顏勝

[摘? ? 要]水尺計(jì)重是一種獲得普遍認(rèn)可的大宗散貨計(jì)重方式，但長期以來，水尺人工觀測結(jié)果的準(zhǔn)確性一直來存在爭議，對(duì)水尺計(jì)重結(jié)果的公信力造成很大的影響，也給水尺計(jì)重人員的能力評(píng)價(jià)增加難度。為了提高水尺的測量精度，解決人工水尺觀測結(jié)果存在爭議的難題，報(bào)告了一種可實(shí)現(xiàn)水位毫米級(jí)高精度測量的激光水尺測量儀發(fā)測量水尺，結(jié)果表明：測量結(jié)果與過磅值比較，相對(duì)偏差在-0.84%～-0.01%，符合船舶制表的準(zhǔn)確度在1‰以內(nèi)時(shí)，水尺計(jì)重的準(zhǔn)確度在5‰之內(nèi)的要求。因此，該方法可用于日常的船舶水尺計(jì)重中。

[關(guān)鍵詞]激光水尺測量儀;水尺計(jì)重;船舶

[中圖分類號(hào)]U693.4 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（21）04–0–03

The Application of Laser Draft Measuring Instrument for Ship， s Draft Survey

Yan? Sheng

[Abstract]Weighing by draft survey is one of the important way of determining weight of bulk cargo recognized or accepted by all parties involved on shipment， Hence? for a long time， there has been controversy or issued about the accuracy of the results of visual draft survey? which has a great impact on the credibility on draft surveys results? and It was also makes more difficult to evaluate the ability of the draft surveyors.[Objectives] In order to improve the measuring accuracy of the draft， the controversial problem of artificial draft observation results is solved，[Methods] This paper reports a kind of laser measuring instrument which can measure water level in millimeter level.[Results] The relative deviation between the measurement result and the weighing value is between -0.84%～-0.01%， which is in line with the requirement that the accuracy of the ship's meter is within 1‰ and that of the draft weight is within 5‰.[Conclusions]The method can be used in daily ship draft.

[Keywords]laser draft measuring instrument;draft weight; ship

水尺計(jì)重是航運(yùn)大宗散貨重量計(jì)算的一種非常重要的計(jì)重方式，至今已經(jīng)有接近70年的應(yīng)用歷史，在國際、國內(nèi)都獲得廣泛應(yīng)用，目前全世界每年經(jīng)水尺計(jì)重的大宗散貨數(shù)以百億噸計(jì)[1-5]。由于其快捷、高效、準(zhǔn)確度高的特點(diǎn)，特別適合大宗散貨的計(jì)重，與衡器計(jì)重一起成為了固態(tài)大宗散貨口岸重量計(jì)算的標(biāo)配。幾十年來的數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，水尺計(jì)重的結(jié)果已經(jīng)被貿(mào)易關(guān)系人廣泛接受，也被海關(guān)、保險(xiǎn)、銀行等有關(guān)各方采信，因此研究和改進(jìn)水尺計(jì)重的技術(shù)水平，對(duì)航運(yùn)貿(mào)易至關(guān)重要。

水尺計(jì)重，是通過觀測船舶首、舯、尾左右六面吃水，測量水艙、油艙和港水密度，查表計(jì)算并作數(shù)據(jù)校正得出當(dāng)次排水量，用輕載、重載兩次排水量數(shù)據(jù)相減得出裝卸貨物的重量的一種計(jì)重方式，船舶的圖表精度為1‰，港水密度測量精度為0.5‰，水艙測量精確到1 cm，油艙測量精確到毫米，水尺觀測平均吃水控制在1 cm的誤差范圍內(nèi)時(shí)，水尺計(jì)重準(zhǔn)確度是±5‰[6]。在通常情況下，風(fēng)平浪靜的情況比較少見，水尺觀測平均吃水誤差控制在1 cm的難度較大，海平面由于潮汐和風(fēng)力的作用，浪涌是很常見的，即使在港的船舶還可能會(huì)受到其他因素如水流方向、風(fēng)向、進(jìn)出港船舶形成的干涉浪的干擾，使水平面變得不穩(wěn)定，影響水尺觀測條件。在這種環(huán)境下觀測水尺，觀測誤差很難控制，對(duì)于萬噸輪船來講，TPC（t/cm）通常在幾十噸到幾百噸之間，這意味者，平均吃水每差1 cm，排水量就相差幾十到幾百噸，如果風(fēng)浪大，最終可能導(dǎo)致結(jié)果不可接受。正是由于水尺誤差對(duì)水尺計(jì)重的影響非常大，因此研究和改進(jìn)水尺測量就變得尤為重要。

