阅读说明：本技术 一种岸基船舶稳性监测系统与方法 (Shore-based ship stability monitoring system and method ) 是由 马运铎 朱爱玺 董钲宇 冯康情 陈柱枫 于 2021-08-03 设计创作，主要内容包括：本发明涉及船舶检测技术领域,具体涉及一种岸基船舶稳性监测系统与方法,它包括靠泊船舶、监测系统、硬件系统,所述硬件系统包括激光雷达、岸桥作业系统和岸桥监控计算机,所述激光雷达的顶部设有岸桥小车,所述岸桥小车的一侧设有岸桥大车,所述激光雷达滑动连接于岸桥小车底部,且激光雷达的安装面朝向靠泊船舶,激光雷达实时采集船舶横摇倾角,所述激光雷达与岸桥监控计算机之前设有网络交换机,两者通过网络交换机位于同一局域网下并实现信号连通,所述岸桥作业系统连接于网络交换机；监测系统与网络交换机连接。(The invention relates to the technical field of ship detection, in particular to a shore-based ship stability monitoring system and a shore-based ship stability monitoring method, which comprise a berthing ship, a monitoring system and a hardware system, wherein the hardware system comprises a laser radar, a shore bridge operating system and a shore bridge monitoring computer, a shore bridge trolley is arranged at the top of the laser radar, a shore bridge cart is arranged on one side of the shore bridge trolley, the laser radar is connected to the bottom of the shore bridge trolley in a sliding manner, the mounting surface of the laser radar faces towards the berthing ship, the laser radar acquires the ship roll inclination angle in real time, a network switch is arranged in front of the laser radar and the shore bridge monitoring computer, the laser radar and the shore bridge monitoring computer are positioned under the same local area network through the network switch and realize signal communication, and the shore bridge operating system is connected to the network switch; the monitoring system is connected with the network switch.)

一种岸基船舶稳性监测系统与方法

技术领域

本发明涉及船舶检测技术领域，特别是涉及一种岸基船舶稳性监测系统与方法。

背景技术

集装箱船舶离泊安全、港机装卸安全及效率是保障港口运营安全、制约进疏港周期、提高物流服务质量、降低相关产业链成本的关键环节，及时把控船舶稳性，可以有效避免集装箱船舶倾覆和航道堵塞等重大事故发生。

为了保障船舶浮态及稳性安全、提高积载精度及装卸效率，船舶应当遵循集装箱港口装卸安全规范中规定的装卸过程中船舶纵/横摇稳态倾角应不允许大于倾角(一般取3deg)，并且海船建造入级规范中也明确规定了船长100m及以上的第I类船舶应配备经认可的装载仪，由于箱体重心高度近似计算、箱重计量不准、配载方案差错、积载作业不当等因素，导致通过装载仪计算的船舶稳性存在较大误差。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的在于提供一种岸基船舶稳性监测系统与方法，通过安装于岸桥小车下部的岸桥计算机与激光雷达获取船舶轮廓信息，经过拟合分析后得到船舶横摇倾角数据序列，以此来获得船舶的浮态及稳性信息。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种岸基船舶稳性监测系统，包括靠泊船舶、监测系统、硬件系统，所述硬件系统包括激光雷达、岸桥作业系统和岸桥监控计算机，所述激光雷达的顶部设有岸桥小车，所述岸桥小车的一侧设有岸桥大车，所述激光雷达滑动连接于岸桥小车底部，且激光雷达的安装面朝向靠泊船舶，激光雷达实时采集船舶横摇倾角，所述激光雷达与岸桥监控计算机之前设有网络交换机，两者通过网络交换机位于同一局域网下并实现信号连通，所述岸桥作业系统连接于网络交换机；

所述监测系统与网络交换机连接。

进一步地，一种岸基船舶稳性监测方法，包括如下具体步骤：

①利用激光雷达采集船舶上部横截面轮廓的点云数据，对每次扫描获得的点云数据进行直线拟合，可以获得船舶的横截面轮廓线；

②根据船舶横截面轮廓线，可以获得左右船舷的顶部角点，将这两个焦点用直线连接，得到船面线；

由于同一艘轮船、同一个横截面位置处的左右船舷距离不变，前后两次船面线只与横摇运动有关，在激光雷达为圆心的坐标系中，每次船面线与水平线的夹角就可以作为该次采集数据时船舶的横摇角度；

