一種水尺觀測裝置的設(shè)計(jì)與研究

杜有緣 劉寶剛 邢蘇榮 劉華杰 萬濱

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2011-5640-7246

摘? 要：水尺計(jì)重，適用于價(jià)值不高或不易使用衡器計(jì)重的海運(yùn)散裝固態(tài)商品的計(jì)重。對承運(yùn)的船舶通過觀測船舶吃水，求得船舶的實(shí)際排水量和船用物料重量，以計(jì)算所載貨物的重量。具有省時(shí)、省力、省費(fèi)用的優(yōu)點(diǎn)，為國際貿(mào)易和運(yùn)輸部門所樂于采用。目前國內(nèi)水尺計(jì)重的鑒定人員通常采用租用拖輪或小船繞大船一周和無人機(jī)攝像等方式觀測水尺，當(dāng)無法選擇小船和無人機(jī)時(shí)鑒定人員甚至需要攀爬繩梯的方式來觀測船舶外弦側(cè)吃水。租用拖輪和小船進(jìn)行水尺鑒定的費(fèi)用較高，采用無人機(jī)觀測成本高且局限性大，爬繩梯危險(xiǎn)性高。本文針對以上情況，設(shè)計(jì)發(fā)明了一種可平衡升降的水尺觀測裝置，具有成本低且實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：水尺觀測儀? 水尺計(jì)重? 可平衡升降的水尺觀測裝置? 水尺攝像頭

中圖分類號(hào)：U664? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2021）01（c）-0060-03

Design and Research of a Water Gauge Observation Device

DU Youyuan? LIU Baogang? XING Surong? LIU Huajie? WAN Bin

（Huangdao Certification & Inspection Co.， Ltd.， China Certification&Inspection Group， Qingdao， Shandong Province，266000 China）

Abstract： Draft gauge weight measurement is applicable to the weighing of marine bulk solid commodities with low value or difficult to use weighing instrument. By observing the draft of the ship， the actual displacement and the weight of the ship's materials are obtained to calculate the weight of the cargo. It has the advantages of time-saving， labor-saving and cost saving， which is welcomed by international trade and transportation departments. At present， the appraisers of draft gauge weight usually use the methods of renting tugboat or small boat to go around the large ship and UAV camera to observe the draft. When the boat and UAV can not be selected， the appraisers even need to climb the rope ladder to observe the draft of the outer chord side of the ship. The cost of chartering tugs and boats for water gauge identification is high， and the UAV observation cost is high， and the risk of climbing rope ladder is high. In view of the above situation， this paper designs and invents a kind of water gauge observation device which can balance the rise and fall. It has the characteristics of low cost and strong practicability.

Key Words： Water gauge observation instrument; Water gauge weight; Water gauge observation device with balanced lifting; Water gauge camera

1? 國內(nèi)水尺計(jì)重方式現(xiàn)狀

隨著中國的改革開放，大宗散貨的進(jìn)出口量在逐年遞增，觀測水尺的方式也在不斷革新。20世紀(jì)50年代，水尺鑒定人員在觀測船舶吃水時(shí)，使用小舢板劃著觀測，由于工作量的增加，用小舢板觀測吃水已不能適應(yīng)工作需要，后改為租用機(jī)動(dòng)船觀測船舶吃水。到1976年，商檢局自備一艘小艇，專用于觀測船舶吃水。直到2017年前后觀測水尺首次采用無人機(jī)輔助觀測。

1.1 小船或拖輪觀測水尺

小船和拖輪觀測船舶吃水是目前國內(nèi)應(yīng)用最為廣泛的一種觀測形式，需要鑒定人員從碼頭通過木板或梯子上到小船或拖輪上。雖然目前這種形式采用最廣泛，但也存在很多問題。

（1）費(fèi)用：每次租用小船和拖輪的費(fèi)用需數(shù)百元甚至上千元人民幣，一艘貨輪從靠碼頭到離泊平均做兩次水尺乘以碼頭一天的靠船量乘以365d。算下來一年的租船費(fèi)用數(shù)額頗高，大大增加了檢驗(yàn)費(fèi)用，增加了貨主的物流成本。

（2）水尺觀測耗時(shí)長：很多40萬t級(jí)碼頭由于岸線離海平面太高，檢驗(yàn)人員無法直接從碼頭岸線上下小船，需要驅(qū)車幾公里外的小泊位上小船，造成了檢驗(yàn)時(shí)間成本的增加。

（3）鑒定現(xiàn)場無源可溯：通過小船觀測水尺，檢驗(yàn)員和大副雙方讀數(shù)一致后便記錄數(shù)據(jù)，若事后貨主發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常，便無法考證當(dāng)時(shí)數(shù)據(jù)的可靠性。

（4）人生安全：由于岸線與海平面有很大落差，檢驗(yàn)員上下小船需要借助木板或梯子，如果海面涌浪大時(shí)，小船搖晃厲害，檢驗(yàn)員上下梯子還可能給鑒定人員的人身安全帶來風(fēng)險(xiǎn)。

1.2 無人機(jī)觀測水尺

無人機(jī)觀測水尺近幾年才慢慢出現(xiàn)，雖然它解決了水尺觀測的時(shí)效性及水尺觀測影像的溯源，但在以下幾個(gè)方面仍存在問題：

（1）售價(jià)和養(yǎng)護(hù)費(fèi)高昂，一臺(tái)水尺觀測無人機(jī)售價(jià)在5～10萬人民幣不等。

（2）無人機(jī)觀測水尺受觀測環(huán)境影響較大，風(fēng)稍微大一點(diǎn)就難以操控，且有摔機(jī)風(fēng)險(xiǎn)。

（3）在港口使用無人機(jī)執(zhí)飛受地域空管政策限制較大。

2? 可平衡升降的水尺觀測裝置

針對目前國內(nèi)水尺觀測的系列問題，我們設(shè)計(jì)發(fā)明了一種可平衡升降的水尺觀測裝置。

2.1 水尺觀測裝置結(jié)構(gòu)