目前，水尺計(jì)重采用的標(biāo)準(zhǔn)是SN/T3023.2-2012《進(jìn)出口商品重量鑒定規(guī)程第2部分：水尺計(jì)重》[7]，此標(biāo)準(zhǔn)觀測水尺是通過檢驗(yàn)員人眼的觀測獲得結(jié)果，這種方法存在兩大不確定性：一段時(shí)間內(nèi)的海浪波動(dòng)無法反映出真實(shí)的船舶吃水情況，缺乏統(tǒng)一的觀測方法和判斷標(biāo)準(zhǔn)。因此，當(dāng)相關(guān)方的觀測結(jié)果相差較大時(shí)，很容易產(chǎn)生分歧，導(dǎo)致對(duì)最終的計(jì)算結(jié)果的不信任，影響水尺計(jì)重結(jié)果的權(quán)威性。正是由于現(xiàn)行的方法存在這個(gè)缺點(diǎn)，從事水尺計(jì)重的人員長期以來一直在不斷探索，試圖找到一種解決方案。例如：使用無人機(jī)、無人艇、運(yùn)動(dòng)攝影機(jī)等拍攝設(shè)備錄制現(xiàn)場一段視頻，后臺(tái)在電腦里回放，反復(fù)判讀;用圖像分析軟件對(duì)錄制的影像進(jìn)行分析，對(duì)海浪波動(dòng)的曲線加權(quán)平均，算出平均吃水減少人為的判斷。這些方法的運(yùn)用，在一定程度上改善了水尺觀測的條件，減少人為因素的影響，避免了因短時(shí)間觀測產(chǎn)生的判讀失誤，同時(shí)保留了現(xiàn)場觀測的錄像，便于日后查證和追溯。應(yīng)該說，高科技手段的運(yùn)用比原來通過租用拖輪或小船或者攀爬懸梯觀測水尺確實(shí)前進(jìn)了一大步，也容易達(dá)成一致的結(jié)果。但是其科學(xué)性還有待探討：自然條件下的海浪不規(guī)則性使得一段短視頻無法確保包含完整的實(shí)際吃水信息;軟件分析波浪曲線計(jì)算平均吃水的準(zhǔn)確性仍然存疑;人為主觀判讀的性質(zhì)仍然沒有改變。

2017年，中國合格評(píng)定國家認(rèn)可委員會(huì)（CNAS）組織的第一次全國檢驗(yàn)鑒定機(jī)構(gòu)人員水尺計(jì)重能力驗(yàn)證中，水尺觀測科目使用的方法就是提前錄制視頻，讓參加能力驗(yàn)證的機(jī)構(gòu)人員進(jìn)行觀測結(jié)果比對(duì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，有相當(dāng)大的一部分結(jié)果為不滿意。與其他同類技術(shù)能力（如容量計(jì)重、衡器計(jì)重）驗(yàn)證相比，比對(duì)結(jié)果滿意率相差甚遠(yuǎn)。這說明這種考核方法還不夠成熟，而且也反映出現(xiàn)行水尺觀測方法的不穩(wěn)定性。

本文提出另一種解決方案，可有效解決這個(gè)問題。這種方案就是用激光水尺測量儀測量代替人工觀測，可以解決長期以來水尺觀測存在爭議的問題，避免因主觀判斷影響結(jié)果的可信度，該方法簡單易行，客觀公正，準(zhǔn)確性高，符合水尺計(jì)重的準(zhǔn)確度要求。

1 原理和方法

1.1 激光水尺測量儀的原理介紹

激光水尺測量儀是一種專門用于水尺測量的儀器，如圖1所示，主要由顯示控制器、帶刻度的電纜、裝有激光發(fā)射器的測量管組成。該儀器可穩(wěn)定水位，實(shí)現(xiàn)水位毫米級(jí)高精度測量，具有操作簡單，安全性高，適用范圍廣和人工觀測誤差小的特點(diǎn)，是水尺測量的利器。

設(shè)備基于聯(lián)通器的原理，用“管”把海浪“罩住”，由于管道的底部與海水相通，形成“連通器”，在管內(nèi)形成穩(wěn)定的理論上跟海平面持平的液面，反射板浮在液面上，通過水尺激光測距儀測量管內(nèi)水面到甲板標(biāo)定測量點(diǎn)的距離得出吃水的空高。在船舶縱傾（首傾）時(shí)，需要測出船舶的傾斜角并進(jìn)行傾角余弦校正，再反推算出實(shí)際吃水，計(jì)算公式如公式（1）：

Draft=BH-（M1+M2）/cosθ （1）

式（1）中：M1為電纜上的刻度確定激光位移傳感器到測量點(diǎn)的距離;M2為反射板至激光位移傳感器的距離;θ為船舶傾斜的角度;Draft為水尺標(biāo)記高度;BH為標(biāo)定測量點(diǎn)高度。

