一种港口内船舶首尾吃水线测量装置及方法与流程

本发明涉及港口内停靠船舶排水量测量技术领域，具体涉及一种港口内船舶首尾吃水线测量装置及方法。

背景技术：

随着经济的飞速发展，海上运输业也迎来了蓬勃发展，水面上航行的船舶也越来越多，这些船舶在营运过程中都会于码头停靠，而船型不同、装载货物不同，码头收费也会不同。船舶水尺计重方法是海运业货物计量的主要方法之一，被广泛应用于价值较低、衡重困难的大宗散装固体商品，如煤炭、铁矿石、水泥、粮食等。船舶水尺计重方法具有简单、快捷、节省人力和高准确率、效率的特点，该方法能迅速计算出船舶装载货物的重量，其计算结果可作为商品交接结算、理赔、计算运费和通关计税的依据。因此人们提出了水尺计重收费的方法，即由水尺公估人员驾驶小艇进行吃水线识别公估，由于水质、季节、天气等因素的影响，波浪波动很大，增加了工作人员劳动强度和水尺识别难度，精度准确性无法保障，难以保证货主、港方、采购方三方同时满意的结果，因此，设计一种客观的检测系统，实现吃水线自动检测成为亟待解决的问题。

中国专利cn109808851a公开了一种基于视频识别的船舶侧重机械装置，通过悬臂装置的夹持固定组件固定于船体舷侧上，然后通过连接线将图像采集装置缓慢放下，并通过图像采集装置的摄像头传回的画面观察下落情况，直至能观察吃水情况时停止，打开三棱柱电磁铁开关，使图像采集装置固定在船体外甲板上，从而通过可旋转的摄像头调整拍摄角度，完成对船舶吃水情况的观测，其结构简单、操作简单，运行可靠。但是经过实践发现，该装置只适用于在船舶平行中体位置进行吃水线的测量，至于船首与船尾曲率变化较大、存在视觉盲区的地方，该装置难以承担测量工作，主要存在以下几个问题：(1)在下放图像采集装置的过程中容易使摄像头浸水；(2)当摄像头下放至水面上方后，不容易将所要采集的吃水图像调整至位于采集窗口中心位置；(3)由于船首外飘，三棱柱电磁铁距离船体外板较远，难以吸附至外板上。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种港口内船舶首尾吃水线测量装置及方法，对现有装置进行改进，使其能在船体首尾舷侧搭建稳定可靠的吃水拍摄架，使摄像头接近吃水线工作，获得可靠的首尾吃水信息。

本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：

一种港口内船舶首尾吃水线测量装置，包括悬臂安装机构、图像采集机构和支撑机构；所述悬臂安装机构与待测船舶舷侧固定连接，并通过连接线与所述图像采集机构连接，通过调节连接线的长度调节图像采集机构的高度；所述图像采集机构包括平衡调节装置和摄像头，所述平衡调节装置用于保证图像采集机构始终处于平衡状态，所述摄像头安装于平衡调节装置底部，用于拍摄待测船舶的吃水信息；所述支撑机构沿所述图像采集机构的周向设置多组，每组支撑机构包括可伸缩式连杆和三棱柱电磁铁，所述可伸缩式连杆一端通过第一接头与所述平衡调节装置铰接，另一端通过第二接头与所述三棱柱电磁铁铰接，三棱柱电磁铁位于最外端，用于与待测船舶舷侧连接；

所述图像采集机构还包括激光测距仪，所述激光测距仪固定于所述平衡调节装置的底部，根据激光测距仪的测量信号控制连接线的升降；

每组支撑机构还包括连杆角度调节装置，连杆角度调节装置用于调节可伸缩式连杆与平衡调节装置的相对角度，连杆角度调节装置包括依次连接的柱状电磁铁、弹簧和半球帽；所述第一接头上设有第一转轴和半球帽孔，连杆角度调节装置位于半球帽孔内，且半球帽可从半球帽孔伸出；所述平衡调节装置下部侧面沿周向对应设置所述支撑机构的安装板，所述安装板上设有第一转轴孔，并沿第一转轴孔的周向开设若干第一限位孔，第一接头上的第一转轴与安装板上的第一转轴孔装配实现铰接，第一接头内的半球帽可插入其中一个第一限位孔内，实现可伸缩式连杆的固定；当柱状电磁铁通电后，半球帽在磁力的作用下压缩弹簧从第一限位孔内退出，此时可调节可伸缩式连杆的角度，当柱状电磁铁断电后，半球帽在弹簧的回弹力作用下插入第一限位孔内，实现可伸缩式连杆的定位；

