船舶吃水量信息采集处理系统的研究

船舶吃水量信息采集处理系统的研究

论文摘要

长江作为我国的“黄金水道”,在内河航运的地位日益增强,通航船舶数量及密度均大幅度地增加。同时船舶航运事故对航运安全的威胁也日趋严重,其中最为突出的问题是船舶超吃水。然而,目前船舶吃水检测主要通过人工目测,只能在船舶靠岸或者锚泊时进行,并且当前船舶标准化程度低,导致吃水检测既耗时又不准确。设计船舶吃水自动检测与预警系统,来实现对船舶吃水进行离船实时检测,不但可减少船舶事故的发生,而且大大提高了通航船舶吃水检测速度,具有重大的现实意义。目前国内外尚无船舶吃水检测的成套系统设备,本文结合实际项目需求,设计了基于传感器阵列的船舶吃水信息采集处理系统,并以顺序统计滤波技术为理论基础,设计了用于二维数据的粗差剔除算法。论文给出了三峡船舶吃水自动检测与预警系统的整体方案,并根据具体项目要求,设计并实现了方案中的船舶吃水信息采集处理子系统。超声传感器阵列与钢制支架构成的船舶吃水检测门,完成了通航船舶的底面扫描并转换成数字信息。以工业计算机为控制核心设计了信息采集硬件系统,主要包括了RS-485总线转换模块、电流采集模块、环境参量采集模块等。使用VC设计了配套的船舶吃水检测软件,控制外部传感器进行信息采集,并对采集的二维数据进行环境参量修正、数据信息转换、粗差剔除等数据处理,最终得出船舶的吃水量,同时实现了友好的人机交互。另外,由于外界环境的干扰,扫描数据不可避免地引入异常值,从而导致船舶吃水检测的准确度严重下降。本文针对项目要求,设计了基于顺序统计的二维数据粗差剔除算法,并对算法性能进行了仿真分析。经初步的模拟实验表明该系统的技术途径是可行的,完成了传感器阵列的数据采集处理。检测精度基本满足要求,达到了预期效果,为后续的现场调试与应用打下了坚实的基础。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  • 1.1 课题概述
  • 1.1.1 课题来源
  • 1.1.2 研究背景
  • 1.2 研究现状
  • 1.2.1 船舶吃水量检测现状
  • 1.2.2 动态测量中粗差剔除研究现状
  • 第二章 三峡船闸通航船舶吃水自动检测系统及原理
  • 2.1 系统综述
  • 2.2 吃水量自动检测系统测量原理
  • 2.3 检测门升降系统
  • 2.4 检测门传感器阵列
  • 2.5 环境参数采集模块
  • 2.6 船舶吃水量信息检测控制前端
  • 2.7 船舶吃水信息监测后端
  • 第三章 船舶吃水量信息采集处理系统设计
  • 3.1 采集处理系统硬件平台设计
  • 3.1.1 系统功能分析
  • 3.1.2 系统的性能需求
  • 3.1.3 系统结构设计
  • 3.1.4 主要模块的设备选型
  • 3.1.5 系统数据传输设计
  • 3.2 系统软件设计
  • 3.2.1 软件整体框架
  • 3.2.2 基于VC的软件设计
  • 3.2.2.1 信息采集设计
  • 3.2.2.2 数据处理的软件设计
  • 3.2.2.3 船舶底面三维显示模块设计
  • 3.2.2.4 软件界面设计
  • 3.3 数据处理流程设计
  • 3.3.1 环境参量修正
  • 3.3.2 非法数据处理
  • 3.3.3 数据信息转换
  • 3.3.4 船舶异常数据剔除
  • 3.3.5 计算船舶吃水量结果
  • 第四章 采集数据粗差剔除方法研究
  • 4.1 前言
  • 4.2 一维数据粗差剔除方法
  • 4.2.1 基于模板卷积剔除方法
  • 4.2.2 基于顺序统计剔除方法
  • 4.2.3 基于卡尔曼滤波方法
  • 4.3 二维数据的粗差剔除算法实现
  • 4.4 二维粗差剔除算法仿真及性能分析
  • 第五章 实验结果
  • 结论
  • 参考文献
  • 致谢
  • 研究生履历
  • 相关论文文献

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