王茹軍 陳 俊 熊 輝 陳 亮

（1.長江海事局 武漢 430016； 2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳研究生院 深圳 518055）

目前，國內(nèi)內(nèi)河船舶“超吃水”現(xiàn)象比較嚴(yán)重，主要是由于超載導(dǎo)致了“超吃水”。船舶“超吃水”航行一般是指船舶在航行過程中超過了航道的維護(hù)水深，富余水深不夠裝載航行。船舶“超吃水”航行的危害巨大，不僅會危害船體本身，對船員生命也造成一定的威脅；一旦船舶發(fā)生擱淺，就會使原有航道的水流方向發(fā)生改變，導(dǎo)致部分區(qū)域泥沙堆積，造成阻航甚至航道斷航的狀況，影響航道的安全和暢通［1］。

船舶“超吃水”極易在淺、險、彎、窄航道內(nèi)造成擱淺及其他水上交通事故，擱淺后將改變船舶周圍水流的流速、流向、流態(tài)，加之處于淺、窄、彎曲河段，使航道內(nèi)泥沙淤積、束窄航槽、河床不正常地演變等一系列連鎖式破壞，不僅惡化航道條件，影響其他船舶的安全航行，同時造成自身巨額經(jīng)濟(jì)損失［2］。該現(xiàn)象出現(xiàn)的主要原因是少數(shù)船舶為了經(jīng)濟(jì)效益，在吃水遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過所經(jīng)航段水深而不采取減載措施的情況下，仍然冒險航行；客觀條件上，枯水期長江中游航道條件差，富余水深不多［3］。

目前治理“超載”“超吃水”的措施主要是靠海事部門在船舶簽證時，嚴(yán)查船舶證書，核對船舶干舷高度、吃水深度；同時，加強(qiáng)現(xiàn)場巡航、巡查力度，并強(qiáng)化安全宣傳。這種治理方式海事部門投入了巨大的人力、物力、財力，無形中增加了海事管理的成本。

1 “超吃水”檢測主要方法

1.1 人工檢測

人工觀測主要是由工作人員上船讀取船舶吃水線標(biāo)尺讀數(shù)。在進(jìn)行檢測時，測量船舶停在某個地方，然后測量人員上船測量或者乘小艇靠近被測船舶測量。測量數(shù)據(jù)包括船舶左右船首、船中、船尾6處吃水線標(biāo)尺的讀數(shù)，然后根據(jù)公式計算出被測船舶的實際吃水量。人工檢測方法有很大的局限性：一方面由于能見度不良、水面波動等不利因素，導(dǎo)致讀取水尺讀數(shù)時存在的誤差較大，甚至有一些船舶老化后，吃水線模糊不清，很難辨認(rèn)；另一方面，測量時需要船舶靜止，測量時間過長會影響航道的通航效率［4］。

1.2 自動檢測

（1）基于聲吶技術(shù)的水下測量方法。聲波是能在水中遠(yuǎn)距離傳播的波動，聲吶是利用水下聲波對水中目標(biāo)進(jìn)行探測和定位識別或在水中進(jìn)行通信的技術(shù)和設(shè)備，是目前較有效的水下探測技術(shù)。根據(jù)航道的自然條件，將多個聲吶裝置信號發(fā)生器安裝在航道兩側(cè)水底位置。信號發(fā)生器測量數(shù)據(jù)后傳輸至上位機(jī)進(jìn)行處理和圖形顯示［5］。

（2）基于超聲波陣列的水下船舶吃水自動檢測系統(tǒng)。超聲波指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測量。由于單個超聲波傳感器測量誤差較大，本方法安裝超聲波傳感器陣列，檢測覆蓋范圍全面，誤差也較小［6］。超聲波傳感器采集到信息后通過以太網(wǎng)絡(luò)傳給集控式服務(wù)器，結(jié)合VTS信息自動判斷船舶是否“超吃水”。

（3）基于DSP的船舶水尺檢測系統(tǒng)。利用CCD攝像機(jī)采集視頻信號，然后在DSP芯片中對收集的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，壓縮后的信息通過以太網(wǎng)傳到上位機(jī)。完成圖像數(shù)據(jù)的實時采集、處理與傳輸。該系統(tǒng)利用水平投影的方法得到水平面距離水尺刻度字邊緣的距離，再結(jié)合人工檢測的結(jié)果，最后分析出水尺刻度的精確值［7］。

1.3 對比分析

對上述列舉的檢測進(jìn)行總結(jié)分析，見 表1。

表1 吃水深度檢測方法一覽表

2 基于激光雷達(dá)的干舷高度測量系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)設(shè)計

