用于控制在船舶上滚装大型货物的系统和方法

专利名称：用于控制在船舶上滚装大型货物的系统和方法
技术领域：
本发明涉及一种对货物进行交通运输的控制，更具体而言，涉及在船舶上滚装大
型货物的系统和方法。
背景技术：
滚装是将货物装在陆路运载工具上直接开上或开下船的作业方法。由于滚装这种作业方式具有适应码头和水文条件能力较强而且适用于大件货物的优点，随着化工、电力和能源等工业的不断发展，单机容量和生产规模的不断加大，需要运输的核心设备的重量和尺寸越来越大，重量从几百吨到上千吨，长度从几十米到近百米，因此滚装在大型货物运输方面的应用越来越广泛。而大型货物一般指40吨以下载重卡车不能承载的货物，其重量一般大于40吨，甚至达到数千吨。由此在船上移动大型货物和/或将其滚装上下船，船的首、尾吃水等姿态会发生很大的变化，而滚装能够实施的前提是必须保证船甲板与码头始终保持平齐，并不随货物荷载位置和大小的变化而变化，这对大件货物滚装技术的实施来讲只能依靠精通船舶技术的人员进行策划和验算，计算繁杂、工程量大、专业性强，并且还欠缺能够解决在各种水文与码头条件下进行滚装作业的系统化的技术和工艺，使之在物流应用方面受到限制。 在现有的滚装作业领域，存在以下几种方法 已有的方法之一是利用压舱水进行调解，即在滚装过程中采用压舱水来调节船舶纵向、横向的吃水，以保持滚装过程中船舶所受的力和力矩不变，从而保持船的姿态不变，始终与码头平齐和船舶纵向、横向平衡的一种滚装方式。但这需要较大尺度的船舶和船上配备有可调节压舱水的系统，同时也需要码头和航道有较大的水深以满足自备有压舱水调节系统的大船能够驶入。这就使得在航道水深较浅的内河和部分沿海难以进行这种方式的滚装，即使可以滚装，受船型的限制也使滚装成本加大。 已有的方法之二是搁浅滚装，即船舶内无压舱水，在滚装过程中也不进行任何压舱水调节，仅采用前部搁浅的一种滚装方式。这种滚装方式的优点是可以采用较小的滚装船只，不用调节舱水，操作简单。但是这种滚装方式对货物的重量有所限制，并且只能解决驳船前部下沉过大的问题，不能解决滚装开始时尾部上翘和临近结束时前部上翘的问题，因此，要通过复杂计算来确定这种首、尾上翘的量，并分析其对于滚装过程中不同荷载方式(如绞拖滚杠荷载、车辆荷载)的适应性，这就需要船舶底部有较高的强度并允许搁浅，同时在滚装下船过程中由于荷载的减少不能引起船舶的上浮为前提，因此适用于滚装货物重量不大的情况下。 由于上述滚装方法的缺陷，使得滚装的适用范围受到一定的限制。例如在进行特定方式的滚装时发现该种滚装方式不能实现对所述大型货物的滚装，那么只能中断该次滚装过程，采取另外的滚装方式、或者替换该滚装船舶或疏通航道或者对码头进行改造。然而这样造成了滚装时间的延长、滚装成本的增加。 因此，现有技术领域迫切需要一种能够不需要熟练技术人员和冗长复杂计算就可以在实际进行滚装操作之前确定针对该次滚装过程的船舶参数、活动载荷参数、作业参数和水文参数的适用的滚装的方式以及与该滚装关联的信息的系统和方法，从而对滚装作业进行精确控制，以较低成本并受外界制约较少地实现在船舶上对货物进行滚装。

发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种用于控制在船舶上滚装大型货物的系统，包括存储装置，用于存储滚装参数，其中所述滚装参数包括船舶参数、活动载荷参数、作业参数和水文参数中的至少一个；确定装置，用于基于所存储的所述参数为所述大型货物确定适用的滚装方式以及与该适用的滚装方式关联的信息；以及输出装置，用于输出所述确定装置的确定结果。 根据本发明的另一方面，提供了一种用于控制在船舶上滚装大型货物的方法，包括步骤存储滚装参数，其中所述滚装参数包括船舶参数、活动载荷参数、作业参数和水文参数中的至少一个；基于所存储的所述参数为所述大型货物确定适用的滚装方式以及与所述适用的滚装方式关联的信息；以及输出所确定的适用的滚装方式以及与该滚装方式关联的信息。


结合附图，从下面对本发明的实施例的详细描述中本发明的目的、特点和优点将显而易见，其中 图1示出了根据本发明的实施例的用于控制在船舶上滚装大型货物的系统的框图； 图2示出了图1的系统中的确定装置的操作示意图； 图3A示出了根据本发明实施例的系统的在完全浮态滚装方式下输入参数的界面视图； 图3B示出了根据本发明实施例的系统的在压舱水调节滚装方式下输入参数的界面视图； 图3C示出了根据本发明实施例的系统的在搁浅滚装方式下输入参数的界面视图； 图3D示出了根据本发明实施例的系统的在搁浅加压舱水调节滚装方式下输入参数的界面视图； 图4为完全浮态时驳船的受力示意图； 图5示出了根据本发明的实施例获得驳船前、后吃水的流程图； 图6示出了根据本发明实施例的完全浮态下驳船各部尺寸和水线位置； 图7示出了根据本发明实施例的在完全浮态滚装方式下仿真的过程参数的示意
图； 图8示出了根据本发明的实施例在完全浮态下潮汐与驳船吃水曲线； 图9示出了根据本发明实施例的一个与适用的滚装方式关联的信息的示意图； 图10示出了根据本发明实施例的压舱水调节加搁浅滚装的受力示意图； 图11示出了根据本发明实施例的压舱水调节加搁浅滚装的位置示意6
