內(nèi)河船舶航行下沉量的實(shí)船測量方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種測量內(nèi)河船舶航行時(shí)下沉量的方法，屬于船舶優(yōu)化設(shè)計(jì)及其航行安全【技術(shù)領(lǐng)域】，通過在船艏和船艉各布置一個(gè)水位計(jì)，船舯甲板上布置一個(gè)慣導(dǎo)系統(tǒng)，采用水位計(jì)同步測量船舶靜止與航行時(shí)的船艏、船艉處水位值，采用慣導(dǎo)系統(tǒng)測量船舶縱傾角，根據(jù)測點(diǎn)水位差、水位計(jì)間幾何關(guān)系、船舶縱傾角，計(jì)算出船舶艏、艉測點(diǎn)處及縱向任意位置的下沉量，測量出的下沉量精度高且穩(wěn)定，并可得到船舶縱向任意位置的下沉量值。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種測量內(nèi)河船舶航行時(shí)下沉量的方法，屬于船舶優(yōu)化設(shè)計(jì)及其航行 安全【技術(shù)領(lǐng)域】。 內(nèi)河船舶航行下沉量的實(shí)船測量方法

【背景技術(shù)】
[0002] 船舶航行下沉量是船舶航行時(shí)因水流繞船運(yùn)動(dòng)形成的相對于靜止?fàn)顟B(tài)的船體下 沉值，它是確定船舶富裕水深、保證航行安全的重要參數(shù)。船舶航行下沉量常采用經(jīng)驗(yàn)公式 估算，但由于影響因素眾多，船型、航道條件的多樣復(fù)雜導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果誤差較大，因此實(shí)船 測量船舶下沉量意義重大。
[0003] 目前實(shí)船測量航行下沉量主要是利用GPS和雷達(dá)式液位傳感器測量，均為單點(diǎn)測 量，無法獲取船體縱向下沉量及平均下沉量等參數(shù)。前者通過GPS分別獲取船舶靜止與航 行時(shí)的垂直高程，通過相減得到船舶航行下沉量，但GPS的垂直定位精度很低，目前高精度 GPS雙頻定位差分解析的垂向精度也僅達(dá)0. 05m量級，誤差與船舶下沉量同量級；后者則通 過測量船舶靜止與航行時(shí)液位傳感器至水面的垂直距離差確定下沉量，受水面下降、表面 漂浮物及風(fēng)浪的影響較大，讀數(shù)不穩(wěn)定。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對以上缺陷，本發(fā)明提供一種高精度的船舶航行下沉量的實(shí)船測量方法。
[0005] 所述的方法包括：航行下沉量測量裝置及安裝方法、下沉量測量方法、下沉量計(jì)算 方法。
[0006] 所述航行下沉量的測量裝置包括：艏水位計(jì)、艉水位計(jì)、艏水位計(jì)支架、艉水位計(jì) 支架、慣導(dǎo)系統(tǒng)；
[0007] 所述下沉量測量裝置的安裝方法為：艏水位計(jì)通過艏水位計(jì)支架固定在待測船舶 船艏一側(cè)舷側(cè)，艏水位計(jì)與船舷的橫向距離d f應(yīng)滿足下式：4>-0.0052tv/v: +(X25pv, 其中為cb為船舶方形系數(shù)，d為船舶吃水，v為船舶航速；艉水位計(jì)通過艉水位計(jì)支架固 定在待測船舶船艉，與艏水位計(jì)同一側(cè)舷側(cè)，艉水位計(jì)與船舷的橫向距離0. 5?1. 0m，縱 向距螺旋槳前方縱向距離xb應(yīng)滿足xb > 〇. 35vR，其中R為螺旋槳直徑；艏水位計(jì)支架和 艉水位計(jì)支架平行并垂直于船舶縱軸線，艏水位計(jì)和艉水位計(jì)深入水平面的深度h需滿足 h > 0. lv，但不能低于船底；慣導(dǎo)系統(tǒng)固定在待測船舶船舯，與計(jì)算機(jī)相連。
[0008] 所述的下沉量測量方法為：測量時(shí)先使船舶在水中靜止，讀取艏水位計(jì)、艉水位計(jì) 初始值，以及待測船舶初始縱傾角；待測船舶勻速航行時(shí)，同步測量艏水位計(jì)、艉水位計(jì)航 行時(shí)水深；通過慣導(dǎo)系統(tǒng)測量縱傾角。
[0009] 所述的下沉量計(jì)算方法為：δ χ為距艏水位計(jì)距離X處的下沉量，計(jì)算公式如下：
[0010] δ f = Pf-pf0
