斜坡式碼頭躉船系泊纜繩載荷監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及碼頭安全監(jiān)控【技術(shù)領(lǐng)域】，提供了一種斜坡式碼頭躉船系泊纜繩載荷監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)及方法，適用于人工操作的碼頭系泊，特別是不需要經(jīng)常性的系解纜作業(yè)的斜坡式碼頭躉船的系泊纜繩載荷監(jiān)測，其中所述系統(tǒng)包括：加速度傳感器，固定設(shè)置在斜坡式碼頭躉船的系泊纜繩上，用于采集系泊纜繩的振動加速度信號；信號處理模塊，采集加速度傳感器的信號，處理后傳輸?shù)椒?wù)器；以及服務(wù)器，接收信號處理模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)，計算獲得纜繩載荷，并對比預(yù)設(shè)閾值發(fā)出預(yù)警信號。本發(fā)明不依賴快速脫纜鉤進(jìn)行纜繩載荷的測量，不需要針對碼頭系泊設(shè)備進(jìn)行專業(yè)性改造，方便實(shí)用，具有良好的抗干擾能力，適用于目前國內(nèi)絕大多數(shù)斜坡碼頭躉船纜繩，并能將對碼頭作業(yè)的影響降到最小。
【專利說明】斜坡式碼頭躉船系泊纜繩載荷監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及碼頭安全監(jiān)控【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種系泊纜繩載荷監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)及 方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 斜坡式碼頭躉船系泊纜繩載荷機(jī)理相當(dāng)復(fù)雜，除了與風(fēng)、浪、流等環(huán)境因素有關(guān) 夕卜，還與船舶噸位、船型、載重量、泊位水深、布纜方式、纜繩技術(shù)狀況、躉船與靠泊船舶的相 互作用等一系列因素有關(guān)。當(dāng)纜繩載荷大于其破斷力時就可能發(fā)生斷纜事故，影響碼頭裝 卸作業(yè)，而且躉船一般無自航能力，一旦失控下漂將對下游碼頭、航行船舶、橋梁、大壩構(gòu)成 極大威脅，帶來難以估計的生命財產(chǎn)損失。有必要對斜坡式碼頭躉船系泊纜繩載荷進(jìn)行實(shí) 時監(jiān)測和預(yù)警，以避免各種安全事故發(fā)生。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中，纜繩載荷監(jiān)測原理是利用內(nèi)嵌在快速脫纜鉤里的載荷測量針進(jìn)行測 量，并把測得的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。但目前部分碼頭，特別是國內(nèi)的碼頭，專業(yè)化程度不 高，絕大對數(shù)的碼頭系泊尚處于人工操作階段，特別是斜坡式碼頭躉船并不需要經(jīng)常性的 系解纜作業(yè)，并沒有裝備快速脫纜鉤，現(xiàn)有技術(shù)并不適用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)明提供一種斜坡式碼頭躉船系泊纜繩載荷監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，適用于 人工操作的碼頭系泊，特別是不需要經(jīng)常性的系解纜作業(yè)的斜坡式碼頭躉船的系泊纜繩載 荷監(jiān)測。
[0005] 本發(fā)明通過以下技術(shù)手段解決上述技術(shù)問題：
[0006] 斜坡式碼頭躉船系泊纜繩載荷監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，包括： _
[0007] 加速度傳感器，固定設(shè)置在斜坡式碼頭躉船的系泊纜繩上，用于采集系泊纜繩的 振動加速度信號；
[0008] 信號處理模塊，采集加速度傳感器的信號，處理后傳輸?shù)椒?wù)器；以及
[0009] 服務(wù)器，接收信號處理模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)，計算獲得纜繩載荷，并對比預(yù)設(shè)閾值發(fā)出 預(yù)警信號。
[0010] 進(jìn)一步，所述信號處理模塊包括：
[0011] 信號調(diào)理電路，采集加速度傳感器獲得的信號，進(jìn)行放大、濾波、平滑處理；
[0012] A/D轉(zhuǎn)換電路，將經(jīng)信號調(diào)理電路處理后的信號由模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；以 及
[0013] 無線通信模塊，將A/D轉(zhuǎn)換電路輸出的數(shù)字信號發(fā)送到服務(wù)器。
[0014] 進(jìn)一步，所述信號調(diào)理電路包括依次電聯(lián)接的放大衰減電路、隔離電路和濾波電 路。
[0015] 進(jìn)一步，所述信號處理模塊設(shè)置于信號箱中，所述信號箱設(shè)置于碼頭系泊纜繩系 泊點(diǎn)一側(cè)。
[0016] 進(jìn)一步，所述服務(wù)器包括
[0017] 無線接收模塊，接收信號處理模塊發(fā)送的信號；
[0018] 頻譜分析模塊，對無線接收模塊接收的信號進(jìn)行頻譜分析，獲得幅值譜；以及
[0019] 纜繩載荷模塊，通過系泊纜繩的振動基頻獲得纜繩載荷。