图12A、12B、12C示出了根据本发明实施例的压舱水调节加搁浅滚装的仿真的过程参数的示意图； 图13示出了根据本发明的实施例的搁浅滚装的仿真的过程参数的示意图；以及
图14示出了根据本发明实施例的用于控制在船舶上滚装大型货物的方法的流程图。
具体实施例方式
下面，结合附图对本发明的实施例进行详细描述。 在本发明的一个实施例中，如图1所示，本发明的用于控制在船舶上滚装大型货物的系统IO，包括存储装置11，用于存储滚装参数，其中所述滚装参数包括船舶参数、活动载荷参数、作业参数和水文参数中的至少一个；确定装置12，用于基于所存储的所述参数为所述大型货物确定适用的滚装方式以及与该适用的滚装方式关联的信息；以及输出装置13，用于输出所述确定装置的确定结果。 根据本发明的实施例，确定装置12可以包括仿真装置121，用于对所述参数进行仿真，以获得对选择的滚装方式的模拟的滚装过程参数；判定装置122，用于判定所述仿真装置的所述过程参数是否符合选择的滚装方式的可行性条件；以及控制装置123，用于根据所述判定结果来控制所述仿真装置和判定装置的执行以便从多个滚装方式中选择适用的滚装方式，并确定与所述适用的滚装方式关联的信息。 在本发明的实施例中，备选的滚装方式除了可以包含现有的压舱水调节滚装和搁浅滚装外，还可以包含本发明实施例中的完全浮态滚装以及搁浅加压舱水调节滚装。
所谓完全浮态滚装，就是在滚装过程中船舶内始终无压舱水或提前打入一部分压舱水，但在滚装过程中不再调节压舱水的滚装方法。由于不调节舱水，在滚装过程中船舶首尾的高度和姿态都在变化，但借助于潮汐和滚装进程之间的配合，则可以保持驳船甲板与码头的始终平齐，完成滚装。该种滚装方式适于在沿海潮汐合适的条件下进行作业，并且操作简单。 所谓搁浅加压舱水调节滚装，就是在滚装过程中将船舶前部搁浅，并配合压舱水调节，使船舶姿态保持不变的一种滚装方式。当船型较小时，不搁浅就会造成船舶前部下沉过大而无法滚装的问题，不注舱水又会造成滚装开始时尾部上翘和临近结束时前部上翘而无法滚装的问题，因此，常常需要既前部搁浅又要适时地调节压舱水。 在本发明的实施例中，在进行确定适用的滚装方式和与滚装关联的信息时使用的
滚装可选项，可以从上述这些滚装方式中进行选择，但是不限于其中的一种、两种或更多。 在本发明的实施例中，用于控制在船舶上滚装大型货物的系统10在进行操作时
首先进行初始化，可以从滚装可选项中选择一种为预定的滚装方式。在本发明的实施例中，
如果滚装可选项包括完全浮态滚装，则考虑到完全浮态滚装的操作简单，对船舶参数的要
求较少，可以将其选择为预定的滚装方式，当然，滚装可选项中的各种滚装方式均可以作为
预定的滚装方式。 在本发明的一个实施例中，控制装置123进一步被配置来如果从判定装置122输出的判定结果不符合所述选择的滚装方式的可行性条件，则控制装置123从滚装可选项中选择另外的滚装方式，以控制仿真装置121对所存储的滚装参数进行该滚装方式下的仿真
7以及判定装置122对从仿真装置121所获得的对应于该滚装方式的滚装过程参数进行是 否符合该滚装方式的可行性条件的判定；如果该判定结果符合该滚装方式的可行性条件， 则控制装置122选择该滚装方式为适用的滚装方式，从而确定与该滚装方式关联的过程参 数；以及如果该判定结果不符合该滚装方式的可行性条件，则控制装置123重复进行选择 滚装方式直至选择出适用的滚装方式或者遍历完可选的滚装方式，以控制仿真装置121和 判定装置122在该所选择的滚装方式下进行仿真和判定，从而确定适用的滚装方式以及与 所述适用的滚装方式关联的信息。 图2为图1的系统中的确定装置12的操作示意图。如图2所示，在本发明的实施 例中，如果确定装置12中的仿真装置121对存储的滚装参数进行了仿真(S210)，并获得该 滚装方式下的模拟的滚装过程参数。于是，确定装置中的判定装置122来判定仿真装置121 输出的过程参数是否符合该滚装方式的可行性条件(S220)，如果符合，则该选择的滚装方 式为适用的滚装方式(S220 "是"分支)，则控制装置123将不再控制仿真装置121和判定 装置122进行下次操作并退出滚装仿真过程(S250)，这样也可以确定与所述适用的滚装方 式关联的过程参数。 如果判定装置122判定该仿真装置121输出的参数不符合预定的滚装方式的可 行性条件(S220 "否"分支)，于是控制装置123首先判定是否仿真完所有的滚装可选项 (S230)，如果为否，则控制装置123从包括多个滚装方式的可选项中选择另外的滚装方式 (S240)，例如压舱水调节滚装，来控制仿真装置121对该输入参数进行该滚装方式下的仿 真以及判定装置122再次进行是否符合该滚装方式的可行性条件的判定。