所述测量装置还包括多个侧向推进器，侧向推进器的等间距设于平衡调节装置的底部外侧，每个侧向推进器独立控制。

上述方案中，每组支撑机构还包括电磁铁角度调节装置，所述电磁铁角度调节装置用于调节可伸缩式连杆与三棱柱电磁铁的相对角度。

上述方案中，所述第二接头上设有第二转轴和弹性凸起；所述电磁铁角度调节装置下端与三棱柱电磁铁固定连接，电磁铁角度调节装置上端开设有第二转轴孔，并沿第二转轴孔周向开设两个第二限位孔，两个第二限位孔与第二转轴孔的连线相互垂直；所述第二接头上的第二转轴与第二转轴孔装配实现铰接，所述弹性凸起可插入其中一个第二限位孔内，实现三棱柱电磁铁的定位。

上述方案中，所述激光测距仪包括普通磁铁基座、激光发射装机、数据传输及智能控制预警系统；激光测距仪通过其尾部的普通磁铁基座固定于平衡调节装置的水平调节底盘底部平面上；当激光测距仪距水面距离到达设定值时，所述数据传输及智能控制预警系统发出警报。

上述方案中，所述侧向推进器包括轴承和桨翼，侧向推进器通过轴承安装于两个可伸缩式连杆之间。

上述方案中，所述测量装置还包括收纳盒，所述测量装置为收纳状态时，所述图像采集机构、可伸缩式连杆和三棱柱电磁铁三者轴向相互平行，测量装置整体放于收纳盒中。

上述方案中，所述可伸缩式连杆包括套筒、伸缩杆和伸缩阀，所述伸缩杆一端设置于套筒内，伸缩杆可沿套筒移动，并通过所述伸缩阀紧固；所述第一接头安装于套筒端部，所述第二接头安装于伸缩杆端部。

上述方案中，所述悬臂安装机构包括方管、定滑轮、分离绕线滑轮、永磁铁基座和连接线；所述永磁铁基座设于方管尾部下方，通过永磁铁基座将悬臂安装机构固定于待测船舶舷侧；所述分离绕线滑轮设置于方管尾部盒内，包括电线滑轮和连接线滑轮，所述电线滑轮和连接线滑轮通过齿轮相连；所述定滑轮设置于方管前端；所述连接线一端缠绕于连接线滑轮，另一端绕过定滑轮后与所述平衡调节装置连接；电线一端缠绕于连接线滑轮，另一端绕过定滑轮后与柱状电磁铁和三棱柱电磁铁连接；通过转动电线滑轮或连接线滑轮，实现连接线与电线的释放与回收。

上述方案中，所述平衡调节装置包括外壳、水平仪、调节罗盘、水平调节底盘和螺帽；所述外壳安装于水平调节底盘上，所述水平仪设置于外壳的上端面，外壳中部设有通孔，所述调节罗盘的大端位于外壳内部、小端从外壳中部通孔伸出，外壳中部的通孔孔径大于调节罗盘小端外径，所述螺帽套设于调节罗盘小端，通过拧开螺帽，调节所述调节罗盘的水平位置来控制平衡调节装置的平衡状态。

