無人機(jī)在水尺計重領(lǐng)域的應(yīng)用

黃彪斌 賴華海 周立群 程永林

摘 要：隨著無人機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，無人機(jī)已逐漸運(yùn)用在船舶水尺計重領(lǐng)域，用于解決船舶水尺觀測工作中危險系數(shù)高、勞動強(qiáng)度大問題。本文闡述了無人機(jī)的發(fā)展，介紹了無人機(jī)在船舶水尺計重領(lǐng)域的應(yīng)用，指出了無人機(jī)用于水尺觀測存在的主要問題，展望了無人機(jī)在水尺計重領(lǐng)域的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：無人機(jī);船舶水尺;水尺計重;水尺觀測

1引言

隨著大宗散貨貿(mào)易的不斷發(fā)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(jìn)口煤炭來滿足國內(nèi)能源需要。2019年我國煤炭消費(fèi)量達(dá)39.39億噸[1]，煤炭進(jìn)口量達(dá)3.00億噸。海運(yùn)以其運(yùn)量大、成本低的優(yōu)勢，成為此類大宗商品的主要貿(mào)易運(yùn)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(guān)注。

水尺計重是依據(jù)“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(jié)果也是商品交接、結(jié)算、理賠、計算運(yùn)費(fèi)和通關(guān)計稅的依據(jù)[3]。在計算船舶載運(yùn)貨物重量的過程中，承運(yùn)船舶裝載或卸載前、后的吃水觀測是水尺計重的基礎(chǔ)，也是影響水尺計重結(jié)果的關(guān)鍵因素[4-5]。傳統(tǒng)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(biāo)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(yè)人員安全[6]。

近年來，無人機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展，無人機(jī)品牌型號層出不窮，面向場景的專業(yè)級無人機(jī)也應(yīng)運(yùn)而生，無人機(jī)已逐漸應(yīng)用于水尺計重領(lǐng)域。有必要根據(jù)其應(yīng)用情況，分析無人機(jī)用于水尺觀測存在的問題，展望無人機(jī)在水尺計重領(lǐng)域的發(fā)展。

2無人機(jī)簡介

無人機(jī)是利用無線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機(jī)，在無人駕駛的條件下，能執(zhí)行空中飛行任務(wù)和負(fù)載任務(wù)。無人機(jī)主要有固定翼無人機(jī)、垂直起降無人機(jī)、直升無人機(jī)、多旋翼無人機(jī)、傘翼無人機(jī)等樣式。通過衛(wèi)星導(dǎo)航[7]、慣性導(dǎo)航[8]或視覺導(dǎo)航[9]來獲取無人機(jī)位置、姿態(tài)、速度、障礙物距離等數(shù)據(jù)，實現(xiàn)穩(wěn)定飛行、空中懸停、自主避障、航線規(guī)劃等功能。

隨著無人機(jī)的安全性與可靠性逐步提高，加之無人機(jī)具有重量輕、尺寸小、費(fèi)用低、反應(yīng)快等多項優(yōu)勢，無人機(jī)已在眾多行業(yè)廣泛應(yīng)用。在軍用領(lǐng)域，具有偵察機(jī)、靶機(jī)、察打一體機(jī)等多種機(jī)型。在民用領(lǐng)域，無人機(jī)在城市管理、電力巡檢、氣象監(jiān)測、農(nóng)業(yè)植保、搶險救災(zāi)、測繪、傳染病監(jiān)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(yīng)用突出。

近年來，隨著無人機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，無人機(jī)的行業(yè)應(yīng)用也在不斷擴(kuò)展。在水路運(yùn)輸和海事方面，無人機(jī)技術(shù)逐步應(yīng)用于海事監(jiān)管、航道測繪、港口引航、船舶檢驗、水尺計重、港口國監(jiān)督檢查和海上搜尋救助等。

3無人機(jī)水尺計重的應(yīng)用

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

3.1無人機(jī)觀測吃水

在船舶一側(cè)靠岸停泊狀態(tài)和空曠水域停泊狀態(tài)下，分別操控?zé)o人機(jī)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(cè)靠岸停泊狀態(tài)下，由于船舶距岸邊較近且空氣亂流較多，無人機(jī)不但風(fēng)行空間較小且受亂流影響飛行極不穩(wěn)定，船舶內(nèi)擋3面水尺不宜使用無人機(jī)觀測。

無人機(jī)拍攝的水尺圖像通過圖像傳輸技術(shù)實時傳輸?shù)讲倏亟K端進(jìn)行觀測。所拍攝的水尺圖像如圖3所示。

3.2無人機(jī)應(yīng)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(yè)級無人機(jī)M200和斯威譜防水無人機(jī)，使用情況如下：

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

（2）“御”：該款無人機(jī)具有自主避障系統(tǒng)，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(fēng)。

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

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

4無人機(jī)水尺計重的局限

無人機(jī)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(jī)圖像傳輸系統(tǒng)實現(xiàn)，圖像傳輸?shù)慕馕龆?、流暢性和穩(wěn)定性直接影響船舶吃水觀測。通常，大型船舶附近電磁環(huán)境復(fù)雜，因此對圖像傳輸性能要求較高。

（2）電池續(xù)航。在風(fēng)浪較大、船體污濁、水尺標(biāo)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(jī)電池續(xù)航能力要求較高。提高無人機(jī)續(xù)航能力不僅可以保障無人機(jī)安全、減小墜機(jī)風(fēng)險，而且可以連續(xù)觀測多艘船舶吃水，提高使用率。

（3）鏡頭穩(wěn)定性。在風(fēng)速偏高時，無人機(jī)搭載的鏡頭常因風(fēng)吹而漂移、轉(zhuǎn)動，影響船舶吃水觀測。

（4）抗風(fēng)能力。風(fēng)浪較大時，無人機(jī)在水面上飛行穩(wěn)定性較差，甚至難以平穩(wěn)起飛。影響無人機(jī)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(jī)無法飛行，影響無人機(jī)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(jī)觀測船舶吃水。

5展望

隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，大宗散貨貿(mào)易將不斷提高，船舶水尺計重的重要性日益凸顯。傳統(tǒng)的吃水觀測方式耗時長、成本高、安全風(fēng)險大，無人機(jī)在觀測船舶吃水方面具有突出作用。隨著無人機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，圖像傳輸技術(shù)、無人機(jī)續(xù)航能力、鏡頭拍攝穩(wěn)定性、無人機(jī)抗風(fēng)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(jī)在船舶水尺計重領(lǐng)域仍具有較大發(fā)展空間，發(fā)展前景廣闊。

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