船舶吃水深度实时检测系统及方法与流程

本发明涉及船舶航运，具体地涉及一种船舶吃水深度实时检测系统及方法。

背景技术：

1、近年来，随着船舶大型化的不断增长和货运量的显著增加，部分船舶因超吃水和谎报吃水而带来的问题日益突出。这些船舶在通过航道的浅险航段时，有很高的搁浅风险，这不仅可能导致航道受损，还可能引发堵航等严重事件。更为严重的是，当这些船舶进入船闸闸室时，可能会对船闸的门槛、闸门底止水等设施造成重大损害，甚至导致船闸停航。因此，在船舶进入船闸闸室获得待入船闸的船舶准确吃水深度数据，就成了船舶航行、航道安全领域中的一个重要环节。

2、现有技术中，船舶吃水深度的测量主要依赖于船员根据水尺目测，然后自行测报；具体来说，即因为过闸时船舶吃水深度的申报方式主要为船主个人上报及相关职能部门上船抽查，主要依赖传统的观察水尺等手段。

3、由于各种原因，部分船民可能会瞒报或谎报吃水数据，这进一步加剧了航道和船闸设施的安全风险。具体来说，现有技术的缺陷如下：

4、1.由于船舶吃水深度的测量主要依赖于船民的自行测报，但由于各种原因，如观测角度、光线等客观因素及人为主观因素，从而可能会导致测量结果不准确；

5、2.由于人工测量需要耗费大量时间和人力，从而导致测报效率较低；

6、3.由于人工测量时需要检测人员到船舷边沿，测量过程中需要不断观察多处测量水尺，存在发生检测人员落水的不安全隐患；

7、4.由于现有技术的测量方法无法实现实时监测，从而对于船舶的安全运行有一定的局限性；

8、5.由于现有技术的检测装置多为固定于水中设计，从而导致因环境因素而易损坏，且难于维护维修。

技术实现思路

1、本发明针对上述问题，提供一种船舶吃水深度实时检测系统及方法，其目的在于快速准确测量船舶吃水深度，适用于各种船舶检测场景；避免传统检测方法的误差和安全隐患；降低使用成本和维护难度；实现多应用场景的扩展。

2、为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：

3、一种船舶吃水深度实时检测系统，包含水下测距单元、空间姿态测量单元、空间姿态控制单元、入水深度测量单元、数据处理单元、数据传输单元；其中：

4、所述水下测距单元用于测量目标距离；所述目标距离用于表征所述水下测距单元到被检测船体的船舷之间的直线距离；

5、所述空间姿态测量单元用于测量所述水下测距单元的空间姿态；所述空间姿态包含水下测距单元的俯仰角、水下测距单元的横滚角、水下测距单元的航向角；

6、所述空间姿态控制单元用于对所述水下测距单元的所述空间姿态中的所述俯仰角和所述航向角进行控制，改变所述水下测距单元的所述俯仰角，并调整所述水下测距单元的所述航向角，使所述水下测距单元对准待测船舶的船舷的垂直位置；

7、所述入水深度测量单元用于测量所述水下测距单元的入水深度；所述入水深度用于表征所述水下测距单元与水面之间的垂直距离。

8、优选地，所述数据处理单元用于计算得到用于调整所述水下测距单元的所述航向角直至其对准待测船舶，并计算得到用于改变所述水下测距单元的所述俯仰角的俯仰角控制值，并根据所述目标距离、所述俯仰角、所述横滚角计算得到船舶吃水深度。

9、优选地，所述数据传输单元用于实现所述数据处理单元与所述水下测距单元、所述数据处理单元与所述空间姿态测量单元、所述数据处理单元与所述空间姿态控制单元、所述数据处理单元与所述入水深度测量单元之间的数据传输链路，并实现本检测系统对外的数据传输链路。

10、一种利用了船舶吃水深度实时检测系统的船舶吃水深度实时检测方法，包含以下步骤：

11、s100.将本检测系统放置于水面以下；然后通过所述入水深度测量单元测量所述水下测距单元的所述入水深度；

12、s200.通过所述空间姿态测量单元读取所述水下测距单元的当前所述俯仰角、所述横滚角、所述航向角的值；

13、s300.通过所述空间姿态控制单元调整所述水下测距单元的所述航向角直至达到所述水下测距单元的所述航向角的目标值；

14、s400.测量本检测系统到待测船舶的底部之间的所述目标距离，以及此时所述水下测距单元的所述俯仰角、所述横滚角、所述航向角的值；然后根据s400中测得的所述目标距离、所述俯仰角、所述横滚角、所述航向角的值，计算得到待测船舶的底部与所述水下测距单元的垂直距离；