如果在步骤S230判定为仿真完了所有的可选项，则控制装置生成结果数据并退 出该次滚装仿真过程(S250)。 当经过判定，仿真出的过程参数满足该选择的滚装方式的可行性条件，则确定该 选择的滚装方式为适用的滚装方式，同时也就确定了与该滚装方式关联的过程参数，并退 出该次滚装仿真过程(S250)。 为了清楚的描述本发明的实施例，以下以驳船和滚装下船为例，来详述根据本发 明实施例的系统10的各个组件以及功能。应该理解，这仅仅是非限制性的示例，本发明的 实施例不限于驳船和滚装下船。 在本发明的实施例中，针对选择的不同滚装方式，所需要的滚装参数不同。图3A、 3B、3C和3D(称之为图3)示出了根据本发明实施例的系统的输入参数的界面视图。而输入 参数一般可分为驳船参数、载荷参数、作业参数以及水文参数。 该驳船参数包括驳船外型参数(船长、船宽、型高、船载重、首斜高、首斜长、尾斜 高、尾斜长)，当涉及压舱水调节时驳船参数还可以包括压水舱参数(例如船舱数，和/或 各舱的尺寸，和/或各舱舱容参数)和压舱水泵流量参数，以及空船重量以及浮心(或空船 首、尾吃水)。当然，船舶参数可以手工输入，也可以通过独立文件加载或者两者组合的方式 来确定。 而载荷参数分为活载参数和不动载参数，活载指滚装过程中移动的载荷，而不动 载指滚装过程中相对船体静止的随船运输的货物载荷。本发明的实施例涉及的活载参数涉 及活载重量及分布情况，对于平板挂车荷载、绞拖荷载、任意荷载和合力荷载等荷载类型，
使用不同的参数来描述，例如平板挂车荷载一般以轴数、轴距、轴重来描述，对于其他类型的参数根据其特征来选取，其具有各种方式，在此不再赘述。而不动载参数，一般涉及总重 或者位置。 作业参数涉及驳船的靠泊方式、滚装时驳船的吃水、驳船的搁浅位置和搁浅面积等。 水文参数涉及潮汐参数、码头标高参数以及水比重等。 在本发明的实施例中，系统10接收输入的上述参数，存储装置11对其进行存储。 该存储装置可为任意类型适合的数据存储设备，包括基于半导体和基于磁盘或磁带的数据 存储设备。 而确定装置12对从包括完全浮态滚装、压舱水调节滚装、搁浅滚装以及搁浅加压 舱水调节滚装中至少之一的可选项中进行选择，对所存储的滚装参数进行仿真并进行判 定，以选择出适用的滚装方式以及与该滚装方式关联的信息。 针对不同的滚装方式，进行的仿真不同，其依据的滚装可行性条件也不相同。具体 详述如下 图4为完全浮态时驳船的受力示意图。假定所有力均沿驳船纵向中线作用，当选 择的滚装方式为完全浮态滚装时，参见图4建立如下的滚装受力平衡方程组 其中，Fb为驳船空船重力，Ff为驳船在全浮状态下的浮力，Fh为在驳船上滚装的
车辆和货物荷载(由于此荷载在滚装过程中是移动的，相对于不移动的其他荷载而言，简
称活荷)，Fg为在驳船上的固定荷载。当驳船注入一部分压舱水时，为了计算方便，也可以
把压舱水看作驳船的一部分；Mb、Mf、Mh、Mg分别为各力到船边的力矩。
在该式中 Mg = Fg Xg Mh = Fh Xh Mb = Fb Xb Mf = Ff Xf其中Xb、Xf、Xh、Xg为各力到船边的距离。 而空船状态下驳船前部和后部的吃水表示为hl、h2，如果提前注入一部分压舱水， 并把压舱水看作驳船空重的一部分，则hl、 h2包含了这部分压舱水产生的驳船吃水。滚装 时Xh活载位置下驳船前部和后部的吃水表示为el、 e2。 在式1. 1的参数中，可以确定的已知荷载为Fb、Fh、Fg，未知荷载为浮力Ff。
由于浮力Ff与浮心和驳船前、后吃水el、e2是函数关系，即Ff = f (el，e2)，利用 其函数关系直接将f(el， e2)代入公式1. 1，则可以求出驳船前、后部的吃水量el、 e2。驳 船前、后部的吃水量el和e2是无舱水滚装的重要参数。通过其可以确定滚装每一时刻驳 船的干弦高度，进而确定所需要的潮高；也可以确定驳船纵向倾角，进而确定驳船的受力状 态。 由于复杂的函数关系，难以直接通过解方程求得el和e2。在本发明的实施例中，
利用计算机程序通过渐进计算法来计算上述参数。
根据公式l.l得浮力为 Ff = Fg+Fh+Fb ......(1. 2) 浮心位置为<formula>formula see original document page 0</formula> 以上浮力和浮心将作为本发明实施例中的实际浮力和实际浮心。 图5示出了根据本发明的实施例获得驳船前、后吃水的流程图。本实施例的构思
是改变平均吃水使浮力变化，改变吃水差使浮心变化。如图5所示，在步骤S510假定在此
浮力和浮心位置下的驳船前部和后部吃水为el和e2，则以近似驳船的矩形的平均吃水来
预设<formula>formula see original document page 0</formula>(1.4) 并以此作为计算的初始值。 其中L为驳船长度，W为驳船宽度，p为水比重。 通过为el和e2同时增加一个相反正负号增量t(例如图5中的bt，即当el二el+t 时，e2 = e2-t)，来进行el、 e2吃水情况下浮心位置的计算。在步骤S520取t值lcm通过 下述的方法来计算浮心(el， e2下的浮心)，于是在步骤S530比较计算的浮心是接近还是 远离实际浮心。如果远离，同时调整正负号使之接近(步骤S552、S554和S556)。在此，可 以通过设置阈值来衡量是接近还是远离，如果之间的差值在趋近(和上一次循环中计算出 的差值比较后得出)阈值，即本次循环得出的差值小于上次循环得出的差值，则是接近实 际浮心。反之，则为远离的情况。 如果已经接近实际浮心，则在步骤S540，通过为el和e2同时增加一个相同正负号 增量z(例如图5中的at，即当el = el+z时，e2 = e2+z)，并取z值为lcm来通过下述的方 法来计算浮力(el，e2下的浮力)。并在步骤S550来比较计算的浮力是接近还是远离实际 浮力，在这里，同样可以设置阈值。如果远离，同时调整正负号使之接近(步骤S551、S553 和S555)。 反复进行，直到浮心和浮力都相当接近，这时在步骤S560即可获得所需的el和 e2。 而浮力、浮心计算原理如下 浮力和浮心位置通常取决于驳船的形状和吃水深度。下面以图6示出的方形甲板
