[发明专利]船舶水下部分轮廓尺寸检测系统及其检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水下物体外形成像技术，特别是一种船舶水下部分轮廓尺寸检测系统及其检测方法，其采用基于激光技术与摄像技术结合的图像处理方法。

背景技术

船舶水下部分是指船体浸没在水中的部分。对于航运管理部门，如果能够准确掌握船舶水下部分的轮廓尺寸，就能够结合航道水深和水流的变化数据，配以货物装载情况，计算出船舶的稳定高度，摇摆周期、左右吃水差、横倾角、纵倾角等重要稳定参数，再根据船闸闸室或升船机船箱的地形资料，合理安排船只通航闸次和在船闸（或船箱）内的泊位，从而保证通航顺利，确保人员、设备、船只和航道的安全。因此掌握船舶水下部分的准确轮廓尺寸，对于保证人员、设备、航道和船舶的安全都具有重要意义。

目前，对船舶水下部分的检测仅限于船舶的吃水深度检测，如采用人工观测法、超声波水尺法、压力传感法等等，然而吃水深度是指船舶水下部分最低点到水面的距离，最多只能简单掌握左右舷首中尾六个部位的吃水数据（即六面水尺数据），并未涉及船舶水下轮廓尺寸的检测，也没有体现该轮廓尺寸的技术信息。由于数据不完整，本领域技术人员不能掌握整个水下部分轮廓，需要凭借调度人员的工作经验来安排闸次和泊位。然而，目前的测量方式受测量人员主观影响较大，检查时检测设备必须上船或者进入水底检测，检测系统复杂，施工难度高，操作不方便，无法实现离船、准确、快速的检查要求。

发明内容

本发明的目的在于根据现有技术的不足之处而提供一种能够检测船舶水下轮廓尺寸、确保航行安全的船舶水下部分轮廓尺寸检测系统及其检测方法。

本发明所述的船舶水下部分轮廓尺寸检测系统是通过以下途径来实现的：

船舶水下部分轮廓尺寸检测系统，其结构要点在于，包括有水下激光扫描装置、水下拍摄装置、图像处理子系统、升降装置和传输电缆，其中：

水下激光扫描装置包括光学部分和转动部分，光学部分包括有沿同一光轴依序安装的激光发生器、激光扩束镜和光学平凹柱面镜；转动部分包括有全反射镜和步进电机，步进电机的转动轴通过全反射镜镜心且与镜面平行；转动部分的转动轴垂直于光学部分的光轴；

升降装置包括水平支架、垂直导轨和传动电机，垂直导轨安装在水岸边，并垂直于水面，水平支架垂直于该垂直导轨，其支撑点安装在垂直导轨的轨道中，并与传动电机电连接；

水下激光扫描装置和水下拍摄装置均安装放置在升降装置的水平支架上，并通过传输电缆与图像处理子系统连接。

上述船舶水下部分轮廓尺寸检测系统的检测方法，其要点在于，包括如下步骤：

提供一种如上所述的船舶水下部分轮廓尺寸检测系统，

启动传动电机，其带动放置有水下激光扫描装置和水下拍摄装置的水平支架沿着垂直导轨没入水中，并下降到设定位置，一般为航道规定吃水深度附近；

启动水下激光扫描装置和水下拍摄装置，水下激光扫描装置中的激光发生器受触发产生线性激光，并传射到激光扩束镜，激光扩束镜接收线性激光并转换成激光束，同时控制激光束的发散角；

激光扩束镜将激光束传射到光学平凹柱面镜，由光学平凹柱面镜将该激光束转换成片状激光束，并传射到全反射镜上，全反射镜产生的反射激光光束与水下部分的船体相交出现为一平面曲线，也就是激光照明线，

水下拍摄装置拍摄上述扫描过程中激光在水下船体上产生的激光照明线所形成的图像，并将该图像信息传送给图像处理子系统；

图像处理子系统接收并处理水下拍摄装置传送的图像信息，利用不同图像上激光照明线存在的视角差，计算出该处船体水下部分实际三维轮廓信息，从而获得该处船体水下部分的轮廓尺寸；

此时使全反射镜在步进电机的作用下旋转，从而改变片状激光束在全反射镜上的入射点，使全反射镜产生的反射激光跟随旋转，扫描船体的水下部分；每旋转一个角度，水下拍摄装置就将拍摄的图像信息传送给图像处理子系统，图像处理子系统根据所计算的扫描过程的多个轮廓尺寸进行综合分析、计算、处理，获得船体一侧水下部分的三维外形轮廓信息，并进行存储。

调转船头，可以对船的另一侧水下部分的三维外形轮廓进行检测。上述激光扩束镜用于扩展激光束的直径并减小激光束的发散角，全反射镜用于改变激光光束方向。由于本发明所使用到的水下激光扫描装置和水下拍摄装置均安装在航道的同一侧岸边，在航道的对侧或航道水底不需要布置任何测量装置，因此降低了系统施工难度。检测过程全自动化控制，不受测量人员的主观影响，检测时，设备无需上船，也无需进入水底，测量系统结构简单，操作便捷，快速，测量结果准确稳定，为船舶的顺利通航，人员、设备、船只和航道的安全提供了重要依据。