【摘 要】
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船舶吃水值是表征船舶载重量的指标。目前,长江航运经济的飞速发展使船舶吨位不断提高,“超吃水”事故也越发普遍。船舶“超吃水”不仅易导致搁浅并损坏航道,更会危及船员安全。因此,研究智能化吃水测量系统对于保障通航安全具有重要意义。目前常用的船舶吃水测量方法如图像识别、电子水尺、压力传感、激光扫描、仰扫等,对于“双浮平台”的适用性均不如侧扫吃水测量方法。但目前传统的侧扫吃水测量系统依托固定建筑物作为检测平
【基金项目】
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课题组与向家坝水力发电厂合作工程项目“2019年度向家坝升船机过机船舶吃水检测及航速检测系统建设”,2019.3-2019.12,负责人:熊木地; 课题组与交通运输部水运科学研究所、三峡通航管理局合作工程项目“三峡通航船舶吃水检测设施工程”,负责人:熊木地;
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船舶吃水值是表征船舶载重量的指标。目前,长江航运经济的飞速发展使船舶吨位不断提高,“超吃水”事故也越发普遍。船舶“超吃水”不仅易导致搁浅并损坏航道,更会危及船员安全。因此,研究智能化吃水测量系统对于保障通航安全具有重要意义。目前常用的船舶吃水测量方法如图像识别、电子水尺、压力传感、激光扫描、仰扫等,对于“双浮平台”的适用性均不如侧扫吃水测量方法。但目前传统的侧扫吃水测量系统依托固定建筑物作为检测平台,无法应对“双浮平台”浮动带来的系统姿态误差问题,且在昼夜温差大的夏季,系统受“水中变温区”的温度梯度变化影响较大。为解决上述问题,提升侧扫吃水测量系统在“双浮平台”中的测量精度,本文首先通过实地勘察,搭建了超声波收发与声同步模块、水温、水位与姿态测量模块、吃水数据处理模块、船舶二维显示模块等,构成了一套完善的侧扫吃水测量系统。然后,通过理论分析、仿真、实验测试、实船测量的方式验证了所设计的吃水数据处理方法的可行性和有效性。本文主要研究内容如下:(1)完成了吃水数据的预处理。分别采用CRC算法完成了吃水初始值校验,采用插补算法完成了船舶遮挡阈值设定,采用动态中值滤波算法排除了随机噪声干扰。(2)设计了“双浮平台”姿态补偿算法。分别完成了姿态倾斜及姿态错位的数学建模,给出了相应的姿态补偿系数,减小了“双浮平台”带来的系统姿态误差。(3)为减小船舶“尾流噪声”对系统测量的影响,设计了基于分组冒泡排序和LMS自适应滤波相结合的方法,完成了船舶“尾流噪声”的识别和滤除。结果表明,LMS滤波后的尾流曲线相对于标准船尾轮廓的逼近度达88.20%,优于传统的中值、均值滤波法。(4)最后,提出了基于超声波声线轨迹修正的变温区吃水值补偿算法,给出了变温补偿表达式,减小了“水中变温区”的水温梯度变化对吃水测量的影响。本文通过大连海事大学校内25m恒温水池、50m变温水池的模拟船舶吃水实验分别验证了姿态补偿、变温补偿算法的有效性。并进一步于向家坝下游32m航道验证了系统数据处理方法的精确性与可靠性。实船测量结果表明:系统与人工测量的参考吃水值的最大偏差为8cm,平均偏差为5cm,满足项目预期的工程指标。目前系统的实验室测量精度已通过中国国家计量院计量认证,并于四川宜宾向家坝水电厂正式竣工和投运。
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