黄彪斌 赖华海 周立群 程永林

摘 要：随着无人机技术的飞速发展，无人机已逐渐运用在船舶水尺计重领域，用于解决船舶水尺观测工作中危险系数高、劳动强度大问题。本文阐述了无人机的发展，介绍了无人机在船舶水尺计重领域的应用，指出了无人机用于水尺观测存在的主要问题，展望了无人机在水尺计重领域的应用前景。

关键词：无人机;船舶水尺;水尺计重;水尺观测

1引言

随着大宗散货贸易的不断发展，我国与印度尼西亚、菲律宾、越南等东南亚国家的往来日益频繁，不断从这些国家进口煤炭来满足国内能源需要。2019年我国煤炭消费量达39.39亿吨[1]，煤炭进口量达3.00亿吨。海运以其运量大、成本低的优势，成为此类大宗商品的主要贸易运输方式[2]。水尺计重作为国际上各大港口散装船舶普遍采取的一种货物计重方法，越来越受到人们的关注。

水尺计重是依据“阿基米德定律”确定船舶装载或卸载货物重量的一种计重方法，不仅计重快速、成本低廉，而且可以有效避免计重过程中的损耗误差，其计量结果也是商品交接、结算、理赔、计算运费和通关计税的依据[3]。在计算船舶载运货物重量的过程中，承运船舶装载或卸载前、后的吃水观测是水尺计重的基础，也是影响水尺计重结果的关键因素[4-5]。传统的吃水观测，通常是水尺计重人员通过租用小船或者攀爬软梯接近船舶水尺标志观测船舶六面吃水，不仅成本高、耗时长，而且难以保障作业人员安全[6]。

近年来，无人机技术飞速发展，无人机品牌型号层出不穷，面向场景的专业级无人机也应运而生，无人机已逐渐应用于水尺计重领域。有必要根据其应用情况，分析无人机用于水尺观测存在的问题，展望无人机在水尺计重领域的发展。

2无人机简介

无人机是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，在无人驾驶的条件下，能执行空中飞行任务和负载任务。无人机主要有固定翼无人机、垂直起降无人机、直升无人机、多旋翼无人机、伞翼无人机等样式。通过卫星导航[7]、惯性导航[8]或视觉导航[9]来获取无人机位置、姿态、速度、障碍物距离等数据，实现稳定飞行、空中悬停、自主避障、航线规划等功能。

随着无人机的安全性与可靠性逐步提高，加之无人机具有重量轻、尺寸小、费用低、反应快等多项优势，无人机已在众多行业广泛应用。在军用领域，具有侦察机、靶机、察打一体机等多种机型。在民用领域，无人机在城市管理、电力巡检、气象监测、农业植保、抢险救灾、测绘、传染病监控、野生动物观察、新闻报道、快递投送、娱乐自拍、影视拍摄等方面应用突出。

近年来，随着无人机技术的不断进步，无人机的行业应用也在不断扩展。在水路运输和海事方面，无人机技术逐步应用于海事监管、航道测绘、港口引航、船舶检验、水尺计重、港口国监督检查和海上搜寻救助等。

3无人机水尺计重的应用

通过租用小船或者攀爬软梯接近船舶水尺标志观测船舶六面吃水的传统观测方式（见图1），不但劳动强度大，而且工作危险系数高。无人机则为船舶水尺计重工作提供了一种便捷的技术手段。相关检验检疫单位在大连港、太仓港、嵊泗港和广州港进行无人机观测吃水的试点应用。

3.1无人机观测吃水

在船舶一侧靠岸停泊状态和空旷水域停泊状态下，分别操控无人机观测船舶外挡3面水尺和船舶6面水尺，如图2所示。特别地，在船舶一侧靠岸停泊状态下，由于船舶距岸边较近且空气乱流较多，无人机不但风行空间较小且受乱流影响飞行极不稳定，船舶内挡3面水尺不宜使用无人机观测。