[0020] 進(jìn)一步，所述纜繩載荷模塊將幅值譜上峰值最高點(diǎn)的頻率作為主振頻率fn ;從幅 值譜上依次拾取峰值作為纜繩的自振頻率匕、&……Fn，以幅值譜上相鄰兩峰點(diǎn)之間的頻率 最小值作為基頻，以主振頻率4除以該基頻值并取整作為主振頻率的階次m如下式所示：
[0021]
[0022]

【權(quán)利要求】
1. 斜坡式碼頭躉船系泊纜繩載荷監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于：包括： 加速度傳感器，固定設(shè)置在斜坡式碼頭躉船的系泊纜繩上，用于采集系泊纜繩的振動 加速度信號； 信號處理模塊，采集加速度傳感器的信號，處理后傳輸?shù)椒?wù)器；以及 服務(wù)器，接收信號處理模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)，計算獲得纜繩載荷，并對比預(yù)設(shè)閾值發(fā)出預(yù)警 信號。
2. 如權(quán)利要求1所述的斜坡式碼頭躉船系泊纜繩載荷監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于：所 述信號處理模塊包括： 信號調(diào)理電路，采集加速度傳感器獲得的信號，進(jìn)行放大、濾波、平滑處理； A/D轉(zhuǎn)換電路，將經(jīng)信號調(diào)理電路處理后的信號由模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；以及 無線通信模塊，將A/D轉(zhuǎn)換電路輸出的數(shù)字信號發(fā)送到服務(wù)器。
3. 如權(quán)利要求2所述的斜坡式碼頭躉船系泊纜繩載荷監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于：所 述信號調(diào)理電路包括依次電聯(lián)接的放大衰減電路、隔離電路和濾波電路。
4. 如權(quán)利要求2所述的斜坡式碼頭躉船系泊纜繩載荷監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于：所 述信號處理模塊設(shè)置于信號箱中，所述信號箱設(shè)置于碼頭系泊纜繩系泊點(diǎn)一側(cè)。
5. 如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的斜坡式碼頭躉船系泊纜繩載荷監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，其特 征在于：所述服務(wù)器包括 無線接收模塊，接收信號處理模塊發(fā)送的信號； 頻譜分析模塊，對無線接收模塊接收的信號進(jìn)行頻譜分析，獲得幅值譜；以及 纜繩載荷模塊，通過對幅值譜進(jìn)行分析，獲得系泊纜繩的載荷。
6. 如權(quán)利要求5所述的斜坡式碼頭躉船系泊纜繩載荷監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于：所 述纜繩載荷模塊將幅值譜上峰值最高點(diǎn)的頻率作為主振頻率4 ;從幅值譜上依次拾取峰值 作為纜繩的自振頻率R、F2……Fn，以幅值譜上相鄰兩峰點(diǎn)之間的頻率最小值作為基頻，以 主振頻率4除以該基頻值并取整作為主振頻率的階次n，如下式所示： l<i<m
纜繩載荷模塊通過下式獲得纜繩載荷τ :
式中：L為纜索的索長;w為單位長度索重；g為重力加速度；fn為纜索的第η階自振頻 率；η為振動階次；Κ為預(yù)設(shè)修正系數(shù)。
7. 如權(quán)利要求5所述的斜坡式碼頭躉船系泊纜繩載荷監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于：還 包括預(yù)警控制模塊，所述預(yù)警控制模塊根據(jù)纜繩載荷模塊獲得的纜繩載荷，超過預(yù)設(shè)閾值 時發(fā)出預(yù)警信號。
8. 斜坡式碼頭躉船系泊纜繩載荷監(jiān)測預(yù)警方法，其特征在于：包括如下步驟： 1)采集系泊纜繩的振動加速度信號； 2) 將步驟1)采集的信號調(diào)理后發(fā)送到服務(wù)器； 3) 服務(wù)器對接收的信號進(jìn)行頻譜分析，獲得幅值譜； 4) 服務(wù)器對幅值譜進(jìn)行分析計算，獲得纜繩載荷。
9. 如權(quán)利要求8所述的斜坡式碼頭躉船系泊纜繩載荷監(jiān)測預(yù)警方法，其特征在于：所 述步驟4)具體包括如下步驟： 41) 將幅值譜上峰值最高點(diǎn)的頻率作為主振頻率fn ;從幅值譜上依次拾取峰值作為纜 繩的自振頻率巧、F2……F"，以幅值譜上相鄰兩峰點(diǎn)之間的頻率最小值作為基頻，以主振頻 率4除以該基頻值并取整作為主振頻率的階次n，如下式所示： /"=max(i：); l<i<m
42) 通過下式獲得纜繩載荷Τ:
式中：L為纜索的索長；w為單位長度索重；g為重力加速度；fn為纜索的第η階自振頻 率；η為振動階次；Κ為預(yù)設(shè)修正系數(shù)。
10. 如權(quán)利要求8或9所述的斜坡式碼頭躉船系泊纜繩載荷監(jiān)測預(yù)警方法，其特征在 于：所述步驟4)之后還包括如下步驟： ' 5) 將獲得的各系泊纜繩的纜繩載荷數(shù)據(jù)保存于數(shù)據(jù)庫中，并顯示在顯示器上； 6) 當(dāng)纜繩載荷超過預(yù)設(shè)閾值時發(fā)出預(yù)警信號。 '
【文檔編號】G01L5/10GK104215379SQ201310206662
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2013年5月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月29日
【發(fā)明者】周世良, 李泳龍, 左良棟, 鄭曉珣, 李怡, 羅翔 申請人:重慶交通大學(xué)