黃彪斌 賴華海 周立群 程永林

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

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī);船舶水尺;水尺計(jì)重;水尺觀測(cè)

1引言

隨著大宗散貨貿(mào)易的不斷發(fā)展，我國(guó)與印度尼西亞、菲律賓、越南等東南亞國(guó)家的往來(lái)日益頻繁，不斷從這些國(guó)家進(jìn)口煤炭來(lái)滿足國(guó)內(nèi)能源需要。2019年我國(guó)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(shì)，成為此類大宗商品的主要貿(mào)易運(yùn)輸方式[2]。水尺計(jì)重作為國(guó)際上各大港口散裝船舶普遍采取的一種貨物計(jì)重方法，越來(lái)越受到人們的關(guān)注。

水尺計(jì)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(jì)重方法，不僅計(jì)重快速、成本低廉，而且可以有效避免計(jì)重過(guò)程中的損耗誤差，其計(jì)量結(jié)果也是商品交接、結(jié)算、理賠、計(jì)算運(yùn)費(fèi)和通關(guān)計(jì)稅的依據(jù)[3]。在計(jì)算船舶載運(yùn)貨物重量的過(guò)程中，承運(yùn)船舶裝載或卸載前、后的吃水觀測(cè)是水尺計(jì)重的基礎(chǔ)，也是影響水尺計(jì)重結(jié)果的關(guān)鍵因素[4-5]。傳統(tǒng)的吃水觀測(cè)，通常是水尺計(jì)重人員通過(guò)租用小船或者攀爬軟梯接近船舶水尺標(biāo)志觀測(cè)船舶六面吃水，不僅成本高、耗時(shí)長(zhǎng)，而且難以保障作業(yè)人員安全[6]。

近年來(lái)，無(wú)人機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展，無(wú)人機(jī)品牌型號(hào)層出不窮，面向場(chǎng)景的專業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)也應(yīng)運(yùn)而生，無(wú)人機(jī)已逐漸應(yīng)用于水尺計(jì)重領(lǐng)域。有必要根據(jù)其應(yīng)用情況，分析無(wú)人機(jī)用于水尺觀測(cè)存在的問(wèn)題，展望無(wú)人機(jī)在水尺計(jì)重領(lǐng)域的發(fā)展。

2無(wú)人機(jī)簡(jiǎn)介

無(wú)人機(jī)是利用無(wú)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(wú)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(wú)人機(jī)主要有固定翼無(wú)人機(jī)、垂直起降無(wú)人機(jī)、直升無(wú)人機(jī)、多旋翼無(wú)人機(jī)、傘翼無(wú)人機(jī)等樣式。通過(guò)衛(wèi)星導(dǎo)航[7]、慣性導(dǎo)航[8]或視覺(jué)導(dǎo)航[9]來(lái)獲取無(wú)人機(jī)位置、姿態(tài)、速度、障礙物距離等數(shù)據(jù)，實(shí)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(wú)人機(jī)的安全性與可靠性逐步提高，加之無(wú)人機(jī)具有重量輕、尺寸小、費(fèi)用低、反應(yīng)快等多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，無(wú)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(wú)人機(jī)在城市管理、電力巡檢、氣象監(jiān)測(cè)、農(nóng)業(yè)植保、搶險(xiǎn)救災(zāi)、測(cè)繪、傳染病監(jiān)控、野生動(dòng)物觀察、新聞報(bào)道、快遞投送、娛樂(lè)自拍、影視拍攝等方面應(yīng)用突出。

近年來(lái)，隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，無(wú)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(wú)人機(jī)技術(shù)逐步應(yīng)用于海事監(jiān)管、航道測(cè)繪、港口引航、船舶檢驗(yàn)、水尺計(jì)重、港口國(guó)監(jiān)督檢查和海上搜尋救助等。