考慮到水下檢測設(shè)備容易受水底砂石、水草等影響，本系統(tǒng)的檢測設(shè)備布設(shè)在橋梁下（見圖1），測量過往船舶的干舷高度，實行機(jī)動式的監(jiān)測。實際船舶干舷高度一般是指沿舷側(cè)自水線面量至上層連續(xù)甲板（干舷甲板）邊線的垂直距離；實際船舶吃水深度一般是指沿舷側(cè)自水線面量至船舶底部最低點的垂直距離。本系統(tǒng)采用激光雷達(dá)［8］作為吃水監(jiān)測的核心設(shè)備，傳感器可以對在航船舶船舷進(jìn)行測繪并快速獲取船舶舷側(cè)的3D圖像數(shù)據(jù)，通過軟件處理后與船舶基礎(chǔ)數(shù)據(jù)比對，判定船舶是否超載和“超吃水”。一旦發(fā)現(xiàn)吃水深度達(dá)到預(yù)警設(shè)置值，則記錄保存下船舶的數(shù)據(jù)信息和圖像信息并進(jìn)行報警。系統(tǒng)測量示意見圖1。

圖1 測量示意圖

2.2 工作流程

（1）預(yù)先在電子航道圖中標(biāo)定監(jiān)控線所在的位置。當(dāng)船舶經(jīng)過該監(jiān)控線附近時，監(jiān)測系統(tǒng)會發(fā)出指令讓AIS信號接收器不間斷地接收AIS信號，由AIS數(shù)據(jù)處理器在船舶動態(tài)數(shù)據(jù)庫中記錄船舶動態(tài)數(shù)據(jù)，包括船名、船舶呼號、經(jīng)緯度坐標(biāo)、航向、航速、目的港等。也就是說在確定的時間點，船舶的位置也是確定的。通過AIS關(guān)于航向（上、下水）、位置和船舶長度的3項數(shù)據(jù)信息，準(zhǔn)確獲取船舶的真實船名，然后向監(jiān)測系統(tǒng)各設(shè)備發(fā)出船舶進(jìn)入監(jiān)控指令。針對不開AIS的部分船舶，可用視頻監(jiān)控及傳感器獲取該船舶的圖像數(shù)據(jù)與當(dāng)前行駛時間的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，同時向系統(tǒng)發(fā)出船舶進(jìn)入監(jiān)控指令。

（2）服務(wù)器監(jiān)測程序。在接收到“船舶駛?cè)搿敝噶詈螅瑔蛹す鈧鞲衅?，進(jìn)行距離測量，激光傳感器的數(shù)據(jù)，通過COM口傳回到服務(wù)器。然后依據(jù)激光傳感器返回的數(shù)據(jù)，與AIS系統(tǒng)中所記錄的船舶信息進(jìn)行比對、分析得出當(dāng)前船舶的實際干舷高度和吃水深度。

（3）在獲取當(dāng)前船舶的實際干舷和吃水深度以后，與船舶基礎(chǔ)數(shù)據(jù)干舷值及吃水報警預(yù)設(shè)的信息進(jìn)行比對，如達(dá)到報警設(shè)置值（實際干舷超證書規(guī)定值、實際吃水超設(shè)定值），則向監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)控制信息，將船舶超載超吃水?dāng)?shù)據(jù)信息及圖像信息保存在監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中并發(fā)出相應(yīng)報警。對未開AIS船舶只能通過對比預(yù)先設(shè)定的干舷高度值（當(dāng)前最低干弦），如監(jiān)測結(jié)果低于設(shè)定的當(dāng)前最低干弦值則啟動相應(yīng)聯(lián)動報警，并保存該船通過監(jiān)測線時的相關(guān)數(shù)據(jù)和CCTV圖像信息。

（4）船舶駛過后，整個系統(tǒng)進(jìn)入待機(jī)、監(jiān)測狀態(tài)。等待下一個船舶的駛?cè)?。即轉(zhuǎn)入第一步。

3 案例研究

3.1 示范應(yīng)用概況

船舶干舷高度測量監(jiān)控系統(tǒng)于2012年8月份在岳陽海事局轄區(qū)荊岳大橋安裝測試，并在2013年1月下旬正式調(diào)試運行?，F(xiàn)以船舶超載監(jiān)控系統(tǒng)在2013年2月18日～2013年3月17日1個月內(nèi)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。該系統(tǒng)共檢測下水船舶2 504艘，檢測出超載船舶119艘，占整個船舶檢測數(shù)量的4.75%。經(jīng)對船舶超載信息進(jìn)行核實，下水砂石船舶超載數(shù)量為52艘，占整個檢測船舶數(shù)量的1.80%，船舶超載監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性顯著。

3.2 應(yīng)用效果

船舶干舷高度測量監(jiān)控系統(tǒng)在實際應(yīng)用中效果顯著，在測量精度、系統(tǒng)反應(yīng)時間、系統(tǒng)適應(yīng)性、實時性等方面有比較好的表現(xiàn)。