驳船和水线为例来计算该驳船的浮力和浮心，而本领域技术人员可知，计算驳船的浮力和
浮心的方法并不限于本实施例。如图6所示，驳船滚装时前部吃水为el，后部吃水为e2，考
虑到滚装时更为合适的姿态，el和e2常常不等。 将水下的船体分为如图6所示的A、 B、 C三个区域 B区域的截面形状是矩形(el = e2时)或梯形(el # e2时) A区域的截面形状是三角形(el < hi时)或梯形(el > hi时) C区域的截面形状是三角形(e2 < h2时)或梯形(e2 > h2时) 计算三角形、梯形的面积和面积矩，进而可求出总吃水面积为 S = SA+SB+SC 其中，SA， SB， SC分别为A区、B区、C区的纵截面面积。
从而浮心位置为
Xf = (MA+MB+MC) /S
其中，MA， MB， MC分别为A区、B区、C区的纵截面面积矩。
而浮力则为
Ff = SW P 式中W为驳船型宽，P为水比重(淡水P = 1T/m3，海水P = 1. 023T/m3)
在仿真装置121进行滚装全程模拟时，为简单起见，活载类型以平板挂车载荷为 例进行说明，应该理解，活载类型并不限于平板挂车载荷。在本发明的实施例中，从活载航 行位置到活载全部滚装下船，可以按一定行驶间隔(比如一个轴距)来设置计算节点，计 算每一节点的驳船前、后部吃水el、 e2。 图7示出了根据本发明实施例的完全浮态滚装的仿真的过程参数的示意图。
根据所获得的驳船前、后吃水可求出各节点的驳船前部干舷高度Kl为
Kl = H-el，其中H为驳船的型高
而驳船的纵向倾斜角i为 /、^^x100。/。 在本发明的实施例中，当以下船为例进行空舱水全浮态滚装时，可以利用落潮过 程进行滚装。图8示出了滚装日潮汐的水位线，由于是滚装下船，滚装可利用的曲线段为M 点到P点。图中U为最低潮高，X为最高潮高。滚装码头高(距潮高基准面)为最上部的 如图8所示，滚装可分为两个阶段 —是AB段，活载由航行位置到达船边，驳船前部的吃水在增加，前部干舷高度在 减少， 一般到达船边时达到极限。 二是BC段，活载由开始下船到全部下完。活载形式不同，这段曲线形状不同。当 活载长度相对驳船较短(约50%以下)且分布较均匀时，由B到C驳船的吃水在减少，干 舷高度在增加，干舷高度成单调增函数，这是常见的情况。当活载长度较长或分布较不均匀 时，也可能出现吃水先小许增加再减少的情况。驳船的最小干舷高度(最大吃水)用W表 示，最大干舷高度(最小吃水)用V表示。 由于AB段活载全部在驳船上，无驳船与码头的高度配合要求，因此可不予考虑， 而重点考虑BC段。参照图8，要保证滚装时驳船能够与码头始终平齐，只有
W < X和V > U (在时间-潮高坐标系中)
因此无舱水全浮态滚装可行性条件是 a驳船的最小干舷高度大于高潮时码头距水面高，空船干舷高度小于低潮时码头 距水面高。但对于滚装过程中驳船吃水先增加后减少的情况，驳船吃水增加量还必须小于 车辆自调范围。 b驳船的纵向倾斜角要满足车辆调节能力和系缆安全的要求，即纵向倾角坡度在
仿真运行期间小于或等于滚装陆运工具的最大允许折角。 而有舱水全浮态滚装的原理与此相同，在此不再赘述。 此外，可以确定合理的滚装时间，由于潮水曲线在中间段时曲率最大，因此在此实 施滚装所需的时间最短(1 3小时之间)，有利于安全。因此，有利的滚装开始潮位是 Hw =-+ —
其中，Hw为滚装开始的潮高；Hx为高潮潮高；HU为低潮潮高；T为驳船前部最大吃 水减最小吃水后的差值。 当仿真装置121输出所获得滚装过程参数时，判定装置122根据完全浮态下的可 行性条件进行判定，如果符合该可行性条件，则完全浮态滚装方式为适用的滚装方式。
图9示出了根据本发明实施例的一个与适用的滚装方式关联的信息的示意图。所 图9所示，在仿真过程中获得的船舶首尾吃水量表和/或作业时间表则是与该适用的滚装 方式关联的信息。 在压舱水调节加搁浅滚装成为选择的滚装方式时，根据本发明的一个实施例，确 定装置12中的仿真装置121对压舱水调节滚装或搁浅滚装方式下所存储的滚装参数进行 仿真，并进行判定。具体原理如下 图10示出了根据本发明实施例的压舱水调节加搁浅滚装的受力示意图。如图所 示，假定所有力均沿驳船中作用，驳船左右对称，压舱水分布左右对称，建立如下的滚装受 力平衡方程组 其中，Fb为驳船空船重力，Ff为驳船在全浮状态下的浮力，Fh为在驳船上滚装的 车辆和货物荷载，Fg为在驳船上的固定荷载，Fd为搁浅部位支垫力(当驳船采用全浮态滚 装时，支垫力为零)，Fdj为驳船前下部支垫时驳船浮力的减少值，Fyl为靠海一侧的压舱水 合力，Fy2为靠岸一侧的压舱水合力；Mb、 Mf、 Mh、 Mg、 Md、 Mdj、 Myl、 My2为各力到船边的力矩。
在该式中Mg = Fg Xg Mh = Fh Xh
