[发明专利]内河船舶载重测量系统及其测量方法

摘要

本发明公开了内河船舶载重测量系统及其测量方法。属于内河船舶载重测量技术领域，为了解决现有船舶载重测量存在的不足，针对内河河道河面狭小，航道固定，河流流速变化小的特点，本发明通过测量船舶的行驶轨迹、船舶行驶航速和船舶耗油量来获取当前船舶载重的测量系统及其测量方法，该方法结构简单，安装方便，可以克服已有技术在船舶外围无法安装传感器的缺陷。包括分别设置在船舶上的油耗传感器、转速传感器、无线模块、卫星定位模块、微控制器、显示器、存储器以及计时器，还包括设置在港航管理中心的上位机服务器；所述油耗传感器、转速传感器、无线模块、卫星定位模块、显示器、存储器和计时器分别与微控制器连接，所述微控制器通过无线模块与上位机服务器无线连接。

主权项

1.内河船舶载重测量系统，其特征在于，包括分别设置在船舶上的油耗传感器、转速传感器、无线模块、卫星定位模块、微控制器、显示器、存储器以及计时器，还包括设置在港航管理中心的上位机服务器；所述油耗传感器、转速传感器、无线模块、卫星定位模块、显示器、存储器和计时器分别与微控制器连接，所述微控制器通过无线模块与上位机服务器无线连接；一种适用于内河船舶载重测量系统的测量方法，所述测量方法的测量过程如下：预先在上位机服务器中存储被测内河航道位置区域的航道顺逆流修正系数H；预先在存储器中存储有当前船舶的船舶型号、船舶自重M和若干个标定吃水深度Ti所分别对应的标定载重量Wi；转速传感器测得发动机转速n，当转速n不为零时，微控制器通过卫星定位模块每隔1分钟获取船舶位置信息，然后根据船舶的轨迹点计算船舶行驶的里程；微控制器根据船舶在航道的航行轨迹，确定船舶航行方向和位置，然后将航行方向和位置信息通过无线模块发送给上位机服务器，上位机服务器根据所获取的船舶航行信息，将预先存储在服务器中的该点航道的顺逆流修正系数H发送给微控制器；在微控制器的控制下，通过卫星定位模块测量船舶的行驶里程为E，通过计时器获取行驶时间为t，通过E/t获得船舶行驶中的平均航速V，通过油耗传感器测量船舶行驶中的耗油量L；通过船舶的吃水深度公式计算出船舶的当前吃水深度T，微控制器先确定当前吃水深度T在存储器中存储的标定数据的区间Ti‑1，Ti+1范围，然后根据Ti‑1，Ti+1与Wi‑1，Wi+1的线性对应关系，将当前吃水深度T代入该区间的线性直线进行计算，得出载重量，在显示器中显示；并借助无线模块将计算出的船舶载重量上传到上位机服务器中；船舶在一定时间所消耗的燃油量为L，其传递到船舶发动机的能量可表示为：Q＝k1*L  (1)k1＝4.18ρ柴油*c*η柴油为能量转换系数，ρ柴油为柴油的密度，c为柴油的热容量，η柴油为柴油燃烧的转换效率，可见ρ柴油、c、η柴油均为常数；根据能量转换和传递原理，考虑发动机的转换效率以及传动机构的传递效率，内河航道的顺逆流因素，将柴油所消耗的能量折算到船舶发动机的有效功率为：Pe＝(k1*L*η发动机*η传动*H)/t  (2)其中，t为测量段的船舶行驶时间，η发动机为发动机转换效率，η传动为船舶传动机构传递效率，H为航道顺逆流修正系数；又由于船舶的主机有效功率与船舶排水量以及航速的关系如下式所示：Pe＝(Δ2/3*V3)/Ce  (3)其中，Δ为船舶的排水量，V为船舶航速，Ce为船舶的海军常数；由式(2)、(3)可得船舶柴油消耗量和排水量以及航速的关系，得：(L/t)*k1*η发动机*η传动*H*Ce＝Δ2/3*V3  (4)对于已经设计出厂的船舶，式(4)中的k1、η发动机、η传动以及Ce均为常数，H在测量时间内也为常数，故令k2＝η发动机*η传动*Ce*H，则得：(L/t)*k1*k2＝Δ2/3*V3  (5)又根据船舶原理，船舶的排水量和吃水深度的关系为：Δ＝ρ*Cb*LLbp*B*T  (6)其中，ρ为水的密度，Cb为船舶的方形系数，LLbp为船舶垂线间长，B为船舶型宽，T为吃水深度；船舶定型后，ρ、Cb、LLbp、B均为常数，设k3＝ρ*Cb*LLbp*B；根据式(5)、(6)可得船舶的当前吃水深度T为：T2/3＝(L*k1*k2)/(t*k32/3*V3)  (7)可见，获得船舶行驶过程所花费的时长t、行驶过程中的耗油量L、船舶行驶航速V以及船舶定型后的相关常数，即可由式(7)获取船舶的吃水深度T。