15、s500.计算得到待测船舶的所述船舶吃水深度的值。

16、优选地，s500中计算待测船舶的所述船舶吃水深度的值，具体包含以下步骤s510.根据所述俯仰角，做出如下操作：

17、如果所述俯仰角为仰角向，则所述船舶吃水深度按下式表达：

18、h＝h3-h2

19、如果所述俯仰角为俯角向，则所述船舶吃水深度按下式表达：

20、h＝h3+h2

21、其中：h为所述船舶吃水深度；h3为所述入水深度，且最小值为0；h2为待测船舶的底部与所述水下测距单元的垂直距离。

22、优选地，s510中待测船舶的底部与所述水下测距单元的垂直距离按下式表达：

23、h2＝lm×sinα

24、其中：lm为目标距离修正值，用于表征修正后的所述目标距离；α为所述俯仰角。

25、优选地，所述目标距离修正值按下式表达：

26、lm＝li-1cosθ

27、其中：θ为所述横滚角。

28、本发明与现有技术对比，具有以下优点：

29、1.本发明设计方案适用于各种船舶检测场景；

30、2.由于本发明能够实时检测船舶的吃水深度，并将数据传输至处理单元进行数据处理和分析，从而使用户可以及时了解船舶的吃水情况，保障船舶的安全行驶；

31、3.由于本发明采用自动化控制检测系统的动作与数据计算，能够准确、可靠地检测船舶的吃水深度，从而避免了传统检测方法的误差和不足；

32、4.由于本发明适用于各种类型的船舶，可以根据不同应用环境条件进行定制化改造设计，从而能满足不同的需求；

33、5.由于本发明所用到的部件组成简单，便于维护和更换部件，从而降低了使用成本和维护难度；

34、6.由于本发明可以与其他的船闸控制系统进行集成和扩展，从而实现了更多应用场景的扩展可能性；

35、7.由于本发明组成简单，依据本发明，可设计出适用于各种船舶检测场景的产品，包括非固定式产品，从而实现了使用时入水、非使用时出水进行保养维护，避免水体侵蚀及水生物伤害。

技术特征：

1.一种船舶吃水深度实时检测系统，其特征在于：包含水下测距单元、空间姿态测量单元、空间姿态控制单元、入水深度测量单元、数据处理单元、数据传输单元；其中：

2.根据权利要求1所述的船舶吃水深度实时检测系统，其特征在于：所述数据处理单元用于计算得到用于在水平方向上调整所述水下测距单元的所述航向角直至其对准待测船舶的角度，并计算得到用于改变所述水下测距单元的所述俯仰角的俯仰角控制信号值，发送水下测距单元空间姿态控制数据，并根据所述入水深度、所述目标距离、所述俯仰角、所述横滚角计算得到船舶吃水深度。

3.根据权利要求2所述的船舶吃水深度实时检测系统，其特征在于：所述数据传输单元用于实现所述数据处理单元与所述水下测距单元、所述数据处理单元与所述空间姿态测量单元、所述数据处理单元与所述空间姿态控制单元、所述数据处理单元与所述入水深度测量单元之间的数据传输链路，并实现本检测系统对外的数据传输链路。

4.一种利用了权利要求3所述的船舶吃水深度实时检测系统的船舶吃水深度实时检测方法，其特征在于：包含以下步骤：

5.根据权利要求4所述的船舶吃水深度实时检测方法，其特征在于：s600中计算待测船舶的所述船舶吃水深度的值，具体包含以下步骤：

6.根据权利要求5所述的船舶吃水深度实时检测方法，其特征在于：s510中待测船舶的底部与所述水下测距单元的垂直距离按下式表达：

7.根据权利要求6所述的船舶吃水深度实时检测方法，其特征在于：所述目标距离修正值按下式表达：

技术总结
本发明涉及船舶吃水深度实时检测系统，包含水下测距单元、空间姿态测量单元、空间姿态控制单元、入水深度测量单元、数据处理单元、数据传输单元。本发明还涉及船舶吃水深度实时检测方法，包含步骤：读取水下测距单元的当前俯仰角、横滚角、航向角；计算水下测距单元的航向角的目标值；计算得到待测船舶的底部与水下测距单元的垂直距离；计算得到待测船舶的船舶吃水深度的值。依据本发明，可设计出适用于各种船舶检测场景的产品，包括便携式产品；避免传统检测方法的误差和不足；降低使用成本和维护难度；实现多应用场景的扩展。

技术研发人员：王力军,郭炎,张涛,黄江滔,喻宏,徐琼,胡克斌,叶铮,黄慧平
受保护的技术使用者：湖北省汉江兴隆水利枢纽管理局
技术研发日：
技术公布日：2024/6/13