Mb = Fb Xb Myl = Fyl Xyl
My2 = Fy2 Xy2 Mdj = Fdj Xdj
Mf = Ff Xf Md = Fd Xd 其中，各X值为各力到船边的距离。 驳船前下部支垫时驳船浮力的减少值(也叫减浮力)用Fdj表示。当支垫力为零 时Fdj为零。 图11示出了根据本发明实施例的压舱水调节加搁浅滚装的位置示意图。假定支 垫位置如图11所示，Xz为支垫开始位置，Lz为支垫长度。将支垫区域按驳船底部形状可分 为A区和B区，支垫浮力减少的值与该两区的浮力相等，方向相反。采用求解A、 B区面积， 总面积、面积形心，进而求出减浮力Fdj及其位置Xdj。 为了保证在固定吃水状态下滚装，在某一个瞬间可能要采取下述中的一种方式
a.驳船前部支垫，后部打入压舱水。
b.驳船前部和后部均打入压舱水。 计算将采用以下步骤先按第一种方式计算，如果Fd > O，驳船确实需要支垫，计 算结果有效，如果Fd《0，则不需要支垫，第一种计算无效，转入按第二种方式计算。
当使用前部支垫、后部压舱水时受力平衡方程组为
f Fg + F/j + F" &1 + F少2 + ,. = F, +尸d lMg +級+ M" Myl +単+竭'=碌+編
(2.1)
12<formula>formula see original document page 13</formula>
l雄+ m7 + Mj +聊l +綺2 + M^/' = + Mt/ (22)
如果驳船前下部发生支垫时，驳船前部的压舱水则没有必要，取Fy2 令
<formula>formula see original document page 13</formula>
得支垫力和舱水力为
0135] Fyl = Fd-F ......(2. 3)
0136] 式中
0137] Xd为支垫力合力位置。取支垫中心，则Xd = Xz+Lz/2。
0138] Xyl为后端压舱水合力位置。由于压水舱可能是多个，在初时难以确定，也就难以 确定合力位置。这是需要进行反复计算的问题，即先将水全部压在第一舱计算(合力取第 一个舱的形心)，计算出支垫力和后部压舱水量，如果后舱水量小于第一个舱容量，则合力 位置准确，如果大于第一个舱容量，将第一舱装满并按固定荷载处理第一舱，剩余的水全部 压在第二舱计算，以此类推，直到剩余的舱水全部装下。 上述为滚装过程中某一个活载位置的计算。通过确定不同的活载位置，可以进行 滚装全过程若干位置的计算，通过对全程计算结果的分析，可以判断滚装方案的可行性。
由此，可得到压舱水调节加搁浅滚装的可行性条件是 支垫引起的单位荷载力小于船底单位支撑力、压舱水量不出现负值以及船首、尾 最大压舱水量分别小于首、尾压舱水满舱量。 如上所述，控制装置122对仿真装置121输出的过程参数进行判定，以判定其是否 符合该滚装方式下的可行性条件。 如果符合，则该过程参数是与适用的滚装方式关联的信息。图12A、12B、12C示出 了根据本发明实施例的压舱水调节加搁浅滚装的仿真的过程参数的示意图。在本发明的实 施例中，与压舱水调节加搁浅滚装关联的信息包括各压水舱舱水量、作业时间、支垫力和船 舶纵向倾斜坡度。 在搁浅滚装成为选择的滚装方式时，根据本发明的一个实施例，确定装置12中的 仿真装置121对搁浅滚装方式下所存储的滚装参数进行仿真，并进行判定。其也根据驳船 受力平衡条件建立如下的滚装受力平衡方程组{峰+她+她 +似￡/ (3 1) 其中，Fb为驳船空船重力，Ff为驳船在全浮状态下的浮力，Fh为滚装活荷，Fg为
在驳船上的固定荷载，Fd为搁浅支垫力，Md、Mb、Mf、Mh、Mg为各力到船边的力矩。
式中 Mg = Fg Xg Mh = Fh Xh
Mb = Fb Xb Mf = Ff Xf
Md = Fd Xd 其中，Xb、Xf、Xh、Xg、Xd为各力到船边的距离。 在该实施例中，hl、 h2为空船状态下驳船前部和后部的吃水；而el为滚装时驳船
的前部吃水，由于搁浅，el是在在设计阶段即可确定的参数，与前述类似，e2为滚装时驳船
的后部吃水，在滚装过程中随着活载的变化而变化。 求解方程组3. l，令 M = Mh+Mg+Mb F = Fh+Fg+Fb 可得 M-F Xd = Ff (XHd) ......(3. 2) 在以上参数中，Xd已知，M、F可以根据已知参数Fg、Fb、Fh和Xg、Xb、Xh直接求出， Ff 、 Xf仅与未知变量e2有关，则可利用上式求解出e2。 在求解出e2同样采用了利用计算机的逼近求解法，通过按规律投入不同的e2值， 来判定公式3. 2两边的差值，当差值非常小时的e2即为所解的值。
再利用式3. 1中第一个公式求解出Fd :
