专利名称：侧扫声纳测量船舶吨位的方法
技术领域：
本发明涉及一种侧扫声纳测量船舶吨位的方法。
背景技术：
根据《中华人民共和国航道管理条例实施细则》(2009年)和《江苏省船舶过闸费 征收和使用办法》(1997年)，船舶过闸时，应按船舶的实载吨位向航政部门缴纳相应的船舶 过闸费。目前，国内多数船闸对船舶吨位的认定主要是依据航行证件为主，并结合人工测量 为辅的方式进行，即根据船载证书的总吨位、船体的载重线和实际吃水深度估计该船的实 载吨位。该方式存在着以下问题1、水运行业超载过载现象屡禁不止，极易引发船间安全事故并危及航道及航道设 施的安全；2、不法分子腐蚀收买测量人员，与其沆瀣一气，肆意虚报船舶实载吨位，逃避应当 缴纳的费用，造成国家规费的大量流失和贪污腐败猖獗；3、不法船主可采用多装和逃避规费的办法减少成本，使得合法缴费的船户失去市 场竞争优势，扰乱水运市场的正常秩序。中国专利申请200610011508. 7公开的方案是在航道测量段两侧河床壁上设置 分离的声纳探头阵列，利用超声测距原理，通过Kalman滤波算法对各个传感器采集船体反 射回波的距离信息实现信息融合，采用最小二乘拟合曲线计算船体水下部分近似截面积， 最终结合速度传感器测得的船速，将诸多近似截面进行船速方向上的积分获得其实际排水 量吨位的测量方法。然而文献所提出的方法较为理论化，缺乏实用性和可靠性的考虑，主要 存在以下几项问题1、混响严重，声纳探头难以准确获得其与船体之间的准确距离。在航道两侧设置 的众多声纳探头，在没有进行波束控制、波束形成的情况下。以同一声频率无指向性的发射 声波，声波将在船体壁和航道壁之间反射并产生严重的混响，声纳探头难以正常工作；2、系统难以长时间的稳定的工作。水体环境中水流的冲击、盐分的侵蚀、淤泥的沉 降和水生物的活动等因素会使为数众多的声纳探头的可靠性和续航能力受到严重的影响。 声纳探头设置在水下，保养和维护较为困难，当一定数量的声纳探头发生故障将导致测量 的重大误差或系统的瘫痪；3、抗干扰能力差。如果水文环境出现较大变化、水体中出现漂浮物、涡流或鱼群等 障碍物时，声纳传感器采集的距离数据将出现较多野点，测量结果容易出现较大偏差；4、系统架构庞大复杂，响应时间长。每一次的测量需要等待每一个探头传回的数 据才能进行相应的计算，后续算法步骤较多，计算量偏大，系统的响应时间较长。在水介质中声波是传播的最佳能量形式，声纳已作为探测水下目标的最佳设备得 到广泛应用，尤其是20世纪60年代之后，声纳成像技术及以侧扫声纳为代表的声成像设备 的出现，使得测量结果能够以水声图像的形式输出，对水下目标的探测更为有效和直观。其 成像原理是通过拖鱼所载换能器发射超声波，声波在具有不同声阻抗的介质分界面上发生的反射，换能器接收并对反向散射回波时间的自然顺序检测，记录回波信号的能量与回波 角度，计算机软件根据生成声波回波强度及其他测量参数的灰度水声图像。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种实用性和可靠较好的侧扫声纳测量船舶吨 位的方法，适于为船舶吨位测量提供准确可信的信息，进而为船舶过闸收费提供可靠的依 据。为解决上述技术问题，本发明提供了一种侧扫声纳测量船舶吨位的方法，其特点 是包括当光电传感器探测到有船舶经过的信号，启动设置于水下的拖鱼开始工作，对测量 水域进行扫侧，获得船舶水下部分的水声图像；同时测出船舶航行速度和通过时间，依据船速与通过时间的乘积计算出船体的长 度；与拖鱼相连的计算机得出测量区域的水声图像，再对其进行图像处理提取出被测 船舶的声遮挡阴影，并根据投影关系结合测量环境参数获得船体的吃水深度和水线下船体 宽度；根据船体长度、吃水深度、水线下船体宽度、以及船载证书所标的该船舶的方模系数， 计算出该船舶的总吨位；总吨位与船载证书所标的该船舶的净吨位之差即为该船舶的实载 吨位。