[发明专利]集装箱岸桥用船舶浮态及稳性监测装置及其监测方法

说明书

一种集装箱岸桥用船舶浮态及稳性监测装置及其监测方法，根据码头作业管理系统和岸桥监控计算机获取的码头潮位及波况、系泊约束、装卸作业、船型结构、吊具位置、吊索松紧、吊具倾角等信息，通过船摇非系泊约束极值点测量法推算固有周期和稳态倾角，计算并校验船舶静倾角和初稳性安全，实现对船舶装卸过程进行浮态及稳性报警；解决未配备装载仪且无法提供装载信息的小型集装箱船舶难以准确校验初稳性安全的问题，克服横摇周期试验方法需要解除船舶系泊并测量完整周期的不足，大幅缩短吊具在船上着箱后的测量时间，为码头和船方及时采取积载或压载调整提供即时数据参考，可广泛应用于人工或自动化码头的各类集装箱岸桥。

技术领域

本发明涉及一种用于集装箱岸桥的船舶浮态及稳性监测装置及其监测方法，尤其是根据码头作业管理系统和岸桥监控计算机获取的码头潮位及波况、系泊约束、装卸作业、船型结构、吊具位置、吊索松紧、吊具倾角等信息，通过船摇非系泊约束极值点测量法推算固有周期和稳态倾角，计算并校验船舶静倾角和初稳性安全，实现对船舶装卸过程进行浮态和稳性报警的智能监测装置及其监测方法。

背景技术

集装箱岸桥（即岸边集装箱起重机）是一种安装在集装箱码头岸边、专用于集装箱船舶装卸作业的港机设备，是保证码头作业安全及效率的关键环节；码头作业管理系统（TOS）是监控和管理集装箱码头各作业环节的计算机辅助操作平台，具有装卸船、泊位、闸口、堆场、预约、计费、统计、报表等综合管理功能，是维持集装箱码头高效运营的必备工具。

船舶系泊常指通过系泊索及属具使船舶安全停靠于码头泊位，系泊索及属具配置应充分考虑泊位、风浪流、潮位涨落和装卸吃水等因素；其布置形式主要为倒缆（纵向）和横缆（横向）两类，分别约束船舶前进、后退和离岸方向的位移，岸边碰垫或防撞桩约束船舶靠岸方向的位移；系泊索长度应根据潮位和吃水变化相应调节，正常工况下系泊对船舶小幅纵摇和横摇约束很小（至多单侧约束）；自动系泊能通过永磁或真空吸盘使船舶快速靠泊，对船体小幅升沉、纵摇和横摇运动一般无约束。船舶浮态是指船舶浮于静水的平衡状态，可用吃水、横倾角和纵倾角等参数表示，船舶设计及工作浮态均应保持正浮或稍有尾倾状态，非正常浮态对船舶性能及航行安全不利。船舶稳性是指船舶抵抗风、浪等外力而不致倾覆的能力，包括初稳性、大倾角稳性和破舱稳性等衡准：初稳性是指横倾角小于10-15deg（或上甲板边缘开始入水前）的稳性衡准，主要以初稳性高来度量；大倾角稳性是指横倾角大于10-15deg（或上甲板边缘开始入水后）的稳性衡准，主要以复原力臂曲线特性和气象衡准来度量；破舱稳性是指破损后具有漂浮和抵抗一定程度风、浪等外力的剩余稳性。稳性大小与船型结构和载荷分布有关，航行安全要求船舶具有适度的稳性，稳性过小容易引起船舶失稳倾覆，稳性过大又会引起船舶剧烈横摇，对货物系固、船体结构、船上人员及设备造成不利影响，在内河、沿海和遮蔽航区航行的船舶可主要考虑初稳性安全。

为保证船舶浮态及稳性安全、提高积载精度及装卸效率，集装箱港口装卸安全规范中明确规定了装卸过程中船舶纵、横静倾角应不大于允许倾角（一般取3deg）；海船建造/入级规范中明确规定了船长100m及以上的所有第类船舶应配备经认可的装载仪，并规定在沿海、遮蔽航区航行的船舶可不配备装载仪；内河船舶建造/入级规范中未明确规定应配备装载仪；因装载仪缺乏集装箱重心位置的实测数据，一般按箱体几何中心作为重心位置计算，故实际重心位置偏差会影响稳性计算精度。目前，大量未配备装载仪且无法提供装载信息的小型船舶（船长在70m以内），主要依据IMO（国际海事组织）船舶完整稳性规则中规定的横摇周期试验方法，利用船舶型宽（船型结构设计参数）、横摇系数（集装箱船介于0.78±0.05，已计及岸边、浅水和舱内自由液面的影响）和横摇固有周期（船舶在平静水域激发瞬态横摇时测得的自由周期）等数据来估算船舶的初稳性高（介于0.025～0.075×型宽，规定满载时最低，0.20m及以下误差较大，安全下限为0.3m）；由于船舶在开敞水域通常是受迫摇摆（或仅在瞬间是自由摇摆），人工难以准确测量横摇固有周期。另外，箱重计量不准、配载方案差错、积载作业不当等因素也可能导致累积误差，从而造成船舶失稳事故时有发生。