[发明专利]一种船舶吨位自动测量方法

权利要求书

1.一种船舶吨位自动测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、搭建检测系统：包括控制器、至少一个速度传感器、至少一个温度传感器和2N个超声波换能器，所述速度传感器、温度传感器和超声波换能器均与控制器电连接；所述2N个超声波换能器分为N组，每组两个超声波换能器分别安装在航道的两侧，且位于同一水平线上，每一组两个超声波换能器的间距均为W₀；2N个超声波换能器位于同一竖直面上形成超声波换能器阵列，记为：

((b₁₁,b₁₂),(b₂₁,b₂₂),(b₃₁,b₃₂),......,(b_i1,b_i2),......(b_N1,b_N2))， (1)

且该竖直面与船舶的前进方向垂直，其中最上端一组超声波换能器(b₁₁,b₁₂)位于航道的河面上；相邻两组超声波换能器在竖直方向的间距相等，均为ΔHm；N为大于等于3的正整数，1≤i≤N，且i为正整数；

步骤二、速度传感器、温度传感器和超声波换能器检测船舶沿航道航行时的参数：所述温度传感器检测到水温为T℃并传送给控制器；

所述控制器控制所有的超声波换能器的发射端每隔Δt时间发射一次超声波检测信号，每个超声波换能器的接收端收到回传信号后发送给控制器，控制器计算出每个超声波换能器每次发出信号与接收信号的时间差，则超声波换能器阵列每发射一次超声波检测信号对应的时间差同样构成时间阵列，记为：

((t_j，11,t_j，12),(t_j，21,t_j，22),(t_j，31,t_j，32),......,(t_j，i1,t_j，i2),......(t_j，N1,t_j，N2))， (2)

共检测P次；

所述速度传感器每隔Δt时间段测量一次船舶的航行速度并传送给控制器，共检测P次，记为v_j，且每次与超声波换能器阵列同时测量；P为大于等于3的正整数，1≤j≤P，且j为正整数；

步骤三、控制器收到步骤二中的信息后采用最小二乘法计算船舶横截面积：超声波在水中的传播速度为C＝332+0.607×T(m/s)，第i组两个超声波换能器的安装深度H_i＝(i-1)·ΔH， (3)

第i组两个超声波换能器在第j次发出超声波信号与接收到回传信号的时间差分别为t_j，i1,t_j，i2，得出船体与对应侧超声波传感器的距离为

L_j，i1＝C·t_j，i1/2，L_j，i2＝C·t_j，i2/2； (4)

根据式(4)，则第i组两个超声波换能器在第j次测得船体在H_j深处对应的宽度为

W_i、j＝W₀-L_j，i1-L_j，i2； (5)

根据式(5)，得出第j次发出超声波时，超声波换能器阵列测得船舶位于水面以下的船体的宽度为

(W_1、j,W_2、j,W_3、j,......W_i、j,......W_N、j)； (6)

为简化模型难度，采用三次组合项进行拟合，因此取如下正交函数：

φ_0,j(H)＝1

φ_1,j(H)＝(H-α_1,j)φ_0,j(H)

φ_2,j(H)＝(H-α_2,j)φ_1,j(H)-β_1,jφ_0,j(H)

其中：H表示航道海水深度的函数，为连续函数，H_i表示连续函数H中的第i组两个超声波换能器安装位置处对应的深度；

根据式(3)-(6)，采用正交多项式组φ_0,j(H),φ_1,j(H),φ_2,j(H)的线性组合作船舶外形的最小二乘拟合曲线：

S_j'(H)＝a_0,jφ_0,j(H)+a_1,jφ_1,j(H)+a_2,jφ_2,j(H)； (7)

其中：

则船舶的横截面积为：

步骤四，根据步骤三中船舶的横截面积计算船舶吨位：

根据船舶航行速度为v_j和船舶各横截面积为S_j(H)，得出船舶位于水面以下部分的体积为：

其中，S_j＝S_j(H)；根据船舶位于水面以下部分的体积可得出船舶的吨位。