CN117533474B - 一种行走式船舶除冰监测装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种行走式船舶除冰监测装置，包括设有万向轮的车体，所述车体通过设置在其底部的电磁铁吸附在船体上并可在船体上行走，车体前后均设有能够识别涂料轨道的光学探头，其内部还设有能够控制所述除冰监测装置沿船体表面的涂料轨道行走的自动控制芯片，所述自动控制芯片同时也控制用来振动破冰的微波振动器和用来加热融冰的红外加热装置，所述车体顶部设有监测船体冰层状况的红外监测装置以及用来传递冰层信息和装置位置信息的网络上传模块。本发明的有益效果是:本发明可对船体四周及甲板所有需要除冰的位置及时进行除冰；将热力融冰与机械破冰相结合，除冰作用范围广，除冰效率高；可实现自主走动与除冰，也可远程控制，节省人力物力。

Description

一种行走式船舶除冰监测装置及系统

技术领域

本发明涉及一种船舶除冰装置，尤其涉及一种行走式船舶除冰监测装置及系统。

背景技术

现有技术中大多都是对船舶甲板进行除冰，而忽略了船体四周结冰对于船体产生的危害，首先，结冰会使船体表面覆盖厚厚的冰层，这会增加船舶的重量，导致船体的浮力减小，使得船舶在水中下沉的可能性增加；其次，冰层可以改变船舶的平衡和稳定性，因为冰的分布可能会使船舶的重心发生改变，这种不稳定性可能导致船体倾斜或翻倒，增加船舶事故的风险；而且冰的运动和摩擦力可能对船体结构造成损坏，可能会导致船体受损、变形等；结冰会使船体表面变得光滑，增加了船舶在水中的阻力，降低了航行的速度和效率，冰层还可能卡住或阻碍船舶的螺旋桨和舵机的运动，进一步影响船舶的操控能力。现有的对甲板平台区域除冰的方法主要有热力融冰法、机械破冰法以及化学涂层法这三类，热力融冰法存在能量损耗大、设备投资成本高和使用范围较小等缺陷，机械破冰法工作强度大并且难以达到及时除冰的目的，化学涂层费用高、次数有限，对环境有很大影响。且现有的除冰方法均需要人员操控，效率较低，浪费时间、人力和物力。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供了一种能够对船体四周和甲板结冰位置进行自主除冰的行走式船舶除冰监测装置及系统。

技术方案：本发明所述的行走式船舶除冰监测装置，包括设有万向轮的车体，所述车体通过设置在其底部的电磁铁吸附在船体上并可在船体上行走，车体前后均设有能够识别涂料轨道的光学探头，其内部还设有能够控制所述除冰监测装置沿船体表面的涂料轨道行走的自动控制芯片，所述自动控制芯片同时也控制用来振动破冰的微波振动器和用来加热融冰的红外加热装置，所述车体顶部设有监测船体冰层状况的红外监测装置以及用来传递冰层信息和装置位置信息的网络上传模块。

优选的，为了能够使除冰监测装置中的光学探头识别船体表面所设置的涂料轨道，所述涂料轨道由内部设有固定元素代码的光带涂料涂装而成。

优选的，为了能够实现船体全方位进行除冰，所述涂料轨道呈“w”型均匀覆盖在船体表面需要除冰的位置。

优选的，所述光学探头利用光带涂料的反光性能识别并匹配其内部的元素代码。

优选的，为了能够实现对船体表面冰层的实时监测，所述红外监测装置包括红外监测摄像头以及红外线发射头。

优选的，为了能够分辨涂料轨道前方的路况，所述红外监测摄像头利用接收到的船体表面红外反射信号的强度分辨涂料轨道前方是否被海水淹没或者出现结冰。

优选的，为了能够实现先破冰再进一步红外加热融冰，所述红外加热装置设置在微波振动器的上方。

本发明所述的行走式船舶除冰监测系统，包括上述行走式船舶除冰监测装置。

优选的，为了能够实现除冰监测系统对于除冰监测装置的远程控制，所述除冰监测系统中设有能够对自动控制芯片发送除冰/行走指令的可编程逻辑控制器。

优选的，为了能够将采集到的数据信息上传至船舶除冰监测中心，所述除冰监测系统将数据信息利用GPRS网络发送至Internet网络再上传至船舶除冰监测中心。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：(1)行走式船舶除冰监测装置可对船体四周及甲板所有需要除冰的位置及时进行除冰；(2)行走式船舶除冰监测装置将热力融冰与机械破冰相结合，除冰作用范围广，除冰效率高；(3)可实现自主走动自动除冰，也可进行远程控制，节省人力物力。

