應(yīng)用無人機(jī)船臺檢驗(yàn)船舶航行信號燈的研究

匡 倩，熊元元，阮 磊

（舟山中遠(yuǎn)海運(yùn)重工有限公司，舟山316131）

1 前言

造船是一個(gè)系統(tǒng)工程，從初步設(shè)計(jì)開始一直到完工交付，每一個(gè)環(huán)節(jié)都不可缺少，每一個(gè)階段都很重要。特別是創(chuàng)新技術(shù)的應(yīng)用，殼舾涂一體化的推廣與應(yīng)用，為造船業(yè)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。中國造船業(yè)已進(jìn)入快速發(fā)展通道，加快網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用、加大科研投入、減少不必要的人力物力，用科學(xué)的造船方法提高國際競爭力是必然趨勢。無人機(jī)由于具備高效性、節(jié)能性、風(fēng)險(xiǎn)性低等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域[1]。應(yīng)用無人機(jī)在船臺階段對船舶航行信號燈進(jìn)行檢驗(yàn)工作，消除了傳統(tǒng)在海上報(bào)驗(yàn)的安全隱患及拖輪油耗等問題，也為船級社檢驗(yàn)船舶航行信號燈積累了經(jīng)驗(yàn)，為今后新造船項(xiàng)目航行燈效用檢驗(yàn)奠定了操作基礎(chǔ)。

2 船舶航行信號燈檢驗(yàn)的種類

船舶在船臺總組、搭載結(jié)束后，進(jìn)行部分舾裝作業(yè)，同時(shí)完成航行信號燈的安裝工作；在船臺階段需要對所有的航行信號燈進(jìn)行報(bào)驗(yàn)，其報(bào)驗(yàn)信號燈的種類分為：失控?zé)簟⑽簟⑾蠠簟⑽矡簟Ｔ诖_上借助無人機(jī)測量觀察失控?zé)簟⑽簟⑾蠠簟⑽矡艚嵌群涂梢姸龋瑢?bào)驗(yàn)出現(xiàn)角度或亮度有問題的航行信號燈進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)節(jié)，直至滿足船級社要求。

3 船舶航行信號燈檢驗(yàn)所需的工具和材料

船舶搭載和涂裝結(jié)束，需要在船臺上完成航行信號燈的檢驗(yàn)。配合船舶航行信號燈檢驗(yàn)所需的工具有：無人機(jī)、智能手機(jī)、5G 網(wǎng)絡(luò)、活絡(luò)扳手、全站儀、100 m 卷尺、激光筆和劃線石筆等，所需材料有：自噴漆、抹布、酒精、清潔泥等。

4 船舶航行信號燈檢驗(yàn)的方法

無人機(jī)通過遙控器的控制指令，在船舶航行信號燈檢驗(yàn)區(qū)域飛行。檢驗(yàn)前，在船臺中心線板上，沿全船長作出船體中心線[2]；根據(jù)船體中心線繪制船舶兩側(cè)的參考線，然后根據(jù)航行信號燈的角度繪制航行信號燈角度線，此角度線與參考線交點(diǎn)即為無人機(jī)的水平投影位置；本司船臺坡度為1:20，根據(jù)交點(diǎn)計(jì)算航行信號燈的水平高度，若交點(diǎn)在航行信號燈之上則需要加上坡度差，反之則要減掉坡度差；然后打開船舶航行信號燈，調(diào)整燈的角度，直至航行信號燈臨界照射角度線與無人機(jī)重合，達(dá)到檢驗(yàn)合格的標(biāo)準(zhǔn)。

船舶在船臺的俯視圖及檢驗(yàn)坐標(biāo)系，如圖1 所示。

圖1 船舶航行信號燈檢驗(yàn)點(diǎn)坐標(biāo)系

尾燈角度為135°、后桅燈角度225°、前桅燈角度225°、左右舷燈角度112.5°，在船臺兩側(cè)畫兩條對稱的參考線，確定檢驗(yàn)坐標(biāo)系A(chǔ)/A1、B/B1、C/C1、D/D1、B2/B2、B3/B3，此坐標(biāo)點(diǎn)即為無人機(jī)的垂直投影點(diǎn)，作為檢驗(yàn)基準(zhǔn)。其檢驗(yàn)方法如下：

