滑轨式侧扫吃水检测系统关键技术研究

【摘要】：向家坝水电站的建立使库区成为行船安全的深水航区,航运条件得到根本改善,带动了金沙江下流区域内河航运的飞速发展,为了保障船舶通航以及航道安全,海事部门及通航管理部门投入了大量的人力物力对船舶吃水状况进行检测,取得了一定的成果,但仍有部分缺陷。本文对滑轨式侧扫吃水检测涉及的关键技术进行详细研究,该检测系统将实时性、精确性、可靠性三者融为一体。首先,针对向家坝下游可操作平台与检测位置距离较远的限制,提出了将滑轨式浮动设计与侧扫检测系统结合的技术方案,使得该方案具有体积小、维护成本低、精确性高等特点,完美适应了向家坝下游苛刻的安装环境,其次,利用FPGA高效率的并行数据处理能力,构建了精简的硬件系统,并将模拟数据采集电路配合水下耐压仓完成电路下置的操作,进一步降低模拟信号的衰减。最后,通过对水位、倾角等信息完成了设备的实时姿态补偿,并引入了声线轨迹方程完成系统对检测环境中变温层的数据补偿。在本论文中,滑轨式侧扫吃水检测系统的关键技术在于:设计精简的吃水检测硬件电路以匹配滑轨式浮动设计。浮动式设计需要实时的姿态信息来辅助完成系统的实时姿态校正,所以硬件电路需要将水压、倾角等信息采集纳入设计;除此之外,较长的滑轨式设计对微小模拟信号的传输将造成较大衰减,因此硬件设计时需要考虑将数据采集电路下置,完成对模拟信号的放大、整形、转换和采集。侧扫式吃水检测系统原有的数据处理及补偿方案需要适应滑轨式浮动设计带来的改变。由于施工安装带来的误差,滑轨式浮动设计需要更完善的数据处理及补偿方案;之后变温层带来的数据异常也需要引入声线轨迹的新方法进行优化补偿,最终得到通航船舶的实时吃水深度。本文所设计的吃水检测系统在大连海事大学救助与打捞工程实验室、游泳馆以及向家坝升船机下游航道开展了检测实验并正式投入运行,向升船机管理部门提供准确数据来提升管理规范。