3無(wú)人機(jī)水尺計(jì)重的應(yīng)用

通過(guò)租用小船或者攀爬軟梯接近船舶水尺標(biāo)志觀測(cè)船舶六面吃水的傳統(tǒng)觀測(cè)方式（見(jiàn)圖1），不但勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且工作危險(xiǎn)系數(shù)高。無(wú)人機(jī)則為船舶水尺計(jì)重工作提供了一種便捷的技術(shù)手段。相關(guān)檢驗(yàn)檢疫單位在大連港、太倉(cāng)港、嵊泗港和廣州港進(jìn)行無(wú)人機(jī)觀測(cè)吃水的試點(diǎn)應(yīng)用。

3.1無(wú)人機(jī)觀測(cè)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(cè)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(wú)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(wú)人機(jī)觀測(cè)。

無(wú)人機(jī)拍攝的水尺圖像通過(guò)圖像傳輸技術(shù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)讲倏亟K端進(jìn)行觀測(cè)。所拍攝的水尺圖像如圖3所示。

3.2無(wú)人機(jī)應(yīng)用情況

嵊泗港、太倉(cāng)港、日照港等港口曾嘗試使用大疆的“悟”、“御”、專業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)M200和斯威譜防水無(wú)人機(jī)，使用情況如下：

（1）“悟”：該款無(wú)人機(jī)可以承受6級(jí)風(fēng)，飛行時(shí)間在18分鐘左右，但是該款無(wú)人機(jī)沒(méi)有自主避障系統(tǒng)。

（2）“御”：該款無(wú)人機(jī)具有自主避障系統(tǒng)，且體積小、便于攜帶，飛行時(shí)間在21分鐘左右，可以承受4級(jí)風(fēng)。

（3）“M200”：該款專業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)，具有自主避障和機(jī)載備用電池，飛行時(shí)間在28分鐘左右，可以承受5級(jí)風(fēng)。

（4）斯威譜防水無(wú)人機(jī)：該款無(wú)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(duì)較差。

4無(wú)人機(jī)水尺計(jì)重的局限

無(wú)人機(jī)在觀測(cè)船舶吃水中具有突出作用，但實(shí)際操作中仍存在亟須解決的問(wèn)題：

（1）圖像傳輸。船舶吃水觀測(cè)通過(guò)無(wú)人機(jī)圖像傳輸系統(tǒng)實(shí)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(cè)。通常，大型船舶附近電磁環(huán)境復(fù)雜，因此對(duì)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(chǎng)景下，通常需要較長(zhǎng)時(shí)間觀測(cè)船舶吃水，對(duì)無(wú)人機(jī)電池續(xù)航能力要求較高。提高無(wú)人機(jī)續(xù)航能力不僅可以保障無(wú)人機(jī)安全、減小墜機(jī)風(fēng)險(xiǎn)，而且可以連續(xù)觀測(cè)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(shí)，無(wú)人機(jī)搭載的鏡頭常因風(fēng)吹而漂移、轉(zhuǎn)動(dòng)，影響船舶吃水觀測(cè)。

（4）抗風(fēng)能力。風(fēng)浪較大時(shí)，無(wú)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(wú)人機(jī)觀測(cè)船舶吃水的投入使用率。

（5）防水性能。在陰雨天氣，無(wú)人機(jī)無(wú)法飛行，影響無(wú)人機(jī)觀測(cè)船舶吃水的投入使用率。

（6）夜視性能。光線較暗（夜間）時(shí)，無(wú)法使用無(wú)人機(jī)觀測(cè)船舶吃水。

5展望

隨著我國(guó)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(jì)重的重要性日益凸顯。傳統(tǒng)的吃水觀測(cè)方式耗時(shí)長(zhǎng)、成本高、安全風(fēng)險(xiǎn)大，無(wú)人機(jī)在觀測(cè)船舶吃水方面具有突出作用。隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，圖像傳輸技術(shù)、無(wú)人機(jī)續(xù)航能力、鏡頭拍攝穩(wěn)定性、無(wú)人機(jī)抗風(fēng)能力、防水性能、夜視性能將不斷提升，使用場(chǎng)景和投入使用率將不斷提高。無(wú)人機(jī)在船舶水尺計(jì)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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