[发明专利]通航船舶吃水量实时测量装置及测量方法

说明书

技术领域

本发明所述的通航船舶吃水量实时测量装置及测量方法涉及测量技术，具体地说涉及船闸或航道通航船舶超吃水检测技术。

背景技术

目前随着内河航运运量的不断增大，航运船舶数量和密度均大幅增加，各种的船舶事故对航运安全的威胁日益严重，影响也越来越大。其中，最为严重和迫切的就是通航船舶的超吃水问题。为保证内河水上交通安全，国家每年都需投入数亿元资金，部署数千名航道工人挖泥、清障爆破，用以保证航道畅通。但受利益驱使，一些船主置国家航运超载的禁令于不顾，采取瞒报船舶吃水吨位、制造假吃水线、夜间通过浅水区等手法，逃避执法部门的检查。

船舶吃水数据直接关系到船舶的安全，尤其是大型船舶的驾驶员，必须掌握船舶左右舷首中尾六个部位的吃水数据(简称六面水尺数据)，才能正确掌握船舶的装载情况并配以其它数据计算出船舶的稳性高度、船舶摇摆周期、前后吃水差、左右吃水差、横倾角、纵倾角等十分重要的稳性参数。由于目前船舶六面水尺数据仍是靠人工观察船舷边的水尺刻度来得到，故只能在靠岸或锚泊时进行，而且在锚泊及观察外档吃水时，需放绳梯，既麻烦又危险。

船舶吃水量是指水线面与船底基平面之间的垂直距离。船舶吃水随着船舶的载重量和舷外水的密度的变化而不同，测量得到船舶吃水后经过查阅有关船舶曲线图和计算，可以求得该船当时的排水量和载重量。在船舶进出船闸和港口、过浅滩、系靠码头和装卸货物时应对吃水量进行测量。现在国内外船舶吃水量测量方法可分为如下几种：

(1)吃水线人工观测法

该方法依靠经过长期训练的观察人员通过观测船舶的水尺标志而获得船舶的实际吃水，进行人工观测、人工记录和人工比对，最后将观测结果进行比对、综合、平均获得最终数值。但通过人眼目测船舶吃水线的大小，具有较多的缺点：观测点范围小且少，不能对数据运用统计学原理进行处理；观测的数据由于没有详细记录，导致无法事后进行查验校对，可能出现隐藏的重大错误；受人员能力和状态的影响较大，测量时间长，成本高昂；受天气环境影响较大；观测时需在船上进行，无法适用于航道管理部门的对其快速离船检测的要求。

(2)水尺法

超声波水尺和载重测量就是依据超声波测距原理，以船体舷边甲板为基准测量船舶吃水。该装置将超声波传感器经一测量支架悬挂于船体舷边，传感器可相对支架沿船舷上、下移动且固定于一定高度，目的是保持其与水面有一合适距离，从而减小到达水面处波束的面积，提高测距精度。该仪器通过测量超声波回波返回的时间，根据当时当地声速，测得船体主甲板至水面的距离等参数，计算出吃水值，并搜索船舶载重量数据文件，得到船舶载重量。超声波测量的精度受诸多因素的影响，但声速的误差直接影响测量的精度，而声速又与介质密度有关，在空气中空气密度受温度影响较大。目前，该方法只能安装在船上进行检测，也无法适用于航道管理部门的对其快速离船检测的要求。

(3)压力传感法

水深的变化可以通过水压的变化反映出来，利用这一特性，在船舶空载吃水线的位置上安装压力传感器，当船舶载货后吃水变深，根据压力传感器获得的数值，经过换算后，既可得出船舶的吃水深度。通过压力传感器测量船舶吃水深度需要将压力传感器直接安装在船体外侧，工作环境恶劣，长时间使用后由于半导体硅片受压变形，会产生时漂移。该方法所采用的传感器也只能安装在船上进行检测，也无法适用于航道管理部门的对其快速离船检测的要求。

(4)激光测距法

该方法所采用的激光测距传感器也只能安装在船上进行检测，也无法适用于航道管理部门的对其快速离船检测的要求。

(5)基于图像处理水尺标志识别法

将图像处理技术应用到船舶水尺标识计量中，即采用多台相机和光源，对船舶两侧的船艏、船舯、船艉的水尺标识进行成像，然后采用图像处理方法对水尺标识和吃水线进行快速识别，从而得到船舶全方位吃水量。该方法可以克服吃水线人工观测法所引起的一系列问题，同时可完整的记录整个观测阶段的吃水线位置变化状况，后续的数据处理与利用的空间大。采用该方法研制的设备操作简便、成本低、效率和准确度高等优点。该方法所采用的成像系统一般安装在船上，尚不能进行离船检测，因而无法适用于航道管理部门的对其快速检测的要求。

针对上述现有技术中所存在的问题，研究设计一种新型的通航船舶吃水量实时测量装置及测量方法，从而克服现有技术中所存在的问题是十分必要的。

发明内容