（1）測量精度。船舶干舷高度測量監(jiān)控系統(tǒng)采用以水面和船舶甲板面高度差為核心的激光測量方法作為監(jiān)測技術(shù)手段，以監(jiān)控視頻分析和與電子巡航系統(tǒng)握手式數(shù)據(jù)交換作為輔助技術(shù)。當(dāng)有船舶進(jìn)入系統(tǒng)監(jiān)測視頻范圍，通過視頻分析技術(shù)，船舶達(dá)到監(jiān)測視頻所設(shè)定的第一個觸發(fā)線時系統(tǒng)就向AIS系統(tǒng)發(fā)出船舶信息請求，由AIS系統(tǒng)返回船舶具體信息；當(dāng)船舶達(dá)到監(jiān)測視頻所設(shè)定的第二個觸發(fā)線時系統(tǒng)就確定參與測量的激光傳感器及測量角度，并啟動測量；最后系統(tǒng)對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行圖形分析，并綜合各數(shù)據(jù)項進(jìn)行處理，得出監(jiān)測結(jié)果。岳陽海事局工作人員對4艘船舶進(jìn)行了登船現(xiàn)場測量和系統(tǒng)測量數(shù)據(jù)比對，相關(guān)數(shù)據(jù)見表2。

表2 船舶干舷高度統(tǒng)計表cm

經(jīng)過系統(tǒng)監(jiān)測船舶干舷高度和登船實測船舶干舷高度的對比，船舶干舷值均在預(yù)期范圍內(nèi)。

（2）系統(tǒng)反應(yīng)時間。船舶通過荊岳大橋時，超載監(jiān)控系統(tǒng)開始進(jìn)行超載檢測計算，所得數(shù)據(jù)傳回系統(tǒng)服務(wù)器，在服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)比對后，得出船舶是否超載的信息，系統(tǒng)再將該信息接入電子巡航系統(tǒng)，通過圖像和聲音同時報警，經(jīng)過驗證，系統(tǒng)整個檢測、報警過程在1min內(nèi)即可完成。工作人員即通過系統(tǒng)數(shù)據(jù)表對應(yīng)圖像視頻并結(jié)合電子巡航系統(tǒng)的CCTV進(jìn)行驗證，同時指導(dǎo)現(xiàn)場進(jìn)行針對性的糾違。

（3）系統(tǒng)適應(yīng)性。船舶超載監(jiān)控系統(tǒng)自應(yīng)用以來，能夠保證全天候監(jiān)控，在大風(fēng)、大浪等惡劣天氣下，仍舊能夠?qū)爡^(qū)船舶的吃水情況進(jìn)行檢測；尤其是深夜，在海事執(zhí)法人員精神最疲憊、海事監(jiān)管最薄弱的時候，部分超載船舶為逃避海事執(zhí)法監(jiān)管，偷偷航行。采用船舶超載系統(tǒng)就能保證任何氣候條件下，任何時間的監(jiān)控，確保了下水船舶“嚴(yán)查不漏”，給超載、超吃水的船舶以強(qiáng)大的威懾力。

（4）實時性。船舶超載系統(tǒng)補(bǔ)充了現(xiàn)代化監(jiān)管力量，提高了現(xiàn)場執(zhí)法能力，加強(qiáng)了對轄區(qū)超載船舶的監(jiān)管力度。超載系統(tǒng)通過檢測發(fā)現(xiàn)超載船舶，電子巡航系統(tǒng)立即發(fā)出報警，執(zhí)法人員可以通過荊岳大橋的CCTV查看現(xiàn)場超載船舶的情況，通過電子巡航把超載船舶定位為重點監(jiān)控船舶，及時掌握船舶的動態(tài)，同時，執(zhí)法人員可以通過甚高頻電話有針對性地與超載船舶聯(lián)系，指導(dǎo)其配合調(diào)查，海巡艇也可以有方向、有目的、有證據(jù)地在現(xiàn)場進(jìn)行糾違和執(zhí)法。

4 結(jié)語

針對長江干線航道近些年來“超載”“超吃水”泛濫這一問題，本系統(tǒng)可以為管理部門快速提供通航船舶的實際船舶干舷和吃水深度，可以有效遏制船舶“超載”“超吃水”，維護(hù)了良好的通航秩序。系統(tǒng)具有測量精度高、控制靈活、實時性好、快速等諸多優(yōu)點，可廣泛用于江河湖海各類船舶的實際干舷和吃水監(jiān)測，對在航船舶實際干舷和吃水嚴(yán)格監(jiān)測和預(yù)警具有十分重要的意義。

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［3］ 李 祿.通航船舶三維吃水動態(tài)檢測技術(shù)的研究［D］.大連：大連海事大學(xué)，2012.

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