附图说明

图1为本发明的行走式船舶除冰监测装置的结构示意图；

图2为本发明的行走式船舶除冰监测装置的控制流程图；

图3为本发明光带涂料轨道分布形状图；

图4为本发明的行走式船舶除冰监测系统的结构流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

如图1所示，本发明所述的行走式船舶除冰监测装置的车体1底部设有可360度灵活旋转的万向轮10，车体1前后配置有能够识别光学涂料中元素代码的光学探头2，由于船体多为钢结构，所以本发明所述的行走式船舶除冰监测装置采用“电吸”原理与船体连接，在车体1底部万向轮10之间设置有电磁铁9，通电之后底部电磁铁9可牢牢与船体吸附，车体1内部还设有能够进行红外除冰以及冰层探测的红外加热装置7和能够通过物理振动进行除冰的微波振动器8，红外加热装置7中红外辐射具有较强的穿透力，易被冰层吸收，且由于红外辐射是通过充分燃烧天然气或丙烷所产生，所以红外除冰加热快，污染少，微波振动器8则是利用结冰会改变物体固有的共振频率，通过测量其表面的共振频率从而判断出冰层厚度变化，将脉冲作动器置于除冰的智能装置的内部，通过脉冲作动筒使蒙皮产生快速且能量巨大的振动，将积冰振动脱落，同时还有一种微波振动器8是通过在除冰的智能装置的内部下方埋设特殊液体腔体，此液体腔体在电脉冲的作用下会产生振动，从而达到除冰效果，两种类型均可达到振动除冰的效果，皆在本发明保护范围之内；在车体1的顶部还设有能够进行冰层扫描探测和温度湿度监测的红外监测装置，所述的红外监测装置包括红外监测摄像头5以及红外线发射头6，通过高精度的红外摄像装置和图像处理算法，红外阻断法在装置上设置探针型红外传感器，红外阻断法基本原理是在没有冰层出现在结冰传感器的探头处时，结冰传感器的探头可以接收到红外发生器产生的红外线；当冰层出现在结冰传感器探头处时，传感器探头因为冰层的阻挡接受到的红外线变少，传感器探头接收到的红外线数量与冰层厚度是反比的关系，冰层越厚透过的红外线越少，探头输出的电压越大。由于积冰的存在会影响红外接受器接收到的红外信号强度，通过判断接收器接受到红外信号的变化，从而判断出表面积冰厚度的变化，用于层扫描探测和温度湿度的监测；车体1的顶部还设有用于与船舶除冰监测系统连接的网络上传模块4，将装置监测结果、除冰情况、船体温度湿度、红外摄像头拍摄情况、行走装置所处位置等信息实时传输到船舶除冰监测系统中。

在船体四周以及甲板上预先设置光带涂料，本发明所述的行走式船舶除冰监测装置会沿着预先喷涂好的光带涂料进行行走，如果海水将光带涂料淹没则船舶除冰监测装置会沿着其他裸露在空气中的光带涂料进行运动，直至达到结冰区域。所述的光带涂料为耐腐蚀涂料，适用在船舶海水侵蚀，以及海洋性多变等极端天气，通过光学原理，涂料设置固定的元素代码，位于车体底部的光学探头2能够识别并匹配光带涂料的元素代码，只会跟着光带涂料行走，如光带涂料被海水淹没，车体底部的光学探头将实施其他路线继续行走。

本发明利用光带涂料的反光原理将其设置成行走式船舶除冰监测装置的行驶轨迹，所述的光带涂料以丙烯酸树脂为基料，30-45份三氧化二铁、40-50份二氧化锰、4-6份三氧化二钴、6-7份氧化铜、9-11份JUST反射型尖晶石、145-155份无尘蒸馏水、30-45份水溶性硅丙保湿乳液4-6份二氧化钛、6-7份JUST中空玻璃反射微珠等生产加工而成。它是一种新型反光涂料，具有良好的反光性能，车体1顶部设有红外线发射头6向外发射红外线信号，通过上方的红外监测摄像头5监测海水是否淹没涂料以及船体是否有结冰体，如果捕捉到涂料的反射信号为0，则为海水淹没，此时行走式船舶除冰监测装置会更换行走路线，如果捕捉到涂料反射信号大于0低于设定好的反射信号指标时则前方有结冰体，此时行走式船舶除冰监测装置会停止前进，开启微波振动器8和红外加热装置7进行除冰，待冰体融化则行走式船舶除冰监测装置开始继续行走进行探测工作，如图2所示。

如图3所示，光带涂料在船裸露室外空气的船体四周及甲板上成“W”或“米”字状分布，行走式船舶除冰监测装置沿光带涂料轨道成“W”或“米”字型行走，这样设置能够使除冰监测范围更大，且能够准确捕捉定位需要除冰的位置，达到精确除冰。当探头探测到全部反射即反射信号为100，行走式船舶除冰监测装置继续前进，如果反射信号为0，行走式船舶除冰监测装置会沿着反方向向来的路线行走，直至移动至“W”或“米”路线的焦点处，切换到另外的轨道，由于超过焦点的海上船舶是无法正常航行的，所以将焦点设置在船的最大吃水深度位置，若焦点都被海水淹没则小车返回至初始出发位置。

