無人機在水尺計重領域的應用

黃彪斌 賴華海 周立群 程永林

摘 要：隨著無人機技術的飛速發展，無人機已逐漸運用在船舶水尺計重領域，用于解決船舶水尺觀測工作中危險系數高、勞動強度大問題。本文闡述了無人機的發展，介紹了無人機在船舶水尺計重領域的應用，指出了無人機用于水尺觀測存在的主要問題，展望了無人機在水尺計重領域的應用前景。

關鍵詞：無人機;船舶水尺;水尺計重;水尺觀測

1引言

隨著大宗散貨貿易的不斷發展，我國與印度尼西亞、菲律賓、越南等東南亞國家的往來日益頻繁，不斷從這些國家進口煤炭來滿足國內能源需要。2019年我國煤炭消費量達39.39億噸[1]，煤炭進口量達3.00億噸。海運以其運量大、成本低的優勢，成為此類大宗商品的主要貿易運輸方式[2]。水尺計重作為國際上各大港口散裝船舶普遍采取的一種貨物計重方法，越來越受到人們的關注。

水尺計重是依據“阿基米德定律”確定船舶裝載或卸載貨物重量的一種計重方法，不僅計重快速、成本低廉，而且可以有效避免計重過程中的損耗誤差，其計量結果也是商品交接、結算、理賠、計算運費和通關計稅的依據[3]。在計算船舶載運貨物重量的過程中，承運船舶裝載或卸載前、后的吃水觀測是水尺計重的基礎，也是影響水尺計重結果的關鍵因素[4-5]。傳統的吃水觀測，通常是水尺計重人員通過租用小船或者攀爬軟梯接近船舶水尺標志觀測船舶六面吃水，不僅成本高、耗時長，而且難以保障作業人員安全[6]。

近年來，無人機技術飛速發展，無人機品牌型號層出不窮，面向場景的專業級無人機也應運而生，無人機已逐漸應用于水尺計重領域。有必要根據其應用情況，分析無人機用于水尺觀測存在的問題，展望無人機在水尺計重領域的發展。

2無人機簡介

無人機是利用無線電遙控設備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機，在無人駕駛的條件下，能執行空中飛行任務和負載任務。無人機主要有固定翼無人機、垂直起降無人機、直升無人機、多旋翼無人機、傘翼無人機等樣式。通過衛星導航[7]、慣性導航[8]或視覺導航[9]來獲取無人機位置、姿態、速度、障礙物距離等數據，實現穩定飛行、空中懸停、自主避障、航線規劃等功能。

隨著無人機的安全性與可靠性逐步提高，加之無人機具有重量輕、尺寸小、費用低、反應快等多項優勢，無人機已在眾多行業廣泛應用。在軍用領域，具有偵察機、靶機、察打一體機等多種機型。在民用領域，無人機在城市管理、電力巡檢、氣象監測、農業植保、搶險救災、測繪、傳染病監控、野生動物觀察、新聞報道、快遞投送、娛樂自拍、影視拍攝等方面應用突出。

近年來，隨著無人機技術的不斷進步，無人機的行業應用也在不斷擴展。在水路運輸和海事方面，無人機技術逐步應用于海事監管、航道測繪、港口引航、船舶檢驗、水尺計重、港口國監督檢查和海上搜尋救助等。

3無人機水尺計重的應用

通過租用小船或者攀爬軟梯接近船舶水尺標志觀測船舶六面吃水的傳統觀測方式（見圖1），不但勞動強度大，而且工作危險系數高。無人機則為船舶水尺計重工作提供了一種便捷的技術手段。相關檢驗檢疫單位在大連港、太倉港、嵊泗港和廣州港進行無人機觀測吃水的試點應用。

3.1無人機觀測吃水

在船舶一側靠岸停泊狀態和空曠水域停泊狀態下，分別操控無人機觀測船舶外擋3面水尺和船舶6面水尺，如圖2所示。特別地，在船舶一側靠岸停泊狀態下，由于船舶距岸邊較近且空氣亂流較多，無人機不但風行空間較小且受亂流影響飛行極不穩定，船舶內擋3面水尺不宜使用無人機觀測。

無人機拍攝的水尺圖像通過圖像傳輸技術實時傳輸到操控終端進行觀測。所拍攝的水尺圖像如圖3所示。

3.2無人機應用情況

嵊泗港、太倉港、日照港等港口曾嘗試使用大疆的“悟”、“御”、專業級無人機M200和斯威譜防水無人機，使用情況如下：

（1）“悟”：該款無人機可以承受6級風，飛行時間在18分鐘左右，但是該款無人機沒有自主避障系統。

（2）“御”：該款無人機具有自主避障系統，且體積小、便于攜帶，飛行時間在21分鐘左右，可以承受4級風。

（3）“M200”：該款專業級無人機，具有自主避障和機載備用電池，飛行時間在28分鐘左右，可以承受5級風。

（4）斯威譜防水無人機：該款無人機防水性能較好，可以水上起飛，但圖像傳輸偏弱，視頻質量相對較差。

4無人機水尺計重的局限

無人機在觀測船舶吃水中具有突出作用，但實際操作中仍存在亟須解決的問題：

（1）圖像傳輸。船舶吃水觀測通過無人機圖像傳輸系統實現，圖像傳輸的解析度、流暢性和穩定性直接影響船舶吃水觀測。通常，大型船舶附近電磁環境復雜，因此對圖像傳輸性能要求較高。

（2）電池續航。在風浪較大、船體污濁、水尺標志銹蝕等場景下，通常需要較長時間觀測船舶吃水，對無人機電池續航能力要求較高。提高無人機續航能力不僅可以保障無人機安全、減小墜機風險，而且可以連續觀測多艘船舶吃水，提高使用率。

（3）鏡頭穩定性。在風速偏高時，無人機搭載的鏡頭常因風吹而漂移、轉動，影響船舶吃水觀測。

（4）抗風能力。風浪較大時，無人機在水面上飛行穩定性較差，甚至難以平穩起飛。影響無人機觀測船舶吃水的投入使用率。

（5）防水性能。在陰雨天氣，無人機無法飛行，影響無人機觀測船舶吃水的投入使用率。

（6）夜視性能。光線較暗（夜間）時，無法使用無人機觀測船舶吃水。

5展望

隨著我國經濟的不斷發展，大宗散貨貿易將不斷提高，船舶水尺計重的重要性日益凸顯。傳統的吃水觀測方式耗時長、成本高、安全風險大，無人機在觀測船舶吃水方面具有突出作用。隨著無人機技術的不斷發展，圖像傳輸技術、無人機續航能力、鏡頭拍攝穩定性、無人機抗風能力、防水性能、夜視性能將不斷提升，使用場景和投入使用率將不斷提高。無人機在船舶水尺計重領域仍具有較大發展空間，發展前景廣闊。

參考文獻：

[1]國家統計局. 中華人民共和國2019年國民經濟和社會發展統計公報[R]. 北京， 2020.

[2]張方，胡明豪，林航，程永林.船舶水尺計重誤差分析[J].中國水運，2020（04）：81-82.

[3]劉揚睿. 進出口商品鑒定專業基礎[M]. 北京： 中國標準出版社， 2007.

[4]張帥， 朱學海， 羅隕飛. 船舶水尺智能識別技術的研究與進展[J]. 檢驗檢疫學刊， 2019， 1（29）： 101-104.

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[6]程永林， 岳益鋒， 張方， 等. 海運電廠船舶靠岸側水尺圖像采集實驗研究[J]. 科技與創新， 2019， （22）： 55-56.

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