1.2 測量步驟

如圖2所示，在船體上選定測量平面并進(jìn)行高度標(biāo)定，在測量平面上選取測量點(diǎn)（8），記測量點(diǎn)至船體底面的垂直距離為BH;從測量點(diǎn)（8）處將測量管（4）豎直放下，目測測量管（4）快靠近水面時(shí)，觀察顯示器（9）上顯示測量管與測量點(diǎn)之間距離的讀數(shù)變化，判斷測量管（4）的位置;當(dāng)測量管（4）的下部插入液面下方時(shí)，在水壓作用下海水會(huì)從測量管（4）的底部經(jīng)擋板（5）和單向閥（6）進(jìn)入到測量管（4）中，在浮力作用下反射板（7）漂浮在水面上，此時(shí)測量管（4）內(nèi)外液面一致;由于風(fēng)浪作用，顯示器（9）上顯示反射板（7）至激光位移傳感器（2）的距離讀數(shù)出現(xiàn)波動(dòng)，此時(shí)開始水尺測量工作;待讀數(shù)基本穩(wěn)定后，讀取反射板（7）至激光位移傳感器（2）的距離，記為M2;通過讀取電纜（1）上的刻度確定激光位移傳感器（2）到測量點(diǎn)（8）的距離，記為M1。根據(jù)公式（1）則可計(jì)算出水尺標(biāo)記高度Draft：

1.3 激光水尺測量儀的精度

激光測距儀是一種非常成熟的測量工具，精度達(dá)到毫米級(jí)（±1 mm），帶刻度的電纜實(shí)際上是一把繩尺，測量誤差（±1 mm），傾角校正誤差（±1 mm），綜合誤差（<5 mm）。

1.4 影響因素和測量范圍

測量工具的垂直度控制，由于測量點(diǎn)到水面通常達(dá)到十幾米，考慮到大風(fēng)的影響，用電纜來降低風(fēng)阻，而且測量管的重量要能保證測量時(shí)的垂直度和不受海浪的影響發(fā)生擺動(dòng)。

測量管的長度決定了可測量的海浪波動(dòng)范圍，太長不好攜帶，太短就適應(yīng)不了大的波浪，可以根據(jù)現(xiàn)場情況接備用管，測量時(shí)，要始終保持插在海水中，保持底部進(jìn)水的壓強(qiáng)與外部持平才能保證測量的穩(wěn)定性。

夜間測量，只要觀察激光測量儀顯示器的讀數(shù)變化就可以判讀是否插在海水中。

1.5 用儀器測量代替人工觀測帶來的方法改變

（1）用儀器測量空高推算吃水的方法比原有的目測確定吃水的方法科學(xué)、穩(wěn)定、易行，可有效改善測量船舶吃水的工作。如果能將其列入標(biāo)準(zhǔn)方法里，可以使水尺計(jì)重方法更加客觀、高效，容易掌握。

（2）用儀器測量代替人工觀測水尺，如能配套船舶排水量表，引入傾角校正，這樣就更加直觀，方便查表計(jì)算。

（3）即使不改變?cè)袠?biāo)準(zhǔn)方法，該儀器測量也可以用作參考，通過靈活應(yīng)用，給水尺計(jì)重人員在特殊條件下提供多一種解決問題的方案。

1.6 準(zhǔn)確度驗(yàn)證

2020年2—9月，在防城港市港口區(qū)，對(duì)在此靠港卸貨的10船次國際船舶安排了2組工作人員，一組采用激光水尺測量儀，另一組乘坐小艇目測水尺，所得結(jié)果與過磅值進(jìn)行比較，以過磅值為準(zhǔn)確值，計(jì)算激光水尺測量儀所得結(jié)果的偏差，以驗(yàn)證激光水尺測量儀的準(zhǔn)確性及可靠性。采用3種方法所得到的結(jié)果如表1所示。

激光水尺測量法測量值較過磅值的相對(duì)偏差為：

（2）

式（2）中：A為激光水尺法測量值;B為過磅值。

從表1可以看出，10船次國際船舶激光檢視水尺與過磅值比較，相對(duì)偏差在-0.84%～-0.01%，符合船舶制表的準(zhǔn)確度在1‰以內(nèi)時(shí)，水尺計(jì)重的準(zhǔn)確度在5‰之內(nèi)的要求。與目測水尺法測量其準(zhǔn)確度更高。經(jīng)過三者數(shù)據(jù)的比對(duì)，基本認(rèn)為利用激光水尺法技術(shù)檢測船舶吃水的方法可靠、準(zhǔn)確。

2 結(jié)論

用激光水尺測量儀代替人工觀測的方案消除了因人為的判斷帶來的影響，極大提高了水尺計(jì)重的公正性和準(zhǔn)確性，為水尺計(jì)重的推廣應(yīng)用排除了技術(shù)障礙。本方法簡單操作簡單，易于掌握，除了大風(fēng)大浪的極端情況，基本可以做到“全天候”測量水尺，節(jié)省了大量的時(shí)間和費(fèi)用，準(zhǔn)確度滿足船舶中的水尺計(jì)重的要求，可應(yīng)用于日常船舶的水尺計(jì)重中。

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