如图4所示，船舶除冰监测系统将覆盖全船在低温航行环境下，实时监测船体容易结冰的方位，确保船员行情过程中的安全，也降低船舶航行阻力同时降低了船舶的能耗。当监测系统发现结冰现象会发出警告，自动/手动切换至除冰模式，此时本发明行走式船舶除冰监测装置会接收到行走指令前往在结冰区域进行除冰，当红外传感器采集的数据表明温度上升且冰雪融化，则服务器发送停止除冰命令，同时船员可以实时观察到船体易结冰部位的结冰情况。

船舶除冰监测系统由监控终端及上位机软件两部分组成。监控终端主要负责采集船体表面覆冰状况数据，采集的数据应包括船体表面所处环境的温度、相对湿度以及覆冰厚度。上位机软件主要负责从终端读取实时监测数据，判断船体表面是否需要防冰或融冰，其通过RS485串口线发送至无线DTU，再由无线DTU以透传的方式将数据发送至服务器。服务器对接收到的数据进行分析判断路面是否结冰，若确认船舶面结冰，则服务器发送除冰命令，红外加热装置7与微波振动器8开始工作进行除冰。当红外传感器采集的数据表明温度上升且冰雪融化，则服务器发送停止除冰命令。

船舶除冰监测系统现场数据监测使用FP-X系列PLC完成除冰液加热过程参数的状态采集，PLC的通信插件与GPRSDTU直接相连，通过RS485将采集数据以协议数据帧的格式定时发送到GPRS网络中，同时将数据信息利用GPRS网络发送至Internet网络，远程监控中心通过地址接入方式把Internet网络数据透明传输到远程监控中心的数据库；同时PLC响应监控中心发来的控制指令，以完成本发明行走式船舶除冰监测装置的现场控制。PLC与船舶除冰监测装置车体内部的自动控制芯片3进行通信，并向其发出命令，PLC和自动控制芯片3通过数字输入/输出引脚进行连接，通过信号的高低电平来进行通信，PLC通过配置引脚的状态，向自动控制芯片3发送命令或控制信号，实现对自动控制芯片3的监控、数据传输和命令传递等功能。本系统主要涉及方波发生器、驱动电路、发光二极管、前置放大器、带通滤波器、同步积分器、相关检测器几部分。由红外传感器采集到的初始信号通过光电二极管→前置放大器→带通滤波器→同步积分器→结冰检测器→RS485串口线→无线DTU→船舶除冰监测中心，最终由监测系统向本发明行走式船舶除冰监测装置发出除冰的命令信号，完成全自动除冰的全过程，此过程也可以通过平台监控摄像，向本发明行走式船舶除冰监测装置手动发出除冰的命令信号。

Claims (8)

1.一种行走式船舶除冰监测装置，包括设有万向轮（10）的车体（1），其特征在于：所述车体（1）通过设置在其底部的电磁铁（9）吸附在船体上并可在船体上行走，车体（1）前后均设有能够识别涂料轨道的光学探头（2），所述涂料轨道由内部设有固定元素代码的光带涂料涂装而成，所述光学探头（2）利用光带涂料的反光性能识别并匹配其内部的元素代码，车体（1）内部还设有能够控制所述除冰监测装置沿船体表面的涂料轨道行走的自动控制芯片（3），所述自动控制芯片（3）同时也控制用来振动破冰的微波振动器（8）和用来加热融冰的红外加热装置（7），所述车体（1）顶部设有监测船体冰层状况的红外监测装置以及用来传递冰层信息和装置位置信息的网络上传模块（4）。

2.根据权利要求1所述的一种行走式船舶除冰监测装置，其特征在于：所述涂料轨道呈“w”型均匀覆盖在船体表面需要除冰的位置。

3.根据权利要求1所述的一种行走式船舶除冰监测装置，其特征在于：所述红外监测装置包括红外监测摄像头（5）以及红外线发射头（6）。

4.根据权利要求3所述的一种行走式船舶除冰监测装置，其特征在于：所述红外监测摄像头（5）利用接收到的船体表面红外反射信号的强度分辨涂料轨道前方是否被海水淹没或者出现结冰。

5.根据权利要求1所述的一种行走式船舶除冰监测装置，其特征在于：所述红外加热装置（7）设置在微波振动器（8）的上方。

6.一种行走式船舶除冰监测系统，其特征在于：包括如权利要求1-5任一项所述的行走式船舶除冰监测装置。

7.根据权利要求6所述的一种行走式船舶除冰监测系统，其特征在于：所述除冰监测系统中设有能够对自动控制芯片（3）发送除冰/行走指令的可编程逻辑控制器。

8.根据权利要求6所述的一种行走式船舶除冰监测系统，其特征在于：所述除冰监测系统将数据信息利用GPRS网络发送至Internet网络再上传至船舶除冰监测中心。