进一步，所述计算机对水声图像进行图像处理时，计算机对采集到的图像处理包 含列向灰度修正处理，常量迭代去卷积处理，中值滤波处理对水声图像的噪点进行去除，直 方图均衡化处理对阴影进行增强，Log算子锐化提取出所需阴影。进一步，所述根据投影关系结合测量环境参数获得船体的吃水深度和水线下船体 宽度时，以水声图像上标距线为参考，测量环境参数包括拖鱼安放时距离水面深度、测量水 域水体密度。进一步，设被测船舶上一点S在三维地理坐标系V下坐标为(Sx，Sy, Sz)；船舶在声 波的照射下，所述点S在平面P上的像点为S’，在平面P中建立二维坐标系k，原点及坐标 轴均与坐标系V重合；设点S”在所述坐标系k下坐标为(Sx”，S/')，作所述点S在投影面P 中的投影点S' (S' x，s' y)；根据投影关系，点s(sx，sy，sz)的坐标为
权利要求
1.一种侧扫声纳测量船舶吨位的方法，其特征在于包括当光电传感器探测到有船舶经过的信号，启动设置于水下的拖鱼开始工作，对测量水 域进行扫侧，获得船舶水下部分的水声图像；同时测出船舶航行速度和通过时间，依据船速与通过时间的乘积计算出船体的长度；与拖鱼相连的计算机得出测量区域的水声图像，再对其进行图像处理提取出被测船 舶的声遮挡阴影，并根据投影关系结合测量环境参数获得船体的吃水深度和水线下船体宽 度；根据船体长度、吃水深度、水线下船体宽度、以及船载证书所标的该船舶的方模系数，计 算出该船舶的总吨位；总吨位与船载证书所标的该船舶的净吨位之差即为该船舶的实载吨位。
2.根据权利要求1所述的侧扫声纳测量船舶吨位的方法，其特征在于所述计算机对 水声图像进行图像处理时，计算机对采集到的图像处理包含列向灰度修正处理，常量迭代 去卷积处理，中值滤波处理对水声图像的噪点进行去除，直方图均衡化处理对阴影进行增 强，Log算子锐化提取出所需阴影。
3.根据权利要求1或2所述的侧扫声纳测量船舶吨位的方法，其特征在于所述根据 投影关系结合测量环境参数获得船体的吃水深度和水线下船体宽度时，以水声图像上标距 线为参考，测量环境参数包括拖鱼安放时距离水面深度、测量水域水体密度。
4.根据权利要求1或2所述的侧扫声纳测量船舶吨位的方法，其特征在于设被测船 舶上一点S在三维地理坐标系V下坐标为(Sx，Sy, Sz)；船舶在声波的照射下，所述点S在 平面P上的像点为S’，在平面P中建立二维坐标系k，原点及坐标轴均与坐标系V重合；设 点S”在所述坐标系k下坐标为(Sx”，Sy”)，作所述点S在投影面P中的投影点S' (S' x， S' y)；根据投影关系，点S (Sx, Sy, Sz)的坐标为
全文摘要
本发明涉及一种侧扫声纳测量船舶吨位的方法，其包括当光电传感器探测到有船舶经过的信号，启动设置于水下的拖鱼开始工作，对测量水域进行扫侧，获得船舶水下部分的水声图像；同时测出船舶航行速度和通过时间，依据船速与通过时间的乘积计算出船体的长度；与拖鱼相连的计算机得出测量区域的水声图像，再对其进行图像处理提取出被测船舶的声遮挡阴影，并根据投影关系结合测量环境参数获得船体的吃水深度和水线下船体宽度；根据船体长度、吃水深度、水线下船体宽度、以及船载证书所标的该船舶的方模系数，计算出该船舶的总吨位；总吨位与船载证书所标的该船舶的净吨位之差即为该船舶的实载吨位。
文档编号G01S15/89GK102107723SQ201110081188
公开日2011年6月29日 申请日期2011年3月31日 优先权日2011年3月31日
发明者庄燕滨, 朱宇光, 范新南, 邬佳伟 申请人:常州工学院