相应的，本发明还提出一种港口内船舶首尾吃水线测量方法，采用上述测量装置进行，包括以下步骤：

s1、安装悬臂安装机构：从收纳盒取出整个测量装置，将悬臂安装机构的一端固定于待测船舶的舷侧外板；

s2、调整支撑机构：对连杆角度调节装置通电并将支撑机构向四周拉开，调节可伸缩式连杆至合适的长度，并通过电磁铁角度调节装置调节三棱柱电磁铁的角度，使之从收纳状态调整为工作状态；

s3、调节测量装置的平衡：通过平衡调节装置来调节装置保持水平；

s4、采集吃水线：缓慢下放图像采集机构，通过摄像头传回的画面及激光测距仪配合使用下观察下落情况，待通过传回的影像能清楚观察到吃水情况时，停止下落；并根据需要通过侧向推进器控制图像采集机构尽量靠近船舶舷侧，然后控制靠近船体板的三棱柱电磁铁吸附于外板表面；最后根据实际情况对连杆角度调节装置通电，通过伸缩连接线微调图像采集机构的高度，使所要采集的吃水图像位于采集窗口中心位置，摄像头此时采集吃水数据；

s5、回收测量装置：采集完成后，断开三棱柱电磁铁，回收图像采集机构，并将支撑机构整体从工作状态调整为收纳状态后，与悬臂安装机构一起放入收纳盒中。

本发明的有益效果在于：

1、本发明装置通过在图像采集机构底部加装激光测距仪，当图像采集机构下放至距水面设定距离时控制分离绕线滑轮的电机停止运行，可以有效防止装置浸水。摄像头与激光测距仪配合使用，能够使图像采集机构安全地下放至预设位置。

2、通过在可伸缩式连杆与平衡调节装置之间加装连杆角度调节装置，在图像采集机构下放至合适的位置后，进一步对摄像头的位置进行微调，使所要采集的吃水图像位于采集窗口中心位置，从而提高首尾吃水测量的稳定性和精确性。

3、在平衡装置侧面加装多个独立的推进器，对于首尾内倾的舷侧通过侧向推进器使机构发生横向运动，从而使装置固定在船体外甲板上，可以解决船舶首尾特殊形状对船舶排水量测量所带来的影响，可以在船舶的任意位置进行测量，进一步提高了水尺测量的精确性。

4、本发明结构简单、操作简单，成本不高，运行可靠，易于收纳。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明港口内船舶首尾吃水线测量装置的整体结构图；

图2是图1的主视图；

图3是图1所示测量装置的悬臂安装机构的结构图；

图4是图1所示测量装置的图像采集机构、支撑机构和侧向推进器的结构图；

图5是图像采集机构的平衡调节装置的结构剖视图；

图6是图像采集机构的激光测距仪的结构图；

图7是支撑机构的连杆角度调节装置的结构图；

图8是支撑机构的可伸缩式连杆的结构图；

图9是可伸缩式连杆与平衡调节装置的结构图；

图10是可伸缩式连杆、电磁铁角度调节装置、三棱柱电磁铁的结构图；

图11是侧向推进器的结构图；

图12是图1所示测量装置的收纳状态示意图。

图中：10、悬臂安装机构；11、方管；12、定滑轮；13、分离绕线滑轮；131、电线滑轮；132、连接线滑轮；14、永磁铁基座；15、连接线；

20、图像采集机构；21、平衡调节装置；211、外壳；212、水平仪；213、调节罗盘；214、水平调节底盘；215、螺帽；216、第一安装板；217、第二安装板；218、第一转轴孔；219、第一限位孔；22、摄像头；23、激光测距仪；231、普通磁铁基座；232、开关；233、激光发射装机；234、数据显示屏；235、数据传输及智能控制预警系统；

30、支撑机构；31、连杆角度调节装置；311、柱状电磁铁；312、弹簧；313、半球帽；32、可伸缩式连杆；321、套筒；322、伸缩杆；323、伸缩阀；324、第一接头；3241、第一转轴；3242、半球帽孔；325、第二接头；3251、第二转轴；3252、弹性凸起；33、电磁铁角度调节装置；331、第二转轴孔；332、第二限位孔；34、三棱柱电磁铁；

40、侧向推进器；41、轴承；42、桨翼；

50、收纳盒。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1-2所示，为本发明提供的一种港口内船舶首尾吃水线测量装置，包括悬臂安装机构10、图像采集机构20、支撑机构30、侧向推进器40。悬臂安装机构10与待测船舶舷侧固定连接，并通过连接线15与图像采集机构20连接，通过调节连接线15的长度来调节图像采集机构20的高度。支撑机构30沿图像采集机构20的周向均匀布置多组，测量时用于将图像采集机构20与待测船舶舷侧相连，为其提供稳定的工作环境。侧向推进器40沿图像采集机构20的周向均匀布置多个，用于船舶首尾舷侧的水尺测量，可进行矢量智能控制，根据需要使装置发生任意方向的运动，克服船舶自身复杂的形状对排水量测量带来的影响。

