一种水尺观测装置的设计与研究

杜有缘 刘宝刚 邢苏荣 刘华杰 万滨

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

摘  要：水尺计重，适用于价值不高或不易使用衡器计重的海运散装固态商品的计重。对承运的船舶通过观测船舶吃水，求得船舶的实际排水量和船用物料重量，以计算所载货物的重量。具有省时、省力、省费用的优点，为国际贸易和运输部门所乐于采用。目前国内水尺计重的鉴定人员通常采用租用拖轮或小船绕大船一周和无人机摄像等方式观测水尺，当无法选择小船和无人机时鉴定人员甚至需要攀爬绳梯的方式来观测船舶外弦侧吃水。租用拖轮和小船进行水尺鉴定的费用较高，采用无人机观测成本高且局限性大，爬绳梯危险性高。本文针对以上情况，设计发明了一种可平衡升降的水尺观测装置，具有成本低且实用性强等特点。

关键词：水尺观測仪  水尺计重  可平衡升降的水尺观测装置  水尺摄像头

中图分类号：U664                             文献标识码：A                    文章编号：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  国内水尺计重方式现状

随着中国的改革开放，大宗散货的进出口量在逐年递增，观测水尺的方式也在不断革新。20世纪50年代，水尺鉴定人员在观测船舶吃水时，使用小舢板划着观测，由于工作量的增加，用小舢板观测吃水已不能适应工作需要，后改为租用机动船观测船舶吃水。到1976年，商检局自备一艘小艇，专用于观测船舶吃水。直到2017年前后观测水尺首次采用无人机辅助观测。

1.1 小船或拖轮观测水尺

小船和拖轮观测船舶吃水是目前国内应用最为广泛的一种观测形式，需要鉴定人员从码头通过木板或梯子上到小船或拖轮上。虽然目前这种形式采用最广泛，但也存在很多问题。

（1）费用：每次租用小船和拖轮的费用需数百元甚至上千元人民币，一艘货轮从靠码头到离泊平均做两次水尺乘以码头一天的靠船量乘以365d。算下来一年的租船费用数额颇高，大大增加了检验费用，增加了货主的物流成本。

（2）水尺观测耗时长：很多40万t级码头由于岸线离海平面太高，检验人员无法直接从码头岸线上下小船，需要驱车几公里外的小泊位上小船，造成了检验时间成本的增加。

（3）鉴定现场无源可溯：通过小船观测水尺，检验员和大副双方读数一致后便记录数据，若事后货主发现数据异常，便无法考证当时数据的可靠性。

（4）人生安全：由于岸线与海平面有很大落差，检验员上下小船需要借助木板或梯子，如果海面涌浪大时，小船摇晃厉害，检验员上下梯子还可能给鉴定人员的人身安全带来风险。

1.2 无人机观测水尺

无人机观测水尺近几年才慢慢出现，虽然它解决了水尺观测的时效性及水尺观测影像的溯源，但在以下几个方面仍存在问题：

（1）售价和养护费高昂，一台水尺观测无人机售价在5～10万人民币不等。

（2）无人机观测水尺受观测环境影响较大，风稍微大一点就难以操控，且有摔机风险。

（3）在港口使用无人机执飞受地域空管政策限制较大。

2  可平衡升降的水尺观测装置

针对目前国内水尺观测的系列问题，我们设计发明了一种可平衡升降的水尺观测装置。

2.1 水尺观测装置结构

（1）水尺观测装置支架单元：可伸缩铝合金船舷固定支架（图1），固定支架分为上支臂4、下支臂12和加强筋11，上支臂和下支臂末端分别装有定滑轮3-1。上支臂通过（图3）顶丝4-1、固定螺纹孔4-2能实现伸缩调节功能。上支臂尾部配有可伸缩挂钩套件9，其通过顶丝6和固定螺纹孔7实现伸缩调节功能，能满足全球98%的各种大宗散货船的船舷装配率。上支臂上方配有收线轮2-2、3-2，它们与（图2）遥杆3-21连接，通过（图2）限位器3-22来固定转动位置。收线轮3-2后面配备平衡轮5，在作业过程中起到自动调节摄像头单元平衡的作用，其两侧分别配有定位孔8，防止钢丝绳脱离平衡轮5。

（2）水尺观测装置摄像头单元：摄像头单元分别由60A防水锂电池1，摄像头1-1，4G无线路由1-2组成。摄像头1-1自带存储、云台及光感补光灯，云台能够水平360度，垂直163度旋转，补光灯黑夜自行开启，且摄像头具有IP66工业级防水防尘。摄像头单元四周分别配有滑轮1-3，摄像头1-1采集的画面通过4G无线路由器1-2实时传输到终端显示器上，供鉴定人员鉴定。

摄像头单元和支架单元通过2MM直径钢丝2连接，钢丝2从收线轮2-2下穿到摄像头单元滑轮再到下支臂滑轮上行至平衡轮5，再通过相反的路径返回收线轮3-2固定。

2.2 水尺观测装置使用方法

首先将铝合金船舷固定支架4通过可伸缩挂钩套件9固定在需要观测水尺的船舷处并拧紧固定顶丝6，并调节上支臂至需要的长度并拧紧固定顶丝4-1（图3）。锁死收线轮限位器3-22（图2），将摄像头单元缓慢移至船舶外舱壁并打开摄像头，平板显示器打开摄像头APP，确认连接正常后解开限位器3-22（图2）缓慢摇动收线轮摇杆3-21（图2），直到显示器能看清水尺的位置再次锁死限位器3-22（图2），（若水尺刻度未出现在显示器画面中，可以通过操作APP对摄像头进行上下左右调节，摄像头平台不平衡可以通过平衡轮5来调节）直至各方读出水尺数即可用收线轮摇杆3-21（图2）收回并关闭相应设备。

2.3 水尺观测装置的优点

（1）采用铝合金主体结构，装配结构简单，重量轻且后期维护制作成本低。（2）使用范围广，上支臂尾部配有可伸缩挂钩套件9，其通过顶丝6和固定螺纹孔7实现伸缩调节功能，能满足全球98%的各种大宗散货船的船舷装配率使用率。（3）现场数据可溯源，观测仪具有录像存档功能，现场检验完后可随时备查。（4）可远程监控现场鉴定水尺情况，通过APP分享能实现远程监控。

3  结语

这种水尺观测装置结构简单，便于携带，不仅生产成本低，而且机身具有防海水腐蚀等特点，再配合平板显示器和APP使用，实用性强。

参考文献

[1] 肖金峰，王威.耐波型便携式船舶水尺观测仪的设计[J].中国水运（下半月），2018，18（3）：29-30.

[2] 王玉春，王昆，阳海鹏，等.几种插值和拟合算法在潮汐插值上的应用分析[J].科技创新导报，2018，15（8）：114-115.

[3] 李延峰，韩虎.河南省山洪灾害防治图像（视频）监测站应用与实践[J].河南水利与南水北调，2015（17）：30-31.

[4] 安鸿波.轮船吃水线动态视觉识别方法[D].徐州：中国矿业大学，2020.

[5] 石宏华.视频图像在水库水位检测中的应用[D].苏州：苏州大学，2017.

[6] 尤良权.基于二进制编码水尺和数字图像的水位远程监控系统设计[D].赣州：江西理工大学，2017.

[7] 张帅，朱学海，罗陨飛.船舶水尺智能识别技术的研究与进展[J].检验检疫学刊，2019，29（1）：101-104.