本發明涉及內河船舶載重測量技術領域，具體涉及內河船舶載重測量系統及其測量方法。
背景技術：
傳統的船舶載重測量依據船舶(吃水線)載重標志線與船舶載重經驗系數估算得到的，測量吃水后經過查閱有關船舶曲線圖和計算，可以求得該船當時的排水量和載重量。目前常用的載重測量有人工觀測，超聲波測量，壓力測量，電子水尺，激光水位計，圖像處理技術等。
人工觀測，就是依靠經過長期訓練的觀察人員通過觀測船舶的水尺標志而獲得船舶的實際吃水，進行人工觀測人工記錄人工比對。這種載重測量方法的優點是簡單方便，不需要增加額外測量設備，缺點是觀測往往帶有主觀性，誤差大。
超聲波載重測量就是依據超聲波測距原理，以船體舷邊甲板為基準測量船舶吃水，將超聲波傳感器經一測量支架懸掛于船體舷邊，通過測量超聲波回波返回的時間，根據當時當地聲速，測得船體主甲板至水面的距離等參數，計算出吃水值，并搜索船舶載重量數據文件，得到船舶載重量。超聲波測量的精度受諸多因素的影響，但聲速的誤差直接影響測量的精度，而聲速又與介質密度有關，在空氣中空氣密度受溫度影響較大。除此之外，該傳感器很難安裝在船舶合適的地方，推廣困難。
水深的變化可以通過水壓的變化反映出來，利用這一特性，在船舶空載吃水線的位置上安裝壓力傳感器，當船舶載貨后吃水變深，根據壓力傳感器獲得的數值，經過換算后，既可得出船舶的吃水深度。這種方法的優點是可以在線、實時測量船舶的重量，其準確度相對較高，但可操作性差，其原因是壓力傳感器測量船舶吃水深度需要將壓力傳感器直接安裝在船體外側，而內河船舶結構多樣，船身均為鋼板結構，傳感器不允許焊接在船身或船舷上，因此這種方法雖然可以準確測量，但無法推廣到內河船舶上應用。
電子水尺的基本工作原理是利用水的導電性，采用類似于人工觀測水位的方法。它是自上而下依次讀取每個感應觸點即探針的電導。在探測到探針和水面接觸的位置，探針間的電導會突變增大從而確定水位值。專利文獻“一種內河船舶載重測量裝置”即為基于這種方法設計的。由于電子水尺的電子測量部件直接和水體接觸，容易被外界環境破壞，并且電子線路不宜布置。所以電子水尺很少在船舶上應用。
激光水位計的測量原理類似于超聲波測量，利用光速的不變性，通過測量激光光束往返的時間，間接獲得當時的水位信息。文獻“手持式智能船舶吃水及載重測量儀研制”以及“一種新型智能化船舶水尺檢測儀”是采用激光技術設計的。雖然激光的指向性相對超聲波而言更為集中，但易受水面漂浮物的影響，同時激光反射的強度受反射界面及空氣介質狀況的影響較大，如果持續使用難以消除影響，而且，激光傳感器也無法在船舶的船舷上安裝，因此適合手持式臨時使用。
采用處理圖像來自動測量船舶水尺刻度，通過對水尺的視頻圖像進行的分析，稱為圖像測量方法。船舷上的刻度字，可以由計算機自動判別進行讀數、識別，這樣既可以完整地一記錄整個觀測階段的水尺刻度和吃水線位置，使后續的數據處理成為可能。文獻《圖象處理技術在船舶吃水自動檢測系統中的應用》和《船舶水尺吃水值檢測方法研究》就是基于圖像處理設計的一種電子水尺儀。這種方法采用的數據采集圖像傳感器可以安裝的范圍較大，比如船舶駕駛艙頂部，但在內河河道里，很多航道閘門限制船舶高度，內河船舶為了達到限高范圍之內往往會臨時拆除駕駛艙，這樣反復動作必然影響傳感器的測量精度，理論上測量系統需要重新標定，因此，基于圖像處理的載重測量方法也不能在內河船舶上適用。