Fd = Fg+Fh+Fb-Ff 在本发明的实施例中，从活载航行位置到活载全部滚装下船，可以按一定行驶间 隔(比如一个或几个轴距)设置计算节点，计算每一节点的驳船支垫力和后部吃水，其过 程参数可如图13A、13B和13C所示。 在该滚装方式下，驳船前部(靠岸一侧)吃水量，应始终等于驳船滚装时设计的搁 浅吃水量，以确保驳船甲板始终与码头的平齐。如果驳船前部吃水量小于搁浅吃水量，说明 驳船将会上浮，造成驳船甲板高于码头，如果该高度差大于陆运工具和跳板的高差适应范 围，则将难以实现滚装。该适应范围根据滚装荷载的类型，可如下考虑如果是车辆荷载，采 用柔性跳板，车辆轮胎和悬挂可调节的范围约在200毫米，如果是滚杠荷载，采用钢梁作滚 装跳板，钢梁长度6000，也可适应高差200毫米，因此当驳船前部不能完全搁浅，但上浮量 小于200时，则认为是基本搁浅的，该滚装方式仍然具有可行性，如果大于200，则搁浅滚装 不可行，需要重新进行滚装方式的选择，或者改用能调节舱水的驳船，以便配合压舱水调节 防止前部向上抬起。 而驳船尾部(靠海一侧)的吃水量，最大应能够确保驳船的安全干舷高度，最小应 保证驳船底部不能漏出水面。 同时，驳船在滚装过程中任意位置的倾斜角应小于滚装陆运工具的最大允许折 角，优选的，还要防止驳船滚装过程中产生附加的较大向外水平推力。
在该实施例中，可得到搁浅滚装的可行性条件是 滚装全程搁浅、靠海一侧船吃水不为零以及所述船舶的纵向倾角坡度在仿真运行 期间小于或等于滚装陆运工具的最大允许折角。 在本发明的实施例中，判定装置122将对仿真装置所输出的过程参数进行判定，确定其是否符合该滚装方式下的可行性条件。 如果符合，则该过程参数将是与该适用的滚装方式关联的信息。如图13所示，该
信息可以包括滚装全程中的驳船首尾吃水量、搁浅力、驳船纵向倾斜角坡度。 在本发明的实施例中，当对所选择的压舱水调节滚装方式进行仿真处理时，如上
所述，对驳船根据其受力状态建立受力平衡方程组Fg + F" F" f>l + ， +/=>3 = F/'
A/g + Mz + MS +綺l + M少2 + My3 = Af/ (41) 其中，Fb为驳船空船重量，Ff为驳船的浮力，Fh为在驳船上滚装的车辆和货物荷 载(简称活荷)，Fg为在驳船上的固定荷载，Fyl为靠海一侧的压舱水合力，Fy2为靠岸一 侧的压舱水合力，Fy3为调节横向平衡的压舱水合力；Mb、 Mf 、 Mh、 Mg、 Myl、 My2、 My3为各力 到船边的力矩。
在式中， Mg = Fg Xg Mh = Fh Xh
Mb = Fb Xb Myl = Fyl Xyl
My2 = Fy2 Xy2 My3 = Fy3 Xy3
Mf = Ff Xf 其中，Xb、 Xf 、 Xh、 Xg、 Xyl、 Xy2、 Xy3为各力到船边X-X轴的距离。
根据公式4. 1得横向调节压舱水量为F_y3 = ^~~^--...... (4.2) 式中，横向调节舱合力位置Yy3可先选取船纵向中间的最外舱进行计算，求得Fy3 后，再判断该舱能否容纳，如容纳不下，可将该舱按满舱容变为固定荷载处理，将相临的舱 再作为调节舱计算，直到能够容纳下。如果计算的结果为正值，则左舷压水舱打水，如果为 负值，则右舷压水舱打水。 于是，利用公式4. 1和公式4. 2可推导求纵向舱水量Fyl和Fy2的公式。
令F = Ff-Fg-Fh-Fb-Fy3 M = Ff Xf-Fg Xg-Fh Xh-Fb Xb-Fy3 Xy3贝U : 。，M — F 々2 Fy2 = F-Fyl 由于前、后端压舱水舱可能是多个，Xyl和Xy2在初时难以确定，与上述类似，同样 是需要进行反复计算。 由于横向调节顺序和纵向调节顺序不相冲突，因此，将纵向、横向计算出的两个各 舱水量重叠即可，即为某一滚装活载位置压舱水计划。但重叠的结果可能存在某个舱既被 选做横向平衡舱水舱，也被选做纵向平衡舱水舱，致使该舱舱水超量，这将出现不符合该滚 装方式的情况。 上述为滚装过程中某一个活载位置的计算。通过确定不同的活载位置，可以进行 滚装全过程若干位置的计算，通过对全程计算结果的分析，可以判断滚装方案的可行性。
由此，可得到压舱水调节的可行性条件是在仿真过程中压舱水量小于或等于其 舱容，以及舱水调节系统能够满足潮汐的变化。 根据本发明的实施例，判定装置122对仿真装置121输出的参数进行判定，以确定 该滚装方式是否是适用的滚装方式。 如果是，则该过程参数将是与适用的滚装方式关联的信息。 在本发明的实施例中，如果所有的滚装方式都不是适用的滚装方式，则确定装置 12将生成结果数据，并退出该仿真过程。 该结果数据包括在滚装可选项下各个滚装方式中进行仿真的过程参数以及报告 信息。例如，当在压舱水调节或压舱水调节加搁浅滚装方式下，如果过程参数表现出驳船搁 浅单位荷载力超过驳船底部强度，则报告信息建议加大驳船滚装吃水深度或扩大驳船底部 衬垫面积或选用更大的驳船，从而为下次针对新的输入参数进行仿真时提供帮助。
为了解决本领域中的存在的技术问题，在同一个发明构思下，本发明的实施例提 供了用于控制在船舶上滚装大型货物的方法。图14为根据本发明的实施例的用于控制在 船舶上滚装大型货物的方法的流程图。如图14所示，在步骤S141，存储滚装参数，其中所述 滚装参数包括船舶参数、活动载荷参数、作业参数和水文参数中的至少一个。在步骤S142， 基于所存储的所述参数为所述大型货物确定适用的滚装方式以及与所述适用的滚装方式 关联的信息。在步骤S143，输出所确定的适用的滚装方式以及与该滚装方式关联的信息。
在本发明的实施例中，确定步骤142进一步包括 对所述参数进行仿真，以获得对选择的滚装方式的模拟的滚装过程参数(仿真步 骤)； 判定所述滚装过程参数是否符合选择的滚装方式的可行性条件(判定步骤)；以 及 用于根据所述判定结果来控制所述仿真和判定步骤的执行以便从多个滚装方式 中选择适用的滚装方式，从而确定与所述适用的滚装方式关联的过程参数(控制步骤)。