[0011] sb = Pf+ Δ xsin ( α - α 〇) + Δ ycos ( α - α 〇) -Pb〇
[0012] Sx = Sf + f Sx
[0013] 其中，δ f為艏水位計(jì)處下沉量；
[0014] δ b為艉水位計(jì)處下沉量；
[0015] Pf(l為靜止時(shí)艏水位計(jì)初始水深；
[0016] PM為靜止時(shí)艉水位計(jì)的初始水深；
[0017] Pf為航行時(shí)艏水位計(jì)水深值；
[0018] α。為靜止時(shí)船舶縱傾角；
[0019] α為航行時(shí)船舶縱傾角；
[0020] Λ X為艏水位計(jì)支架和艉水位計(jì)支架在甲板平面上投影的中心線距離；
[0021] λ y為船舶靜止時(shí)艏水位計(jì)和艉水位計(jì)固定高差。
[0022] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0023] (1)精度高且穩(wěn)定。水位計(jì)及慣導(dǎo)系統(tǒng)均為成熟的高精度測量設(shè)備，可保證下沉量 測量精度；
[0024] (2)可得到船舶縱向任意位置的下沉量值。通過需知位置至船艏水位計(jì)的水平距 離，即可計(jì)算出其下沉量，也可方便計(jì)算船舯的平均下沉量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025] 附圖1是本發(fā)明傳感器安裝的側(cè)視圖示意圖；
[0026] 附圖2是本發(fā)明傳感器安裝的后視圖示意圖；
[0027] 附圖3是本發(fā)明傳感器安裝的俯視圖示意圖；
[0028] 附圖4是本發(fā)明船舶下沉量計(jì)算示意圖。
[0029] 1待測船舶；2艏水位計(jì)；3艉水位計(jì)；4艏水位計(jì)支架；5艉水位計(jì)支架；6慣導(dǎo)系 統(tǒng)；7船舶靜止水面；8船舶航行水面。

【具體實(shí)施方式】
[0030] 實(shí)施例1
[0031] 船舶航行下沉量的實(shí)船測量方法，其傳感器安裝正視圖見圖1，側(cè)視圖見圖2,俯 視圖見圖3,其中1為船舶，2、3分別為船艏水位計(jì)和船艉水位計(jì)，4、5分別為船艏水位計(jì)和 船艉水位計(jì)的固定測架，6為慣導(dǎo)系統(tǒng)，7為航道水面。將水位計(jì)2、水位計(jì)3分別與測架4、 測架5固定，測架4和測架5均固定在船舶1甲板上，固定要求為：2個(gè)測架平行并垂直于 船舶縱軸線，測架4距船頭水平距離在4. 0m以內(nèi)，橫向使水位計(jì)2伸出船舷1. 5m以上，垂 向使水位計(jì)2伸入水面7約0. 4?1. Om ;測架5水平向需拉開與螺旋槳、船舵的距離，橫向 使水位計(jì)3伸出船舷1. Om，垂向使水位計(jì)3需伸入水面7中0· 4?1. Om。測架固定好后， 根據(jù)水位計(jì)與測架的相對位置關(guān)系及測架與船舶的相對位置關(guān)系，算出船艏水位計(jì)2、船艉 水位計(jì)3沿甲板面的水平距離Δ X = 40m、垂直甲板面的高差Δ y = 0. lm。慣導(dǎo)系統(tǒng)6固 定在船舶1較平整的甲板面上，將傳感器連接電腦準(zhǔn)備測量。
[0032] 測量時(shí)先使船舶在水中靜止，測出船艏水位計(jì)2、船艉水位計(jì)3的初始水深為Pf(l = 0. 5m、Pb(l = 0. 4m，以及船舶初始縱傾角c^ = 〇°。船舶勻速航行時(shí)，同步測量水位計(jì)2、水 位計(jì)3航行時(shí)水深Pf = 0. 7m、Pb及航行時(shí)縱傾角α =-〇. 5°。下沉量計(jì)算公式原理示意 圖見圖3,其中7為原靜止水面，8為航行時(shí)水面。因船艏水位計(jì)2可忽略船行波及水面下 降的影響，則水位計(jì)2處的下沉量可直接按船舶航行與靜止時(shí)水位計(jì)2的水位差計(jì)算，計(jì)算 公式如下：
[0033] δ f = Pf-Pf〇 = 〇. 7-0. 5 = 0.2 (m) (公式 1)
[0034] 水位計(jì)3處不可避免受到地受船行波及水面下降的影響，該處下沉量需利用與水 位計(jì)2的相對位置關(guān)系及其水深值計(jì)算，計(jì)算原理示意見圖4,計(jì)算公式如下：