（1）水尺觀測裝置支架單元：可伸縮鋁合金船舷固定支架（圖1），固定支架分為上支臂4、下支臂12和加強(qiáng)筋11，上支臂和下支臂末端分別裝有定滑輪3-1。上支臂通過（圖3）頂絲4-1、固定螺紋孔4-2能實(shí)現(xiàn)伸縮調(diào)節(jié)功能。上支臂尾部配有可伸縮掛鉤套件9，其通過頂絲6和固定螺紋孔7實(shí)現(xiàn)伸縮調(diào)節(jié)功能，能滿足全球98%的各種大宗散貨船的船舷裝配率。上支臂上方配有收線輪2-2、3-2，它們與（圖2）遙桿3-21連接，通過（圖2）限位器3-22來固定轉(zhuǎn)動(dòng)位置。收線輪3-2后面配備平衡輪5，在作業(yè)過程中起到自動(dòng)調(diào)節(jié)攝像頭單元平衡的作用，其兩側(cè)分別配有定位孔8，防止鋼絲繩脫離平衡輪5。

（2）水尺觀測裝置攝像頭單元：攝像頭單元分別由60A防水鋰電池1，攝像頭1-1，4G無線路由1-2組成。攝像頭1-1自帶存儲(chǔ)、云臺(tái)及光感補(bǔ)光燈，云臺(tái)能夠水平360度，垂直163度旋轉(zhuǎn)，補(bǔ)光燈黑夜自行開啟，且攝像頭具有IP66工業(yè)級(jí)防水防塵。攝像頭單元四周分別配有滑輪1-3，攝像頭1-1采集的畫面通過4G無線路由器1-2實(shí)時(shí)傳輸?shù)浇K端顯示器上，供鑒定人員鑒定。

攝像頭單元和支架單元通過2MM直徑鋼絲2連接，鋼絲2從收線輪2-2下穿到攝像頭單元滑輪再到下支臂滑輪上行至平衡輪5，再通過相反的路徑返回收線輪3-2固定。

2.2 水尺觀測裝置使用方法

首先將鋁合金船舷固定支架4通過可伸縮掛鉤套件9固定在需要觀測水尺的船舷處并擰緊固定頂絲6，并調(diào)節(jié)上支臂至需要的長度并擰緊固定頂絲4-1（圖3）。鎖死收線輪限位器3-22（圖2），將攝像頭單元緩慢移至船舶外艙壁并打開攝像頭，平板顯示器打開攝像頭APP，確認(rèn)連接正常后解開限位器3-22（圖2）緩慢搖動(dòng)收線輪搖桿3-21（圖2），直到顯示器能看清水尺的位置再次鎖死限位器3-22（圖2），（若水尺刻度未出現(xiàn)在顯示器畫面中，可以通過操作APP對攝像頭進(jìn)行上下左右調(diào)節(jié)，攝像頭平臺(tái)不平衡可以通過平衡輪5來調(diào)節(jié)）直至各方讀出水尺數(shù)即可用收線輪搖桿3-21（圖2）收回并關(guān)閉相應(yīng)設(shè)備。

2.3 水尺觀測裝置的優(yōu)點(diǎn)

（1）采用鋁合金主體結(jié)構(gòu)，裝配結(jié)構(gòu)簡單，重量輕且后期維護(hù)制作成本低。（2）使用范圍廣，上支臂尾部配有可伸縮掛鉤套件9，其通過頂絲6和固定螺紋孔7實(shí)現(xiàn)伸縮調(diào)節(jié)功能，能滿足全球98%的各種大宗散貨船的船舷裝配率使用率。（3）現(xiàn)場數(shù)據(jù)可溯源，觀測儀具有錄像存檔功能，現(xiàn)場檢驗(yàn)完后可隨時(shí)備查。（4）可遠(yuǎn)程監(jiān)控現(xiàn)場鑒定水尺情況，通過APP分享能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

3? 結(jié)語

這種水尺觀測裝置結(jié)構(gòu)簡單，便于攜帶，不僅生產(chǎn)成本低，而且機(jī)身具有防海水腐蝕等特點(diǎn)，再配合平板顯示器和APP使用，實(shí)用性強(qiáng)。

參考文獻(xiàn)

[1] 肖金峰，王威.耐波型便攜式船舶水尺觀測儀的設(shè)計(jì)[J].中國水運(yùn)（下半月），2018，18（3）：29-30.

[2] 王玉春，王昆，陽海鵬，等.幾種插值和擬合算法在潮汐插值上的應(yīng)用分析[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2018，15（8）：114-115.

[3] 李延峰，韓虎.河南省山洪災(zāi)害防治圖像（視頻）監(jiān)測站應(yīng)用與實(shí)踐[J].河南水利與南水北調(diào)，2015（17）：30-31.

[4] 安鴻波.輪船吃水線動(dòng)態(tài)視覺識(shí)別方法[D].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)，2020.

[5] 石宏華.視頻圖像在水庫水位檢測中的應(yīng)用[D].蘇州：蘇州大學(xué)，2017.

[6] 尤良權(quán).基于二進(jìn)制編碼水尺和數(shù)字圖像的水位遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].贛州：江西理工大學(xué)，2017.

[7] 張帥，朱學(xué)海，羅隕飛.船舶水尺智能識(shí)別技術(shù)的研究與進(jìn)展[J].檢驗(yàn)檢疫學(xué)刊，2019，29（1）：101-104.