上述的載重量測量方法，人工觀測法無法實現在線測量，采用各種傳感器直接測量載重量方法，其在實際應用中無法在內河船舶的外圍找到安裝傳感器的位置，導致不能實現載重量的測量。
技術實現要素：
本發明是為了解決現有船舶載重測量存在的不足，針對內河河道河面狹小，航道固定，河流流速變化小的特點，通過測量船舶的行駛軌跡、船舶行駛航速和船舶耗油量來獲取當前船舶載重的測量系統及其測量方法，該方法結構簡單，安裝方便，可以克服已有技術在船舶外圍無法安裝傳感器的缺陷。
以上技術問題是通過下列技術方案解決的：
內河船舶載重測量系統，包括分別設置在船舶上的油耗傳感器、轉速傳感器、無線模塊、衛星定位模塊、微控制器、顯示器、存儲器以及計時器，還包括設置在港航管理中心的上位機服務器；所述油耗傳感器、轉速傳感器、無線模塊、衛星定位模塊、顯示器、存儲器和計時器分別與微控制器連接，所述微控制器通過無線模塊與上位機服務器無線連接。
一種適用于內河船舶載重測量系統的測量方法，所述測量方法的測量過程如下：
預先在上位機服務器中存儲被測內河航道位置區域的航道順逆流修正系數h；
預先在存儲器中存儲有當前船舶的船舶型號、船舶自重m和若干個標定吃水深度ti所分別對應的標定載重量wi；
轉速傳感器測得發動機轉速n，當轉速n不為零時，微控制器通過衛星定位模塊每隔1分鐘獲取船舶位置信息，然后根據船舶的軌跡點計算船舶行駛的里程；
微控制器根據船舶在航道的航行軌跡，確定船舶航行方向和位置，然后將航行方向和位置信息通過無線模塊發送給上位機服務器，上位機服務器根據所獲取的船舶信息，將預先存儲在服務器中的該點航道的順逆流修正系數發送給微控制器。
在微控制器的控制下，通過衛星定位模塊測量船舶的行駛里程為e，通過計時器獲取行駛時間為t，通過e/t即可獲得船舶行駛中的平均航速v，通過油耗傳感器測量船舶行駛中的耗油量l；
通過船舶的吃水深度公式計算出船舶的當前吃水深度t，微控制器先確定當前吃水深度t在存儲器中存儲的標定數據的區間ti-1，ti+1范圍，然后根據ti-1，ti+1與wi-1，wi+1的線性對應關系，將當前吃水深度t代入該區間的線性直線進行計算，得出載重量，在顯示器中顯示；并借助無線模塊將計算出的船舶載重量上傳到上位機服務器中。
本發明結構簡單，安裝方便，可以克服已有技術在船舶外圍無法安裝傳感器的缺陷。既可以讓船舶操作員掌握當前船舶載重量，也可以讓船舶管理人員實時掌握船舶的載重量，為船舶的管理帶來方便。
作為優選，所述油耗傳感器安裝在船舶發動機的進油管道中。
作為優選，所述轉速傳感器安裝在船舶發動機處的轉速測量位置。
作為優選，所述衛星定位模塊為gps模塊。
作為優選，船舶在一定時間所消耗的燃油量為l，其傳遞到船舶發動機的能量可表示為：
q＝k1*l(1)
k1＝4.18ρ柴油*c*η柴油為能量轉換系數，ρ柴油為柴油的密度，c為柴油的熱容量，η柴油為柴油燃燒的轉換效率，可見ρ柴油、c、η柴油均為常數；
根據能量轉換和傳遞原理，考慮發動機的轉換效率以及傳動機構的傳遞效率，內河航道的順逆流因素，將柴油所消耗的能量折算到船舶發動機的有效功率為：
pe＝(k1*l*η發動機*η傳動*h)/t(2)
其中，t為測量段的船舶行駛時間，η發動機為發動機轉換效率，η傳動為船舶傳動機構傳遞效率，h為航道順逆流修正系數。