③进行连续数据采集，每当采集倾角数据序列长度等于1000时，对该数据序列进行一次三次样条曲线拟合，得到多个(N个)极值点，计算每两个极值点的间距n(i)，i＝1～N-1,然后对n(1)到n(N-1)计算平均值，结果为m，则船舶横摇周期T＝m*f；

采集倾角数据序列长度大于1000时，每当新增加了x个数据，则拟合用数据序列从100至1000+x；

④利用岸桥作业系统，获取船舶的基本信息，其中包括船舶排水量D、船舶型宽B，重心高度Zg，根据加藤公式计算得到船舶的惯性矩:

I＝D(B^2+Zg^2)/(12*g) (1)

随后计算船舶的初稳性高：

h＝4*π^2*1/(D*T^2) (2)

最后，判断初稳性高h是否位于阈值范围内，超出阈值则进行报警。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

本发明不需要上船安装传感器信息系统，只需要在岸桥小车上安装传感器，通过轮廓线到倾角的转化，以及倾角数据序列的拟合与极值点判定，即可得到船舶稳性关键指标，有效实现了船舶稳性实时监测，且系统简单，维护方便，成本不高，有较高的应用推广价值。

附图说明

此处所说明的附图是用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，但并不构成对本发明的不当限定，在附图中：

图1是本发明的系统拓扑图；

图2是本发明中靠泊船舶的示意图。

图中，1、靠泊船舶；2、监测系统；3、激光雷达；4、岸桥作业系统；5、岸桥监控计算机；6、岸桥小车；7、岸桥大车；8、网络交换机。

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1至附图2对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。

下面将参照附图描述本发明的各示例性的实施例。

实施例1：如图1至图2所示，一种岸基船舶稳性监测系统，包括靠泊船舶1、监测系统2、硬件系统，硬件系统包括激光雷达3、岸桥作业系统4和岸桥监控计算机5，激光雷达3的顶部设有岸桥小车6，岸桥小车6的一侧设有岸桥大车7，激光雷达3滑动连接于岸桥小车6底部，且激光雷达3的安装面朝向靠泊船舶1，激光雷达3实时采集船舶横摇倾角，数据采集频率f不低于20Hz，并实时传输到岸桥监控计算机5，在横摇倾角超过安全阈值时，监控计算机发出声光报警及短消息报警信号，防止发生船舶侧翻事故。

激光雷达3与岸桥监控计算机5之前设有网络交换机8，两者通过网络交换机8位于同一局域网下并实现信号连通，岸桥作业系统4连接于网络交换机8；

监测系统2与网络交换机8连接。

依据上述岸基监测系统2，配套了监测方法，包括如下具体步骤：

利用激光雷达3采集船舶上部横截面轮廓的点云数据，对每次扫描获得的点云数据进行直线拟合，可以获得船舶的横截面轮廓线。

由于船舶在风浪或者装卸作业激励下会产生运动，且运动形式复杂，可以分解为升沉运动、左右横移运动，前后飘移运动，横摇运动，纵摇运动，水平旋转运动，由于系缆约束，左右横移及前后漂移运动可以忽略。

根据船舶横截面轮廓线，可以获得左右船舷的顶部角点，将这两个焦点用直线连接，得到船面线。

由于同一艘轮船、同一个横截面位置处的左右船舷距离不变，前后两次船面线只与横摇运动有关，在激光雷达3为圆心的坐标系中，每次船面线与水平线的夹角就可以作为该次采集数据时船舶的横摇角度。

进行连续数据采集，每当采集倾角数据序列长度等于1000时，对该数据序列进行一次三次样条曲线拟合，得到多个(N个)极值点，计算每两个极值点的间距n(i)，i＝1～N-1,然后对n(1)到n(N-1)计算平均值，结果为m，则船舶横摇周期T＝m*f。

采集倾角数据序列长度大于1000时，每当新增加了x个数据，则拟合用数据序列从100至1000+x。

利用岸桥作业系统4，控制岸桥作业系统，以获取船舶的基本信息，其中包括船舶排水量D、船舶型宽B，重心高度Zg，可以根据加藤公式计算得到船舶的惯性矩:

I＝D(B^2+Zg^2)/(12*g) (1)

随后计算船舶的初稳性高：

h＝4*π^2*I/(D*T^2) (2)

最后，判断初稳性高h是否位于阈值范围内，超出阈值则进行报警。

以上所述是结合具体实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施仅局限于此；对于本发明所属及相关技术领域的技术人员来说，在基于本发明技术方案思路前提下，所作的拓展以及操作方法、数据的替换，都应当落在本发明保护范围之内。