在本发明的实施例中，该控制步骤进一步包括 如果该判定结果不符合该选择的滚装方式的可行性条件，则从多个滚装方式中选 择另外的滚装方式，来控制仿真步骤来对该参数进行该滚装方式下的仿真以及判定步骤来 对所获得的对应于该滚装方式的滚装过程参数进行是否符合该滚装方式的可行性条件的 判定； 如果该判定结果符合该滚装方式的可行性条件，则该控制步骤选择该滚装方式为 适用的滚装方式，从而确定与该滚装方式关联的过程参数； 如果该判定结果不符合该滚装方式的可行性条件，则控制步骤重复进行滚装方式 的选择，直至选择出适用的滚装方式或者遍历完可选的滚装方式，来控制仿真步骤和判定 步骤在该所选择的滚装方式下进行仿真和判定，从而确定与所述适用的滚装方式关联的过 程参数。 在本发明的实施例中，用于控制在船舶上滚装大型货物的系统在操作上实现根据 本发明的实施例的用于控制在船舶上滚装大型货物的方法。因此，与上述类似的步骤或操 作在此不再赘述。 本领域的技术人员将理解，用于控制在船舶上滚装大型货物的系统10可以包括
16许多额外的未示出的组件，例如输入装置等。由于此类额外组件并不是理解本发明所必需 的，因此它们并未在图1中示出或在此进一步被讨论。但是，还应当理解，本发明提供的用 于控制在船舶上滚装大型货物的系统绝非仅限于图1中示出的通用数据处理系统体系结 构。 本领域的普通技术人员可以理解上述的方法和系统可以使用计算机可执行指令 和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如 只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了 这样的代码。本实施例的大容量存储设备、驱动器及其组件可以由诸如超大规模集成电路 或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设 备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现， 也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。 虽然以上结合具体实施例对本发明的用于控制在船舶上滚装大型货物的系统和 方法进行了详细描述，但本发明并不限于此，本领域普通技术人员能够理解可以对本发明 进行多种变换、替换和修改而不偏离本发明的精神和范围；本发明的保护范围由所附权利 要求来限定。
权利要求
一种用于控制在船舶上滚装大型货物的系统，包括存储装置，用于存储滚装参数，其中所述滚装参数包括船舶参数、活动载荷参数、作业参数和水文参数中的至少一个；确定装置，用于基于所存储的所述参数为所述大型货物确定适用的滚装方式以及与该适用的滚装方式关联的信息；以及输出装置，用于输出所述确定装置的确定结果。
2. 根据权利要求1所述的系统，其中所述确定装置进一步包括仿真装置，用于对所述参数进行仿真，以获得对选择的滚装方式的模拟的滚装过程参数；判定装置，用于判定所述仿真装置的所述过程参数是否符合选择的滚装方式的可行性条件；以及控制装置，用于根据所述判定结果来控制所述仿真装置和判定装置的执行以便从多个滚装方式中选择适用的滚装方式，并确定与所述适用的滚装方式关联的信息。
3. 根据权利要求2所述的系统，其中所述控制装置进一步被配置来如果所述判定结果不符合所述选择的滚装方式的可行性条件，则所述控制装置从所述多个滚装方式中选择另外的滚装方式，以控制所述仿真装置对所述参数进行该滚装方式下的仿真以及所述判定装置对从所述仿真装置所获得的对应于该滚装方式的滚装过程参数进行是否符合该滚装方式的可行性条件的判定；如果所述判定结果符合该滚装方式的可行性条件，则所述控制装置选择该滚装方式为适用的滚装方式，从而确定与该滚装方式关联的过程参数；以及如果所述判定结果不符合该滚装方式的可行性条件，则所述控制装置重复进行选择滚装方式直至选择出适用的滚装方式或者遍历完可选的滚装方式，以控制所述仿真装置和所述判定装置在该所选择的滚装方式下进行仿真和判定，从而确定适用的滚装方式以及与所述适用的滚装方式关联的信息。
4. 根据权利要求1至3中任一权利要求所述的系统，其中与所述适用的滚装方式关联的信息包括以下至少之一舱水量、作业时间、支垫力、船舶首尾吃水量和船舶纵向倾斜坡度。
5. 根据权利要求2或3所述的系统，其中所述多个滚装方式包括以下中的至少两个完全浮态滚装、压舱水调节滚装、搁浅滚装以及搁浅加压舱水调节滚装。
6. 根据权利要求5所述的系统，其中所述完全浮态滚装是指在浮态过程中仅仅利用潮汐来实现对所述大型货物的滚装。
7. 根据权利要求5所述的系统，其中所述搁浅加压舱水调节滚装是指在滚装过程中利用船体的一部分搁浅并结合压舱水来调节船舶的姿态，从而对所述大型货物进行滚装。
8. 根据权利要求2或3所述的系统，其中所述滚装方式的可行性条件包括以下中的至少一个完全浮态滚装的可行性条件、压舱水调节滚装的可行性条件、搁浅滚装的可行性条件以及搁浅加压舱水调节滚装的可行性条件。