又由于船舶的主機有效功率與船舶排水量以及航速的關系如下式所示：
pe＝(δ2/3*v3)/ce(3)
其中，δ為船舶的排水量，v為船舶航速，ce為船舶的海軍常數；
由式(2)、(3)可得船舶柴油消耗量和排水量以及航速的關系，得：
(l/t)*k1*η發動機*η傳動*h*ce＝δ2/3*v3(4)
對于已經設計出廠的船舶，式(4)中的k1、η發動機、η傳動以及ce均為常數，h在測量時間內也為常數，故令k2＝η發動機*η傳動*ce*h，則得：
(l/t)*k1*k2＝δ2/3*v3.(5)
又根據船舶原理，船舶的排水量和吃水深度的關系為：
δ＝ρ*cb*llbp*b*t(6)
其中，ρ為水的密度，cb船舶的方形系數，llbp為船舶垂線間長，b為船舶型寬，t為吃水深度；船舶定型后，ρ、cb、llbp、b均為常數，設k3＝ρ*cb*llbp*b；
根據式(5)、(6)可得船舶的當前吃水深度公式為：
t2/3＝(l*k1*k2)/(t*k32/3*v3)(7)
可見，獲得船舶行駛過程所花費的時長t、行駛過程中的耗油量l、船舶行駛航速v以及船舶定型后的相關常數，即可由式(7)獲取船舶的吃水深度t。
作為優選，如果船舶的當前吃水深度t落在預先存儲在存儲器中的某兩個標定吃水深度ti-1和ti+1之間；
則將標定吃水深度ti-1和與該標定吃水深度ti-1對應的載重量wi-1設定為二維平面上的一個點a，即點a(ti-1，wi-1)；將標定吃水深度ti+1和與該標定吃水深度ti+1對應的載重量wi+1設定為二維平面上的另一個點b，即點b(ti+1，wi+1)；
利用點a(ti-1，wi-1)與b(ti+1，wi+1)這兩點求取線段ab；設該線段ab的斜率為k、截距為b，將船舶的當前吃水深度t代入直線w＝k*t+b，即可獲得船舶的當前載重量w。
本發明能夠達到如下效果：
本發明結構簡單，安裝方便，可以克服已有技術在船舶外圍無法安裝傳感器的缺陷。既可以讓船舶操作員掌握當前船舶載重量，也可以讓船舶管理人員實時掌握船舶的載重量，為船舶的管理帶來方便。
附圖說明
圖1是本發明的一種電路原理連接結構示意框圖。
具體實施方式
下面結合附圖與實施例對本發明作進一步的說明。
實施例，內河船舶載重測量系統，參見圖1所示，包括分別設置在船舶上的油耗傳感器1、轉速傳感器2、無線模塊3、衛星定位模塊4、微控制器5、顯示器6、存儲器7以及計時器8，還包括設置在港航管理中心的上位機服務器9；所述油耗傳感器、轉速傳感器、無線模塊、衛星定位模塊、顯示器、存儲器和計時器分別與微控制器連接，所述微控制器通過無線模塊與上位機服務器無線連接。
一種適用于內河船舶載重測量系統的測量方法，所述測量方法的測量過程如下：
預先在上位機服務器中存儲被測內河航道位置區域的航道順逆流修正系數h；
預先在存儲器中存儲有當前船舶的船舶型號、船舶自重m和若干個標定吃水深度ti所分別對應的標定載重量wi；
轉速傳感器測得發動機轉速n，當轉速n不為零時，微控制器通過衛星定位模塊每隔1分鐘獲取船舶位置信息，然后根據船舶的軌跡點計算船舶行駛的里程；
微控制器根據船舶在航道的航行軌跡，確定船舶航行方向和位置，然后將航行方向和位置信息通過無線模塊發送給上位機服務器，上位機服務器根據所獲取的船舶信息，將預先存儲在服務器中的該點航道的順逆流修正系數發送給微控制器。