[0035] δ b = Pf+ Δ Δ xsin ( α - α 〇) + Δ ycos ( α - α 〇) -Pb〇
[0036] =0· 7+40 X sin (-0· 5。）+0.1*cos (-0.5。）-0.4 = 0.05 (m) (公式 2)
[0037] 在求得水位計(jì)2、水位計(jì)3兩處的下沉量后，可根據(jù)插值計(jì)算船舶任一點(diǎn)處的下 沉量，例如欲求船舯處平均下沉量，量出船舯剖面距船艏水位計(jì)沿甲板面的水平距離X = 20m，則其下沉量δ χ計(jì)算公式為：
[0038] Sx=Sf + ^~δ^Χ = 0.2 + (0.05- 0.2)χ 20 / 40 = 0.125(m) (公式 3)。 Δχ
【權(quán)利要求】
1. 一種內(nèi)河船舶航行下沉量的測量方法，其特征在于：包括：測量裝置及安裝方法、下 沉量測量方法、下沉量計(jì)算方法； 所述的下沉量測量方法是指：利用測量裝置測量船舶靜止與航行時(shí)的水位值與船舶縱 傾角，測量時(shí)先使船舶在水中靜止，讀取艏水位計(jì)、艉水位計(jì)初始值，以及待測船舶初始縱 傾角；待測船舶勻速航行時(shí)，同步測量艏水位計(jì)、艉水位計(jì)航行時(shí)水深，并通過慣導(dǎo)系統(tǒng)測 量縱傾角； 所述的下沉量計(jì)算方法是指：由如下公式計(jì)算兩個(gè)水位計(jì)及船舶縱向任意位置處的下 沉量： δ f = Pf-Pf〇 δ b = Pf+ Δ xsin ( α - α 〇) + Δ ycos ( α - α 〇) -Pb〇 (^)χ χ f Δχ 其中，δ f、δ b、δ χ分別為船艏水位計(jì)、船艉水位計(jì)及距船艏水位計(jì)距離Χ處的下沉量， Pf(i、Pb(i為靜止時(shí)船艏、船艉水位計(jì)的初始水深，Pf為航行時(shí)船艏水位計(jì)水深，α(!、α分別為 靜止和航行時(shí)船舶縱傾角，Λχ、Ay分別為船艏水位計(jì)、船艉水位計(jì)沿甲板面的水平距離、 垂直甲板面的高差。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)河船舶航行下沉量的測量方法，其特征在于：所述的測量 裝置包括：艏水位計(jì)、艉水位計(jì)、艏水位計(jì)支架、艉水位計(jì)支架、慣導(dǎo)系統(tǒng)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)河船舶航行下沉量的測量方法，其特征在于：所述的測量 裝置安裝方法為：艏水位計(jì)通過艏水位計(jì)支架固定在待測船舶船艏一側(cè)舷側(cè)，艏水位計(jì)與 船舷的橫向距離4滿足下式：七彡-0.0052^^+0.25^/^,其中為Cb為船舶方形系數(shù)，d 為船舶吃水，v為船舶航速。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)河船舶航行下沉量的測量方法，其特征在于：所述的測量 裝置安裝方法為：所述的艉水位計(jì)通過艉水位計(jì)支架固定在待測船舶船艉，艉水位計(jì)與船 舷的橫向距離〇. 5?1. 0m，縱向距螺旋槳前方縱向距離xb滿足xb彡0. 35vR，其中R為螺旋 槳直徑。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)河船舶航行下沉量的測量方法，其特征在于，所述的測量 裝置及安裝方法還包括：艏水位計(jì)支架和艉水位計(jì)支架平行并垂直于船舶縱軸線，使艏水 位計(jì)和艉水位計(jì)深入水平面的深度h滿足h > 0. lv，但不能低于船底。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)河船舶航行下沉量的測量方法，其特征在于，所述的慣導(dǎo) 系統(tǒng)固定在待測船舶船舯，與計(jì)算機(jī)相連。
【文檔編號】B63B39/12GK104118540SQ201410362904
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月25日
【發(fā)明者】駱少澤, 張陸陳, 胡亞安, 王新 申請人:水利部交通運(yùn)輸部國家能源局南京水利科學(xué)研究院