通航船舶三維吃水動態(tài)檢測技術(shù)的研究.pdf

1、我國內(nèi)河水運資源豐富,內(nèi)河航運飛速發(fā)展,有力地推動了我國國民經(jīng)濟的發(fā)展。隨著內(nèi)河航運量的不斷增大,內(nèi)河船舶超吃水違規(guī)通航的現(xiàn)象也日益增多,嚴重影響了內(nèi)河航道的通航安全和通航效率,阻礙了航運經(jīng)濟的健康發(fā)展。然而,相關(guān)執(zhí)法部門仍只能采取登船檢測船舶吃水線的方式查處船舶超吃水的違規(guī)現(xiàn)象,既耗費時間又影響了船舶的正常通航。目前尚無有效的技術(shù)手段進行快速的離船式通航船舶吃水測量。
　　 檢測船舶的三維吃水不僅能夠獲得船舶的最大吃水值,也可

2、以獲取船舶三維吃水數(shù)據(jù)模型等大量信息,是檢測船舶超載以及檢測船底形變的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。根據(jù)通航船舶三維吃水的檢測要求,研制了基于單波束超聲波傳感器陣列的通航船舶三維吃水動態(tài)檢測系統(tǒng),在保證通航效率的前提下,實現(xiàn)了對并行通航船舶三維吃水的快速離船式動態(tài)檢測,并對超吃水船舶進行預警。目前系統(tǒng)已在長江三峽船閘投入使用,運行狀態(tài)良好。
　　 檢測系統(tǒng)的超聲波傳感器陣列安裝于檢測支架上,采用檢測門同步自動升降子系統(tǒng)將檢測支架同步、平穩(wěn)地放置于水

3、下合適的測量位置,避免影響船舶正常通航。船舶三維吃水數(shù)據(jù)采集和處理子系統(tǒng)通過傳感器陣列獲得船舶三維吃水數(shù)據(jù),進行異常數(shù)據(jù)剔除、多船吃水數(shù)據(jù)分割以及三維吃水數(shù)據(jù)模型修正處理,將數(shù)據(jù)處理后的吃水數(shù)據(jù)以三維形式顯示于計算機上,并計算出每艘被測船舶對應(yīng)的最大吃水,用無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至信息綜合管理系統(tǒng)進行超吃水預警。
　　 利用通航船舶三維吃水動態(tài)檢測系統(tǒng),獲取船舶原始的三維吃水數(shù)據(jù)模型,其中存在較多的異常數(shù)據(jù)并且混合了多艘被測船舶的吃水數(shù)據(jù)

4、。對于原始的三維吃水數(shù)據(jù)模型,采用點云數(shù)據(jù)中值濾波算法剔除“類隨機噪聲”,采用最小二乘法直線回歸預測法剔除“船舶尾流噪聲”。對于預處理后的船舶三維吃水數(shù)據(jù),本文分析了船體不同部位的吃水數(shù)據(jù)特征,并結(jié)合系統(tǒng)的動態(tài)檢測要求,提出了基于數(shù)據(jù)特提取的點云數(shù)據(jù)動態(tài)分割算法,對三維吃水數(shù)據(jù)模型進行動態(tài)分割,分離出并行通航船舶各自的三維吃水數(shù)據(jù)模型,并采用系統(tǒng)實際測量數(shù)據(jù),對整體算法進行了驗證。同時,本文介紹了基于OpenGL的船舶吃水數(shù)據(jù)動態(tài)三維顯

5、示技術(shù),并采用系統(tǒng)實測數(shù)據(jù)進行了功能驗證。
　　 為了進一步提高系統(tǒng)的檢測精度,本文提出采用船舶三維吃水模型匹配技術(shù)實現(xiàn)船舶底部形變檢測以及船舶三維吃水模型的修正。本文詳細介紹了船舶三維吃水模型匹配技術(shù)的重要組成部分,包括標準數(shù)據(jù)庫建立、船底形變檢測算法以及船舶三維吃水模型修正算法,并對算法進行了仿真測試。
　　 最后給出了系統(tǒng)實船比對實驗的結(jié)果,確定了系統(tǒng)的比對精度。結(jié)果表明,系統(tǒng)的比對精度為±0.048m,優(yōu)于設(shè)計要