桥区船舶安全通航与高度测量系统研究

摘要

我国内河航运业迅速发展，通航密度，船舶吨位不断增加。但是随着船舶大型化的发展，通航安全受到严重威胁。桥梁净空尺度不足，船舶超高、超吃水，违章航行等问题日益严重，不仅给海事部门监管带来了巨大的压力，也严重影响了船舶的通航安全。
　　针对内河航道的主要干线，包括珠江水系，长江水系，黑龙江水系等进行了调研，详细介绍了各水系的通航现状以及目前的监管手段。分析了目前主要存在的问题。
　　针对桥区水域划分笼统模糊的问题，根据船舶的操纵特性，完善了桥区水域的划分方法，将桥区水域划分为禁航水域、控制水域、危险水域三部分。结合船舶通航存在的主要问题，以及监管上的需求，设计了桥区船舶安全通航检测系统。该检测系统分为净空尺度检测子系统，船舶吃水检测子系统，航速、航迹监测子系统，监管指挥中心子系统四部分。
　　船舶高度测量子系统是净空尺度检测子系统的一个重要组成部分，测定船舶高度，阻止超高船舶通过桥区，对通航安全意义重大。本文对现有的测高方法进行了介绍，分析了限高法和双目视觉测高法的不足。在总结分析原有方法的基础上，针对船舶测高的实际特点，提出了一种基于标定物的测高方法，该方法以双目视觉为基础，结合标定点的信息，船舶的位置信息，利用空间几何关系，计算得到船舶的高度。利用该方法设计了船舶高度测量系统，并介绍了该系统的软件实现。
　　最后，通过模拟仿真实验对船舶高度测量系统进行了模拟仿真，并结合测高子系统，对测高系统可能产生的误差进行了分析，提出了降低误差的解决方案。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题来源及研究背景和意义

1．2 主要通航河流的通航现状

1．2．1 珠江水系的通航现状

1．2．2 长江水系的通航现状

1．2．3 黑龙江水系的通航现状

1．3 现阶段桥区保障措施现状

1．3．1 桥区水域划分现状

1．3．2 目前的桥梁净空高度显示手段

1．3．3 船舶测高方法

1．4 课题主要研究内容

第2章 桥区水域划分及桥区船舶安全通航检测系统

2．1 桥区水域划分

2．1．1 船舶倒车方式的危险水域

2．1．2 考虑风流情况下的危险水域

2．1．3 控制水域范围的界定

2．1．4 禁航水域的范围界定

2．2 桥区船舶安全通航检测系统

2．2．1 净空尺度检测子系统

2．2．2 船舶吃水检测子系统

2．2．3 航速、航迹监测子系统

2．2．4 监管指挥中心子系统

第3章 船舶高度测量子系统

3．1 船舶限高法

3．2 双目视觉测船舶高度

3．2．1 基于双目立体视觉的测高原理

3．2．2 双目视觉在船舶高度测量上的不足

3．3 标定法测船舶高度

3．3．1 标定法测船舶高度原理

3．3．2 船舶位置定位方法

3．3．3 标定法摄像机位置选取

3．3．4 标定点的位置选取

3．4 船舶高度测量子系统

3．4．1 船舶高度测量子系统组成

3．4．2 船舶高度测量子系统适用条件

3．4．3 船舶高度测量子系统软件

第4章 船舶高度测量子系统模拟仿真与误差分析

4．1 算法模拟仿真

4．1．1 基于标定物算法的模拟仿真

4．1．2 与基于双目视觉的测高对比仿真

4．2 误差分析

4．2．1 定位精度误差以及角度传感器误差

4．2．2 光心偏移误差以及摄像机畸变误差

4．2．3 船舶最高点位置偏离产生的误差

4．2．4 CCD分辨率导致的误差

4．2．5 船舶非平行通过检测门产生的误差

4．2．6 最高点错误识别误差

4．2．7 手动识别标定点误差

4．2．8 目标提取算法误差

4．2．9 水位信息不准确导致的误差

4．2．10 并行测量、延迟对精度的影响

4．2．11 目标与距离摄像机的距离对精度的影响

结论

参考文献

致谢

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