[发明专利]船舶吃水自动测量系统及自动测量方法

权利要求书

1.一种船舶吃水自动测量系统，其特征在于，包括：船舶来到监测端、水下探测端、下位采集端、上位处理端、远程监控模块以及报警拍照模块；

所述船舶来到监测端，由红外线探测器或雷达探测器构成，安装在航道检测区的上游，用于监测是否有船舶将驶入检测区；

所述水下探测端包括：

扫描声纳，用于扫描水面和水下船体部分，并以固定的声纳数据包格式返回声纳扫描数据；

水温/水深传感器，用于测量声纳扫描时的水温及声纳距离水面的深度；

水平姿态仪，由三轴加速度传感器或陀螺仪构成，用于检测并调整水下云台基准面的水平度；

水下云台，用于安装固定扫描声纳、水温/水深传感器和水平姿态仪；

所述下位采集端，用于采集水下探测端发来的各种类型的数据，解析后统一转换成网络数据，以供上位处理端随时通过网络获取水下探测端的数据信息，所述下位采集端包括：

声纳串口数据采集转换模块，用于采集声纳串口发来的数据，解析声纳数据包，转换成网络数据包；也用于将网络数据包转换成声纳串口数据包；

水温/水深模拟量采集转换模块，用于采集水温/水深模拟量，并转换成Modbus TCP网络数据包；

船舶来到开关量输入采集转换模块，用于采集船舶来到监测模块发送来的数字量，并转换成Modbus TCP网络数据包；

开关量输出转换模块，用于采集开关控制网络数据包信息，转换成开关控制数字量信息，进而控制声纳设备/报警器电源的开关；

所述上位处理端，包括：

输入管理模块，用于为了适应不同监测河道的实际情况的要求，对上位处理端进行的基本参数配置；

声纳数据解析模块，用于从下位采集端获取声纳网络数据包，转换成声纳数据包，并从声纳数据包中解析出扫描角度，声纳扫描距离，声纳扫描参数等声纳扫描信息；

声纳工作参数配置模块，用于根据当前航道的数据信息自动调整声纳设备自身的参数配置；

降噪滤波模块，用于消除水中干扰物、噪声等带来的声纳数据粗差；

吃水解算模块，用于对声纳扫描数据进行处理，得出扫描角度的吃水深度；

声速矫正模块，用于实时矫正声音在水中的传播速度；

枯水检测模块，用于当航道检测区水深低于枯水线深度，断电保护水下设备；

显示模块，用于动态显示声纳设备扫描船底的图像与声纳扫描基本参数；

电源开关控制模块，用于对声纳数据的处理，得出控制声纳设备、报警器的电源开关的数据包信息，并转换成网络数据包，发送给下位采集端；

通信管理模块，用于管理声纳设备与下位采集端之间的通信，上位处理端与下位采集端和远程监控模块之间的通信；

证据浏览模块，用于对报警船舶进行证据信息浏览查看；

自检模块，用于对声纳设备自身工作状况的检测，上位处理端与下位采集端的通信状态的检测，水温/水深传感器自身工作状态的检测，水下云台基准面水平度的检测；

所述远程监控模块，用于接收上位处理端发送的船舶吃水数据包，远程对航道船舶进行吃水监测；

所述报警拍照模块，安装在航道检测区下游，用于判断船舶实际吃水深度是否超过警戒线吃水深度，假如超过，进行报警和拍照。

2.根据权利要求1所述的船舶吃水自动测量系统，其特征在于，所述水下探测端的扫描声纳是二维单波束扫描声纳，其波束能在步进电机驱动下覆盖360度的转动范围，且相邻波束回波不会相互干扰。

3.根据权利要求1所述的船舶吃水自动测量系统，其特征在于，水下云台水平安装在航道/桥墩检测区；声纳设备头的标志处，垂直于水下云台基准面。

4.根据权利要求1所述的船舶吃水自动测量系统，其特征在于，水温/水深传感器连接在下位采集端模拟量输入信号端；船舶来到监测端连接在下位采集端开关量输入信号端；下位采集端能够连接单个或者多个水下探测端，声纳设备采用串口485/422/232连接到下位采集端；声纳设备电源开关连接在下位机继电器输出信号端。

5.根据权利要求1所述的船舶吃水自动测量系统，其特征在于，下位采集端与上位处理端采用有线或无线网进行通信；上位处理端采用有线或无线网与远程监控模块进行通信。

6.一种采用权利要求1所述的船舶吃水自动测量系统的船舶吃水自动测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）.输入航道检测基本参数，如声纳布置位置、监测航道数量、警戒线深度、枯水线深度；

（2）.在监测航道检测区上游安装布置船舶来到监测端，监测是否船舶将驶入检测区域，并实时向下位采集端发送监测结果的数字量信息；船舶来到开关量输入采集转换模块，采集船舶来到监测模块发送来的数字量，并转换成Modbus TCP网络数据包；

（3）.上位处理端通过网络连接持续采集下位采集端的船舶来到开关量输入网络数据包，转换成开关量输入数据包，解析后处理，判断是否有船舶驶入检测区；

（4）.判断有船舶驶入检测区后，与下位采集端通信，获取水深/水温模拟量网络数据包，转换成深/水温模拟量数据包，获取实时的水温模拟量X1、水深模拟量X2；实时测量温度t1=(100*(X1-4))/16，实时测量水深t2=(10*(X2-4))/16；

（5）.进行枯水检测，当测量水深t2低于枯水线深度时进行枯水预警，并对水下检测设备进行断电保护；

（6）.根据测量水温t1、测量水深t2和用户输入的参数，动态的计算出声纳设备的扫描基本参数；

（7）.下位采集端的声纳数据采集转换模块，采集声纳串口发来的声纳数据包，转换成声纳网络数据包；同时也接收声纳网络数据包，并转换成声纳数据包发送给声纳设备；

（8）.上位处理端向下位采集端发送“请求连接”声纳网络数据包，下位采集端接收到该声纳网络数据包后，转换成声纳数据包，发送给声纳设备，声纳设备返回“确认连接”声纳数据包，下位采集端把“确认连接”声纳数据包转换成“确认连接”声纳网络数据包返回给上位处理端；

（9）.确认连接之后，上位处理端通过发送声纳配置信息数据包来配置声纳设备扫描基本参数；

（10）.声纳设备开始工作，并同时返回声纳扫描信息数据包给上位处理端，上位处理端解析声纳扫描信息数据包，计算的出声纳头扫描角度θ和长度h1，并判断船舶是否驶入检测区；

（11）.船舶驶入检测区之前，上位处理端对声纳数据进行声纳波束基准方向调整计算，得出调整角度为

（12）.船驶入检测区之后，上位处理端经过计算得出该扫描点实际吃水深度该扫描点距离声纳基准线水平距离在上位处理端显示坐标（h3，h2）；

（13）.船舶驶出检测区之后，上位处理端统计每个角度的扫描点实际吃水深度h2，经过滤波计算数据统计处理之后，得出船舶实际吃水深度h4；

（14）.发送船舶吃水数据信息给远程监控模块；

（15）.判断船舶实际吃水深度是否超过警戒线吃水深度，假如超过，进行报警和拍照；

（16）.所述船舶来到监测端继续监听是否有船舶将要驶入检测区。