（1）根據(jù)水平船塢還是傾斜船臺畫參考線，信號燈的角度畫位置線；

（2）水平船塢信號燈角度線與參考線交點(diǎn)無高度差，傾斜船臺則需要根據(jù)船臺坡度計(jì)算交點(diǎn)的高度差；

（3）航行信號燈的角度線與參考線的交點(diǎn)，即為無人機(jī)的水平投影位置。將信號燈的角度線與參考線的交點(diǎn)，根據(jù)現(xiàn)場放樣繪制在相應(yīng)的地面上，確定交點(diǎn)A、A1、B、B1、B2、B3、C、C1、D、D1。其中，ABCD 分別代表前桅燈、舷燈、后桅燈及尾燈的角度線；1 代表左側(cè)；無代表右側(cè)；B2、B3 為舷燈1°～3°之間燈光減弱，3°時(shí)燈光消失的位置點(diǎn)；

（4）根據(jù)航行信號燈的實(shí)際高度，確定交點(diǎn)A、A1,B、B1、B2、B3、C、C1、D、D1 的高度值：航行信號燈與參考線交點(diǎn)在坡上的，需要減掉坡度差，反之加上坡度差；

（5）交點(diǎn)及高度值就是信號燈檢驗(yàn)過程中無人機(jī)的高度位置及水平投影位置，根據(jù)無人機(jī)的位置調(diào)節(jié)航行信號燈的角度；

（6）用遙控器操作無人機(jī)，飛至指點(diǎn)的位置，通過視頻調(diào)節(jié)航行信號燈的角度；

根據(jù)上述方法，航行信號燈安裝接線結(jié)束，滿足檢驗(yàn)要求。如果不滿足要求則修改燈具底座或重新打孔，修改后進(jìn)行復(fù)檢。

檢驗(yàn)航行信號燈時(shí)，正確選取觀測位置，確保周邊空曠，避免影響無人機(jī)飛行及觀測；根據(jù)船舶在船臺建造的坐墩位置，參照廠區(qū)布置圖繪制檢測坐標(biāo)系，并對無人機(jī)飛行高度進(jìn)行標(biāo)注，出具檢驗(yàn)程序；根據(jù)點(diǎn)位圖，對觀測點(diǎn)進(jìn)行定位，必要時(shí)使用全站儀進(jìn)行輔助，用紅色自噴漆標(biāo)記；在坐標(biāo)點(diǎn)用無人機(jī)檢驗(yàn)航行信號燈角度是否滿足要求，調(diào)節(jié)輔助擋板，直至航行信號燈角度滿足規(guī)范要求。

5 船舶航行信號燈檢驗(yàn)的基準(zhǔn)

根據(jù)船舶航行信號燈角度范圍確定坐標(biāo)系后，需要通過無人機(jī)點(diǎn)對點(diǎn)進(jìn)行檢驗(yàn)，此時(shí)需要繪制檢驗(yàn)表格，舷燈首向1°～3°角觀測點(diǎn)按表格示意測量，如表1 所示。

表1 無人機(jī)檢驗(yàn)航行燈測量表

根據(jù)航行信號燈的實(shí)際高度，確定每個(gè)交點(diǎn)A、A1、B、B1、B2、B3、C、C1、D、D1 的高度值；航行信號燈的實(shí)際高度即為航行信號燈在船上實(shí)際安裝位置以船臺面為基準(zhǔn)的高度值。當(dāng)傾斜船臺時(shí)，交點(diǎn)的高度值為：航行信號燈交點(diǎn)在坡上需要減掉坡度差，反之則要加上坡度差。以后桅燈、舷燈為例，確定C、C1、B2、B3 的高度值，船臺坡度為1/20，即后桅燈高度值H2 已知，H1=C=C1=H2+N×（1/20）；根據(jù)相同方法，確定交點(diǎn)A、A1、B、B1、C、C1、的高度值。經(jīng)過計(jì)算可以看出：無人機(jī)檢驗(yàn)航行信號燈時(shí)，只要劃出參考線、確定距船體中心線的垂直距離，就可以計(jì)算出任意坐標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)值，從而確定無人機(jī)的精確飛行位置。

