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船舶动态吃水实时检测与数据处理关键技术的研究

作　者: 朱四印
导　师: 熊木地
学　校: 大连海事大学
专　业: 电子科学与技术
关键词: 船舶动态吃水检测异常数据剔除点云数据中值滤波最小二乘直线回归预测点云数据分割
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 80次
引　用: 1次
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内容摘要

内河航运由于其成本低、运量大、污染少等特点,在我国经济发展中起着重要的作用。近年来随着航运运量的不断加大,内河航运超吃水问题也越来越严峻,严重影响了通航安全和效率。海事执法部门主要采用登船目测吃水线检测船舶吃水,即费时费力又影响船舶正常通航。目前尚无有效的技术手段对通航船舶动态吃水进行离船式的检测。根据通航船舶吃水检测要求,研制了基于超声波传感器阵列的通航船舶动态吃水实时检测与预警系统,在不影响船舶正常通航的情况下实现了对通航船舶吃水离船、快速、实时检测,并对超吃水船舶提出预警。目前该系统在长江三峡已投入试运行。超声波传感器阵列安装在检测门支架上,检测门同步自动升降子系统对检测门支架进行速度和位置的闭环控制,确保检测门平稳运行、安全地工作在水下合适的位置。船舶吃水数据采集处理子系统通过超声波传感器检测门阵列,采集通航船舶吃水数据,对通航船舶吃水数据进行处理,完成异常数据的剔除和并行通航船舶吃水数据的分割,并通过无线网络将各通航船舶吃水数据发送到船舶吃水信息管理子系统,与当前航道允许最大吃水深度进行比较,并对超吃水船舶进行预警。利用通航船舶动态吃水实时检测与预警系统,现场获取船底吃水的点云数据。本文分析了点云数据突变点的分布特征和现场干扰因素,将异常数据分为两类,并对通航船舶吃水数据进行预处理消除异常数据的干扰。提出了将点云数据中值滤波算法应用于消除超声波传感器探测船底时“第一类异常数据”的干扰；并针对“第二类异常数据”出现在船尾特点,提出了最小二乘直线回归预测法消除船只螺旋桨尾流干扰。采用现场实测数据,对算法进行了验证。对通航船舶吃水数据进行预处理,消除各类噪声影响后,本文对并行通航船只吃水数据的分割进行了详细分析。提出了采用基于宽度的船舶吃水点云数据分割算法对并行通航船只吃水点云数据进行分割。并对其中涉及的船舶进、出检测门识别、船舶宽度识别等关键技术进行了分析。采用现场实测数据,对算法进行了验证。最后给出了现场实测结果,确定系统比对精度,并对测量不确定度进行了分析。结果表明,系统测量精度优于0.1 m,满足设计要求。采用的算法有效、实用。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第1章绪论  11-17
  1.1 课题背景及意义  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-15
    1.2.1 通航船舶吃水量检测现状  12-13
    1.2.2 船舶吃水点云数据处理研究现状  13-15
  1.3 本文的研究内容  15-17
第2章通航船舶动态吃水实时检测与预警系统  17-37
  2.1 系统综述  17-19
  2.2 检测门同步自动升降子系统  19-25
  2.3 船舶吃水数据采集处理子系统  25-33
    2.3.1 超声波传感器阵列  25-29
    2.3.2 船舶吃水数据采集处理子系统设计  29-33
  2.4 船舶吃水综合信息管理子系统  33-37
第3章通航船舶吃水数据预处理  37-51
  3.1 "第一类异常数据"的处理  37-44
    3.1.1 基于顺序统计的粗差剔除算法  37-42
    3.1.2 点云数据中值滤波算法  42
    3.1.3 实际处理效果  42-44
  3.2 "第二类异常数据"的处理  44-51
    3.2.1 改进的趋势面分析法  44-46
    3.2.2 最小二乘法直线回归预测法  46-49
    3.2.3 实际处理效果  49-51
第4章船舶进、出检测门识别与数据分割  51-67
  4.1 船舶进、出检测门识别  51-55
    4.1.1 船舶进检测门识别  51-54
    4.1.2 船舶出检测门识别  54-55
  4.2 船舶吃水数据分割  55-67
    4.2.1 基于高程统计多阑值数据分割  55-57
    4.2.2 基于数学形态学的点云数据分割  57-59
    4.2.4 基于宽度的船舶吃水点云数据分割算法  59-63
    4.2.5 船舶吃水点云数据分割算法选择与仿真  63-67
第5章现场实测结果与分析  67-73
  5.1 现场实测结果  67-71
  5.2 系统比对误差与分析  71-72
  5.3 系统测量不确定分析  72-73
结论  73-75
参考文献  75-78
攻读学位期间公开发表论文及成果  78-79
致谢  79-80
研究生履历  80-81

船舶动态吃水实时检测与数据处理关键技术的研究

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