如图3所示，悬臂安装机构10包括铝合金方管11、定滑轮12、分离绕线滑轮13、永磁铁基座14和连接线15。永磁铁基座14设于方管11尾部下方，通过螺母和永磁铁基座14将悬臂安装机构10双重固定于待测船舶舷侧，保证工作时的稳定性。分离绕线滑轮13设置于方管11尾部盒内，包括电线滑轮131和连接线滑轮132，电线滑轮131与连接线滑轮132通过齿轮相连。定滑轮12设置于方管11前端。连接线15一端缠绕于连接线滑轮132，另一端绕过定滑轮12后与平衡调节装置21连接；电线一端缠绕于连接线滑轮132，另一端绕过定滑轮12后与柱状电磁铁和三棱柱电磁铁连接。通过转动电线滑轮131或连接线滑轮132，实现连接线15与电线的释放与回收。

如图4所示，图像采集机构20包括平衡调节装置21、摄像头22和激光测距仪23。平衡调节装置21位于图像采集机构20的中心，用于保证装置始终处于平衡状态。摄像头22安装于平衡调节装置21底部，用于拍摄待测船舶的吃水信息，并将采集到的图像信号通过无线传输到终端上。激光测距仪23安装于平衡调节装置21底部，可监测装置在下放过程中摄像头22距离水面的距离，对于装置超出操作人员视野范围的情形也能控制，可防止装置不小心触水或浸水。

如图5所示，平衡调节装置21包括外壳211、水平仪212、调节罗盘213、水平调节底盘214和螺帽215。外壳211安装于水平调节底盘214上，水平仪212设置于外壳211的上端面，外壳211中部设有通孔，调节罗盘213的大端位于外壳211内部、小端从外壳211中部通孔伸出，连接线15与调节罗盘213的小端连接。外壳211中部的通孔孔径大于调节罗盘213小端外径，即小端与通孔之间留有间隙，这样调节罗盘213能够左右移动来调节平衡，螺帽215套设于调节罗盘213的小端，通过拧开螺帽215，调节调节罗盘213的水平位置，使连接线15通过测量装置的中心，使得测量装置保持平衡。

水平调节底盘214下部侧面沿周向对应设置支撑机构30的安装板，每组安装板包括相对设置的第一安装板216和第二安装板217，第一安装板216和第二安装板217上设有第一转轴孔218，此外第二安装板217上沿第一转轴孔218的周向开设若干第一限位孔219。

如图6所示，激光测距仪23包括普通磁铁基座231、开关232、激光发射装机233、数据显示屏234、数据传输及智能控制预警系统235。激光测距仪23通过其尾部的普通磁铁基座231固定于平衡调节装置21的水平调节底盘214底部平面上。

继续参照图4，每组支撑机构30包括连杆角度调节装置31、可伸缩式连杆32、电磁铁角度调节装置33和三棱柱电磁铁34。如图7所示，连杆角度调节装置31包括依次连接的柱状电磁铁311、弹簧312和半球帽313。如图8所示，可伸缩式连杆32包括套筒321、伸缩杆322、伸缩阀323、第一接头324和第二接头325，伸缩杆322一端设置于套筒321内，伸缩杆322可沿套筒321移动，并通过伸缩阀323紧固，第一接头324安装于套筒321端部，第二接头325安装于伸缩杆322端部。第一接头324上设有第一转轴3241和半球帽孔3242，连杆角度调节装置31位于半球帽孔3242内，且半球帽313可以从半球帽孔3242伸出。第二接头325上设有第二转轴3251和弹性凸起3252。