6 船舶舷燈的檢驗(yàn)

按照舷燈位置進(jìn)行觀測點(diǎn)位置計(jì)算：舷燈在斜船臺上高度值h1 已知，h2= B2=B3= h1- L×（1/20）；舷燈距船體中心線是固定值M，在舷燈船首方向空曠位置選取幾組參考線，距舷燈的垂直距離為30 000 mm、50 000 mm、80 000 mm、Lmm，按照船舶在塢內(nèi)的位置，在以下測試數(shù)據(jù)中選擇一組（表2），左右舷是對稱的，都需要進(jìn)行觀測并記錄；1°～3°之間燈光減弱，3°時(shí)燈光消失，3°夾角距船體中心線距離為D、1°夾角距離為E，在船首方向有一根垂直船體中線的參考線，舷燈與參考線的垂直距離為L，船舶半寬值為M，即B2= M-Ltan3°、B3= M-Ltan1°，如表2 所示。

表2 每組檢驗(yàn)數(shù)值計(jì)算表 單位：mm

根據(jù)無人機(jī)檢驗(yàn)獲取的數(shù)據(jù)與理論計(jì)算值相比，沒有大的出入即為檢驗(yàn)合格。

7 船舶航行信號燈檢驗(yàn)作業(yè)基準(zhǔn)

為了更好地規(guī)范船舶航行信號燈檢驗(yàn)的基準(zhǔn)，需要按照流程進(jìn)行施工，其檢驗(yàn)施工流程如下：

（1）船舶航行信號燈安裝接線結(jié)束，本體擋板角度正確，顏色無誤，啞光漆完工，調(diào)節(jié)擋板安裝結(jié)束，完整性滿足報(bào)驗(yàn)要求；

（2）根據(jù)船體中線，使用全站儀對航行信號燈安裝進(jìn)行檢驗(yàn)，確保平行于船體中線；

（3）如安裝不滿足要求，修改燈具底座或重新打孔，修改后進(jìn)行復(fù)檢；

（4）選取觀測位置，確保周邊空曠，避免影響無人機(jī)飛行及觀測；

（5）根據(jù)船舶坐墩位置參照廠區(qū)布置圖繪制觀測點(diǎn)坐標(biāo)系，并對無人機(jī)飛行高度進(jìn)行標(biāo)注，出具報(bào)驗(yàn)程序；

（6）根據(jù)點(diǎn)坐標(biāo)系，對觀測點(diǎn)進(jìn)行定位，必要時(shí)使用全站儀進(jìn)行輔助，用紅色自噴漆標(biāo)記；

（7）在觀測點(diǎn)用無人機(jī)檢測航行信號燈角度是否滿足要求，調(diào)節(jié)航行信號燈的輔助擋板，直至角度滿足規(guī)范要求。

（8）無人機(jī)飛行的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行校核，將最終的檢驗(yàn)數(shù)據(jù)填寫到表1、表2 中，最后提交檢驗(yàn)，經(jīng)船東、船檢、船廠三方簽字認(rèn)可，完成船舶航行信號燈在船臺的檢驗(yàn)工作。

8 結(jié)束語

應(yīng)用無人機(jī)在船臺檢驗(yàn)船舶航行信號燈的應(yīng)用研究過程中,要大膽創(chuàng)新,規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)（該風(fēng)險(xiǎn)主要包括：大霧風(fēng)險(xiǎn)、故障風(fēng)險(xiǎn)、電磁和信號干擾風(fēng)險(xiǎn)、回收風(fēng)險(xiǎn)等[3]），不斷完善優(yōu)化。通過無人機(jī)對船舶航行信號燈進(jìn)行檢驗(yàn)，節(jié)省了檢驗(yàn)時(shí)間，提高了檢驗(yàn)安全性、降低了檢驗(yàn)成本,具有重要的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。

隨著我國科技水平的不斷提升,相信在不久的未來,無人機(jī)應(yīng)用于造船檢驗(yàn)工作將更加廣泛，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)無人機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的檢驗(yàn)工作，對提高船舶建造效率起著重要的作用。