测量值进行偏移校正，得到水位高度校正值和纵倾角度校正值；以及以每一数据对应的采集时间点为索引对水位高度校正值、纵倾角度校正值以及纵倾角角速度测量值进行关联重整，生成实时动态测量数据表；所述数据裁剪单元用于裁剪所述实时动态测量数据表中的数据，生成纵倾运动周期动态数据表；所述期望平衡态数组生成单元用于根据所述纵倾运动周期动态数据表中的数据计算出船舶在一个完整纵倾运动周期中运动平衡时间点关联的平衡态水位高度值和平衡态纵倾角度值，形成期望平衡态测量数组。6.根据权利要求5所述的一种基于水位与角度同步测量的船舶计重系统，其特征在于，所述数据裁剪单元还用于根据所述实时动态测量数据表中对应船艉左舷侧和船艉右舷侧的两个水位高度校正值的算术平均值、纵倾角度校正值以及纵倾角角速度测量值的其中任一类数据在本次采集周期内的变化趋势，选取两个相对极大值或两个相对极小值对应的采集时间点，视为一个完整纵倾运动周期，并以所述完整纵倾运动周期内的采集时间点关联的水位高度校正值、纵倾角度校正值和纵倾角角速度测量值构成所述纵倾运动周期动态数据表。7.根据权利要求6所述的一种基于水位与角度同步测量的船舶计重系统，其特征在于，所述期望平衡态数组生成单元还用于对所述纵倾运动周期动态数据表中的所有水位高度校正值以及所有纵倾角度校正值分别计算对应的算术平均值或分别取中位数，并将所述算数平均值或中位数视为对应的平衡态水位高度值和平衡态纵倾角度值，形成所述期望平衡态测量数组。8.根据权利要求6所述的一种基于水位与角度同步测量的船舶计重系统，其特征在于，所述期望平衡态数组生成单元还用于查询所述纵倾运动周期动态数据表中绝对值最大的纵倾角角速度测量值所关联的采集时间点，将所述关联的采集时间点对应的水位高度校正
值和纵倾角度校正值视为平衡态水位高度值和平衡态纵倾角度值，形成所述期望平衡态测量数组。9.根据权利要求1
‑
8任一项所述的一种基于水位与角度同步测量的船舶计重系统，其特征在于，所述计算模块还用于根据所述期望平衡态测量数组中两个水位测量节点对应的水位高度值计算船舶在横倾修正后的船艉水位高度；然后查询所述船舶...

【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：