9. 根据权利要求8所述的系统，其中所述完全浮态滚装的可行性条件是所述船舶的最小干舷高度大于高潮时码头距水面的高度，并且所述船舶的空船干舷高度小于低潮时码头距水面的高度以及所述船舶的纵向倾角坡度在仿真运行期间小于或等于滚装陆运工具的最大允许折角。
10. 根据权利要求8所述的系统，其中所述压舱水调节滚装的可行性条件是在仿真过程中压舱水量小于或等于其舱容，以及舱水调节系统能够满足潮汐的变化。
11. 根据权利要求8所述的系统，其中所述搁浅滚装的可行性条件是滚装全程搁浅、靠海一侧船吃水不为零以及所述船舶的纵向倾角坡度在仿真运行期间小于或等于滚装陆运工具的最大允许折角。
12. 根据权利要求8所述的系统，其中所述搁浅加压舱水调节滚装的可行性条件是支垫引起的单位荷载力小于船底单位支撑力、压舱水量不出现负值以及船首、尾最大压舱水量分别小于首、尾压舱水满舱量。
13. —种用于控制在船舶上滚装大型货物的方法，包括步骤存储滚装参数，其中所述滚装参数包括船舶参数、活动载荷参数、作业参数和水文参数中的至少一个；基于所存储的所述参数为所述大型货物确定适用的滚装方式以及与所述适用的滚装方式关联的信息；以及输出所确定的适用的滚装方式以及与该滚装方式关联的信息。
14. 根据权利要求13所述的方法，其中所述确定步骤进一步包括对所述参数进行仿真，以获得对选择的滚装方式的模拟的滚装过程参数；判定所述滚装过程参数是否符合选择的滚装方式的可行性条件；以及用于根据所述判定结果来控制所述仿真和判定步骤的执行以便从多个滚装方式中选择适用的滚装方式，并确定与所述适用的滚装方式关联的过程参数。
15. 根据权利要求14所述的方法，其中所述控制步骤进一步包括如果所述判定结果不符合所述选择的滚装方式的可行性条件，则从所述多个滚装方式中选择另外的滚装方式，来控制所述仿真步骤来对所述参数进行该滚装方式下的仿真以及所述判定步骤来对所获得的对应于该滚装方式的滚装过程参数进行是否符合该滚装方式的可行性条件的判定；如果所述判定结果符合该滚装方式的可行性条件，则所述控制步骤选择该滚装方式为适用的滚装方式，从而确定与该滚装方式关联的过程参数；如果所述判定结果不符合该滚装方式的可行性条件，则所述控制步骤重复进行滚装方式的选择，直至选择出适用的滚装方式或者遍历完可选的滚装方式，来控制所述仿真步骤和所述判定步骤在该所选择的滚装方式下进行仿真和判定，从而确定与所述适用的滚装方式关联的过程参数。
16. 根据权利要求13至15中任一权利要求所述的方法，其中与所述适用的滚装方式关联的信息包括以下至少之一舱水量、作业时间、支垫力、船舶首尾吃水量和船舶纵向倾斜坡度。
17. 根据权利要求14或15所述的方法，其中所述多个滚装方式包括以下中的至少两个.完全浮态滚装、压舱水调节滚装、搁浅滚装以及搁浅加压舱水调节滚装。
18. 根据权利要求17所述的方法，其中所述完全浮态滚装是指在浮态过程中仅仅利用潮汐来实现对所述大型货物的滚装。
19. 根据权利要求17所述的方法，其中所述搁浅加压舱水调节滚装是指在滚装过程中利用船体的一部分搁浅并结合压舱水来调节船舶的姿态，从而对所述大型货物进行滚装。
20. 根据权利要求14或15所述的方法，其中所述滚装方式的可行性条件包括以下中的至少一个完全浮态滚装的可行性条件、压舱水调节滚装的可行性条件、搁浅滚装的可行性条件以及搁浅加压舱水调节滚装的可行性条件。
21. 根据权利要求20所述的方法，其中所述完全浮态滚装的可行性条件是所述船舶的最小干舷高度大于高潮时码头距水面的高度，并且所述船舶的空船干舷高度小于低潮时码头距水面的高度以及所述船舶的纵向倾角坡度在仿真运行期间小于或等于滚装陆运工具的最大允许折角。
22. 根据权利要求20所述的方法，其中所述压舱水调节滚装的可行性条件是在仿真过程中压舱水量小于或等于其舱容，以及舱水调节系统能够满足潮汐的变化。
23. 根据权利要求20所述的方法，其中所述搁浅滚装的可行性条件是滚装全程搁浅、靠海一侧船吃水不为零以及所述船舶的纵向倾角坡度在仿真运行期间小于或等于滚装陆运工具的最大允许折角。
24. 根据权利要求20所述的方法，其中所述搁浅加压舱水调节滚装的可行性条件是支垫引起的单位荷载力小于船底单位支撑力、压舱水量不出现负值以及船首、尾最大压舱水量分别小于首、尾压舱水满舱量。
全文摘要
本发明涉及一种用于控制在船舶上滚装大型货物的系统和方法。所述系统包括存储装置，用于存储滚装参数，其中所述滚装参数包括船舶参数、活动载荷参数、作业参数和水文参数中的至少一个；确定装置，用于基于所存储的所述参数为所述大型货物确定适用的滚装方式以及与该适用的滚装方式关联的信息；以及输出装置，用于输出所述确定装置的确定结果。通过所述系统和方法，能够针对特定的船舶、活动载荷以及外界地理或水文条件，选择适用的滚装方式，从而以较低成本并受外界制约较少地实现在船舶上对大型货物进行滚装。
文档编号G06F17/50GK101770210SQ200810186849
公开日2010年7月7日 申请日期2008年12月31日 优先权日2008年12月31日
发明者丁仁力, 余树华, 劳军, 周婷婷, 唐雄, 崔文珂, 汤浩, 王靓靓, 肖庆山, 肖建英, 陈健 申请人:中国远洋物流有限公司