在微控制器的控制下，通過衛星定位模塊測量船舶的行駛里程為e，通過計時器獲取行駛時間為t，通過e/t即可獲得船舶行駛中的平均航速v，通過油耗傳感器測量船舶行駛中的耗油量l；
通過船舶的吃水深度公式計算出船舶的當前吃水深度t，微控制器先確定當前吃水深度t在存儲器中存儲的標定數據的區間ti-1，ti+1范圍，然后根據ti-1，ti+1與wi-1，wi+1的線性對應關系，將當前吃水深度t代入該區間的線性直線進行計算，得出載重量，在顯示器中顯示；并借助無線模塊將計算出的船舶載重量上傳到上位機服務器中。
船舶在一定時間所消耗的燃油量為l，其傳遞到船舶發動機的能量可表示為：
q＝k1*l(8)
k1＝4.18ρ柴油*c*η柴油為能量轉換系數，ρ柴油為柴油的密度，c為柴油的熱容量，η柴油為柴油燃燒的轉換效率，可見ρ柴油、c、η柴油均為常數；
根據能量轉換和傳遞原理，考慮發動機的轉換效率以及傳動機構的傳遞效率，內河航道的順逆流因素，將柴油所消耗的能量折算到船舶發動機的有效功率為：
pe＝(k1*l*η發動機*η傳動*h)/t(9)
其中，t為船舶通過測量河段所花費的時長，η發動機為發動機轉換效率，η傳動為船舶傳動機構傳遞效率，h為航道順逆流修正系數。
又由于船舶的主機有效功率與船舶排水量以及航速的關系如下式所示：
pe＝(δ2/3*v3)/ce(10)
其中，δ為船舶的排水量，v為船舶航速，ce為船舶的海軍常數；
由式(9)、(10)可得船舶柴油消耗量和排水量以及航速的關系，得：
(l/t)*k1*η發動機*η傳動*h*ce＝δ2/3*v3(11)
對于已經設計出廠的船舶，式(11)中的k1、η發動機、η傳動以及ce均為常數，h在測量時間內也為常數，故令k2＝η發動機*η傳動*ce*h，則得：
(l/t)*k1*k2＝δ2/3*v3(12)
又根據船舶原理，船舶的排水量和吃水深度的關系為：
δ＝ρ*cb*llbp*b*t(13)
其中，ρ為水的密度，cb船舶的方形系數，llbp為船舶垂線間長，b為船舶型寬，t為吃水深度；船舶定型后，ρ、cb、llbp、b均為常數，設k3＝ρ*cb*llbp*b；
根據式(12)、(13)可得船舶的當前吃水深度公式為：
t2/3＝(l*k1*k2)/(t*k32/3*v3)(14)
可見，獲得船舶行駛過程所花費的時長t、行駛過程中的耗油量l、船舶行駛航速v以及船舶定型后的相關常數，即可由式(14)獲取船舶的吃水深度t。
如果船舶的當前吃水深度t落在預先存儲在存儲器中的某兩個標定吃水深度ti-1和ti+1之間；
則將標定吃水深度ti-1和與該標定吃水深度ti-1對應的載重量wi-1設定為二維平面上的一個點a，即點a(ti-1，wi-1)；將標定吃水深度ti+1和與該標定吃水深度ti+1對應的載重量wi+1設定為二維平面上的另一個點b，即點b(ti+1，wi+1)；
利用點a(ti-1，wi-1)與b(ti+1，wi+1)這兩點求取線段ab；設該線段ab的斜率為k、截距為b，將船舶的當前吃水深度t代入直線w＝k*t+b，即可獲得船舶的當前載重量w。
上面結合附圖描述了本發明的實施方式，但實現時不受上述實施例限制，本領域普通技術人員可以在所附權利要求的范圍內做出各種變化或修改。