應用無人機船臺檢驗船舶航行信號燈的研究

匡 倩，熊元元，阮 磊

（舟山中遠海運重工有限公司，舟山316131）

1 前言

造船是一個系統(tǒng)工程，從初步設計開始一直到完工交付，每一個環(huán)節(jié)都不可缺少，每一個階段都很重要。特別是創(chuàng)新技術的應用，殼舾涂一體化的推廣與應用，為造船業(yè)發(fā)展奠定了堅實的基礎。中國造船業(yè)已進入快速發(fā)展通道，加快網絡技術應用、加大科研投入、減少不必要的人力物力，用科學的造船方法提高國際競爭力是必然趨勢。無人機由于具備高效性、節(jié)能性、風險性低等優(yōu)點，被廣泛應用于各個領域[1]。應用無人機在船臺階段對船舶航行信號燈進行檢驗工作，消除了傳統(tǒng)在海上報驗的安全隱患及拖輪油耗等問題，也為船級社檢驗船舶航行信號燈積累了經驗，為今后新造船項目航行燈效用檢驗奠定了操作基礎。

2 船舶航行信號燈檢驗的種類

船舶在船臺總組、搭載結束后，進行部分舾裝作業(yè)，同時完成航行信號燈的安裝工作；在船臺階段需要對所有的航行信號燈進行報驗，其報驗信號燈的種類分為：失控燈、桅燈、舷燈、尾燈。在船臺上借助無人機測量觀察失控燈、桅燈、舷燈、尾燈角度和可見度，對報驗出現(xiàn)角度或亮度有問題的航行信號燈進行現(xiàn)場調節(jié)，直至滿足船級社要求。

3 船舶航行信號燈檢驗所需的工具和材料

船舶搭載和涂裝結束，需要在船臺上完成航行信號燈的檢驗。配合船舶航行信號燈檢驗所需的工具有：無人機、智能手機、5G 網絡、活絡扳手、全站儀、100 m 卷尺、激光筆和劃線石筆等，所需材料有：自噴漆、抹布、酒精、清潔泥等。

4 船舶航行信號燈檢驗的方法

無人機通過遙控器的控制指令，在船舶航行信號燈檢驗區(qū)域飛行。檢驗前，在船臺中心線板上，沿全船長作出船體中心線[2]；根據船體中心線繪制船舶兩側的參考線，然后根據航行信號燈的角度繪制航行信號燈角度線，此角度線與參考線交點即為無人機的水平投影位置；本司船臺坡度為1:20，根據交點計算航行信號燈的水平高度，若交點在航行信號燈之上則需要加上坡度差，反之則要減掉坡度差；然后打開船舶航行信號燈，調整燈的角度，直至航行信號燈臨界照射角度線與無人機重合，達到檢驗合格的標準。

船舶在船臺的俯視圖及檢驗坐標系，如圖1 所示。

圖1 船舶航行信號燈檢驗點坐標系

尾燈角度為135°、后桅燈角度225°、前桅燈角度225°、左右舷燈角度112.5°，在船臺兩側畫兩條對稱的參考線，確定檢驗坐標系A/A1、B/B1、C/C1、D/D1、B2/B2、B3/B3，此坐標點即為無人機的垂直投影點，作為檢驗基準。其檢驗方法如下：

（1）根據水平船塢還是傾斜船臺畫參考線，信號燈的角度畫位置線；

（2）水平船塢信號燈角度線與參考線交點無高度差，傾斜船臺則需要根據船臺坡度計算交點的高度差；

（3）航行信號燈的角度線與參考線的交點，即為無人機的水平投影位置。將信號燈的角度線與參考線的交點，根據現(xiàn)場放樣繪制在相應的地面上，確定交點A、A1、B、B1、B2、B3、C、C1、D、D1。其中，ABCD 分別代表前桅燈、舷燈、后桅燈及尾燈的角度線；1 代表左側；無代表右側；B2、B3 為舷燈1°～3°之間燈光減弱，3°時燈光消失的位置點；

（4）根據航行信號燈的實際高度，確定交點A、A1,B、B1、B2、B3、C、C1、D、D1 的高度值：航行信號燈與參考線交點在坡上的，需要減掉坡度差，反之加上坡度差；

（5）交點及高度值就是信號燈檢驗過程中無人機的高度位置及水平投影位置，根據無人機的位置調節(jié)航行信號燈的角度；

（6）用遙控器操作無人機，飛至指點的位置，通過視頻調節(jié)航行信號燈的角度；

根據上述方法，航行信號燈安裝接線結束，滿足檢驗要求。如果不滿足要求則修改燈具底座或重新打孔，修改后進行復檢。

檢驗航行信號燈時，正確選取觀測位置，確保周邊空曠，避免影響無人機飛行及觀測；根據船舶在船臺建造的坐墩位置，參照廠區(qū)布置圖繪制檢測坐標系，并對無人機飛行高度進行標注，出具檢驗程序；根據點位圖，對觀測點進行定位，必要時使用全站儀進行輔助，用紅色自噴漆標記；在坐標點用無人機檢驗航行信號燈角度是否滿足要求，調節(jié)輔助擋板，直至航行信號燈角度滿足規(guī)范要求。