无人机拍摄的水尺图像通过图像传输技术实时传输到操控终端进行观测。所拍摄的水尺图像如图3所示。

3.2无人机应用情况

嵊泗港、太仓港、日照港等港口曾尝试使用大疆的“悟”、“御”、专业级无人机M200和斯威谱防水无人机，使用情况如下：

（1）“悟”：该款无人机可以承受6级风，飞行时间在18分钟左右，但是该款无人机没有自主避障系统。

（2）“御”：该款无人机具有自主避障系统，且体积小、便于携带，飞行时间在21分钟左右，可以承受4级风。

（3）“M200”：该款专业级无人机，具有自主避障和机载备用电池，飞行时间在28分钟左右，可以承受5级风。

（4）斯威谱防水无人机：该款无人机防水性能较好，可以水上起飞，但图像传输偏弱，视频质量相对较差。

4无人机水尺计重的局限

无人机在观测船舶吃水中具有突出作用，但实际操作中仍存在亟须解决的问题：

（1）图像传输。船舶吃水观测通过无人机图像传输系统实现，图像传输的解析度、流畅性和稳定性直接影响船舶吃水观测。通常，大型船舶附近电磁环境复杂，因此对图像传输性能要求较高。

（2）电池续航。在风浪较大、船体污浊、水尺标志锈蚀等场景下，通常需要较长时间观测船舶吃水，对无人机电池续航能力要求较高。提高无人机续航能力不仅可以保障无人机安全、减小坠机风险，而且可以连续观测多艘船舶吃水，提高使用率。

（3）镜头稳定性。在风速偏高时，无人机搭载的镜头常因风吹而漂移、转动，影响船舶吃水观测。

（4）抗风能力。风浪较大时，无人机在水面上飞行稳定性较差，甚至难以平稳起飞。影响无人机观测船舶吃水的投入使用率。

（5）防水性能。在陰雨天气，无人机无法飞行，影响无人机观测船舶吃水的投入使用率。

（6）夜视性能。光线较暗（夜间）时，无法使用无人机观测船舶吃水。

5展望

随着我国经济的不断发展，大宗散货贸易将不断提高，船舶水尺计重的重要性日益凸显。传统的吃水观测方式耗时长、成本高、安全风险大，无人机在观测船舶吃水方面具有突出作用。随着无人机技术的不断发展，图像传输技术、无人机续航能力、镜头拍摄稳定性、无人机抗风能力、防水性能、夜视性能将不断提升，使用场景和投入使用率将不断提高。无人机在船舶水尺计重领域仍具有较大发展空间，发展前景广阔。

參考文献：

[1]国家统计局. 中华人民共和国2019年国民经济和社会发展统计公报[R]. 北京， 2020.

[2]张方，胡明豪，林航，程永林.船舶水尺计重误差分析[J].中国水运，2020（04）：81-82.

[3]刘扬睿. 进出口商品鉴定专业基础[M]. 北京： 中国标准出版社， 2007.

[4]张帅， 朱学海， 罗陨飞. 船舶水尺智能识别技术的研究与进展[J]. 检验检疫学刊， 2019， 1（29）： 101-104.

[5]沙宝银， 牛一村， 滕灵芝. 煤炭运输船水尺计重技术现状及发展趋势[J]. 煤炭技术， 2019， 38（12）： 182-184.

[6]程永林， 岳益锋， 张方， 等. 海运电厂船舶靠岸侧水尺图像采集实验研究[J]. 科技与创新， 2019， （22）： 55-56.

[7]Jo Gwang Hee， Lee Ju Hyun， Noh Jae Hee， et al. Acqui-sition and tracking performance of satellite navigation system signal using tiered differential polyphase code[J]. Annual of Navigation， 2019， 26（1）： 5-11.

[8]石鹏， 赖际舟， 吕品， 等. 复杂环境下微小飞行器惯性/激光雷达Robust-SLAM方法[J]. 导航定位与授时， 2019， 6（1）： 14-21.

[9]Le Thang M， Zhornitsky Simon， Wang Wuyi， et al. Posterior cingulate cortical response to active avoidance mediates the relationship between punishment sensitivity and problem drinking[J]. The Journal of neuroscience： the official journal of the Society for Neuroscience， 2019， 39（32）： 6354-6364.