如图9所示，可伸缩式连杆32与平衡调节装置21的连接方式为：第一接头324设于第一安装板216与第二安装板217之间，第一接头324上的第一转轴3241与两个安装板上的第一转轴孔218装配实现铰接，第一接头324内的半球帽313可插入其中一个第一限位孔219内，实现可伸缩式连杆32的固定。当柱状电磁铁311通电后，半球帽313在磁力的作用下压缩弹簧312从第一限位孔219内退出，此时可将可伸缩式连杆32调节至合适的角度，然后使柱状电磁铁311断电，半球帽313在弹簧312的回弹力作用下插入另一个第一限位孔219内，再次实现定位。

如图10所示，可伸缩式连杆32与三棱柱电磁铁34的连接方式为：电磁铁角度调节装置33下端与三棱柱电磁铁34固定连接，电磁铁角度调节装置33上端开设卡槽，卡槽将电磁铁角度调节装置33分为两个瓣体，两个瓣体上均开设有第二转轴孔331，其中一个瓣体沿第二转轴孔331周向开设两个第二限位孔332，两个第二限位孔332与第二转轴孔331的连线相互垂直，第二接头325上的第二转轴3251与第二转轴孔331装配实现铰接，弹性凸起3252可插入其中一个第二限位孔332内，实现三棱柱电磁铁34的固定。使用前按压弹性凸起3252并转动三棱柱电磁铁34，达到预定角度后小球会弹出使三棱柱电磁铁34与可伸缩式连杆32相固定。在使用状态时，三棱柱电磁铁34旋转至轴线与可伸缩式连杆32垂直；在收纳状态时，三棱柱电磁铁34旋转至轴线与可伸缩式连杆32平行。

本发明支撑机构30，一方面，通过三棱柱电磁铁34牢牢地吸附在待测船舶外板之上，为摄像头22提供稳定的工作环境；另一方面，可根据实际需要在图像采集机构20放到初步预定位置时进行摄像头22高度的微调，使所要采集的吃水图像尽量位于采集窗口中心位置。

如图11所示，侧向推进器40包括轴承41和桨翼42，侧向推进器40通过轴承41安装于两个可伸缩式连杆32之间。

如图12所示，测量装置还包括收纳盒50，测量装置为收纳状态时，图像采集机构20、可伸缩式连杆32和三棱柱电磁铁34三者的轴线相互平行，测量装置整体放于收纳盒50中。采用可伸缩式连杆32在不工作时可以减小所占空间，便于收纳。

进一步优化，本实施例中，支撑机构30沿平衡调节装置21的周向均匀设置三组，三块三棱柱电磁铁34首先在没有通电时靠近船体外板，三棱柱电磁铁34可以在测量装置任意一面朝向船体外板时与板贴合，通电后牢牢地固定在外板上。相应的，侧向推进器40设置三个。

相应的，本发明还提出一种港口内船舶首尾吃水线测量方法，采用上述测量装置进行，包括以下步骤：

s1、安装悬臂安装机构10：利用螺母和永磁铁基座14将悬臂安装机构10的一端固定于待测船舶的舷侧外板；

s2、调整支撑机构30：对连杆角度调节装置31通电并将支撑机构30向四周拉开，使之从收纳状态调整为工作状态，调节可伸缩式连杆32至合适的长度，并通过电磁铁角度调节装置33调节三棱柱电磁铁34的角度，使之从收纳状态调整为工作状态；

s3、调节测量装置的平衡：通过平衡调节装置21来调节装置保持水平；

s4、采集吃水线：缓慢下放图像采集机构20，通过摄像头22传回的画面及激光测距仪23配合使用下观察下落情况，待通过传回的影像能清楚观察到吃水情况时，停止下落；并根据需要通过侧向推进器40控制图像采集机构20尽量靠近船舶舷侧，然后控制靠近船体板的两块三棱柱电磁铁34吸附于外板表面；最后根据实际情况对连杆角度调节装置31通电，通过伸缩连接线15微调图像采集机构20的高度，使所要采集的吃水图像位于采集窗口中心位置，摄像头22此时采集吃水数据；

s5、回收测量装置：采集完成后，断开三棱柱电磁铁34，回收图像采集机构20，并将支撑机构30整体从工作状态调整为收纳状态后，与悬臂安装机构10一起放入收纳盒50中。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。