5 船舶航行信號燈檢驗的基準

根據船舶航行信號燈角度范圍確定坐標系后，需要通過無人機點對點進行檢驗，此時需要繪制檢驗表格，舷燈首向1°～3°角觀測點按表格示意測量，如表1 所示。

表1 無人機檢驗航行燈測量表

根據航行信號燈的實際高度，確定每個交點A、A1、B、B1、B2、B3、C、C1、D、D1 的高度值；航行信號燈的實際高度即為航行信號燈在船上實際安裝位置以船臺面為基準的高度值。當傾斜船臺時，交點的高度值為：航行信號燈交點在坡上需要減掉坡度差，反之則要加上坡度差。以后桅燈、舷燈為例，確定C、C1、B2、B3 的高度值，船臺坡度為1/20，即后桅燈高度值H2 已知，H1=C=C1=H2+N×（1/20）；根據相同方法，確定交點A、A1、B、B1、C、C1、的高度值。經過計算可以看出：無人機檢驗航行信號燈時，只要劃出參考線、確定距船體中心線的垂直距離，就可以計算出任意坐標點的坐標值，從而確定無人機的精確飛行位置。

6 船舶舷燈的檢驗

按照舷燈位置進行觀測點位置計算：舷燈在斜船臺上高度值h1 已知，h2= B2=B3= h1- L×（1/20）；舷燈距船體中心線是固定值M，在舷燈船首方向空曠位置選取幾組參考線，距舷燈的垂直距離為30 000 mm、50 000 mm、80 000 mm、Lmm，按照船舶在塢內的位置，在以下測試數(shù)據中選擇一組（表2），左右舷是對稱的，都需要進行觀測并記錄；1°～3°之間燈光減弱，3°時燈光消失，3°夾角距船體中心線距離為D、1°夾角距離為E，在船首方向有一根垂直船體中線的參考線，舷燈與參考線的垂直距離為L，船舶半寬值為M，即B2= M-Ltan3°、B3= M-Ltan1°，如表2 所示。

表2 每組檢驗數(shù)值計算表 單位：mm

根據無人機檢驗獲取的數(shù)據與理論計算值相比，沒有大的出入即為檢驗合格。

7 船舶航行信號燈檢驗作業(yè)基準

為了更好地規(guī)范船舶航行信號燈檢驗的基準，需要按照流程進行施工，其檢驗施工流程如下：

（1）船舶航行信號燈安裝接線結束，本體擋板角度正確，顏色無誤，啞光漆完工，調節(jié)擋板安裝結束，完整性滿足報驗要求；

（2）根據船體中線，使用全站儀對航行信號燈安裝進行檢驗，確保平行于船體中線；

（3）如安裝不滿足要求，修改燈具底座或重新打孔，修改后進行復檢；

（4）選取觀測位置，確保周邊空曠，避免影響無人機飛行及觀測；

（5）根據船舶坐墩位置參照廠區(qū)布置圖繪制觀測點坐標系，并對無人機飛行高度進行標注，出具報驗程序；

（6）根據點坐標系，對觀測點進行定位，必要時使用全站儀進行輔助，用紅色自噴漆標記；

（7）在觀測點用無人機檢測航行信號燈角度是否滿足要求，調節(jié)航行信號燈的輔助擋板，直至角度滿足規(guī)范要求。

（8）無人機飛行的各種數(shù)據進行校核，將最終的檢驗數(shù)據填寫到表1、表2 中，最后提交檢驗，經船東、船檢、船廠三方簽字認可，完成船舶航行信號燈在船臺的檢驗工作。

8 結束語

應用無人機在船臺檢驗船舶航行信號燈的應用研究過程中,要大膽創(chuàng)新,規(guī)避風險（該風險主要包括：大霧風險、故障風險、電磁和信號干擾風險、回收風險等[3]），不斷完善優(yōu)化。通過無人機對船舶航行信號燈進行檢驗，節(jié)省了檢驗時間，提高了檢驗安全性、降低了檢驗成本,具有重要的經濟效益與社會效益。

隨著我國科技水平的不斷提升,相信在不久的未來,無人機應用于造船檢驗工作將更加廣泛，進而實現(xiàn)無人機代替?zhèn)鹘y(tǒng)的檢驗工作，對提高船舶建造效率起著重要的作用。