CN102295062B - 一种特殊缩微波幅和水尺的船舶吃水及河流水位测量*** - Google Patents

Abstract

一种特殊缩微波幅和水尺的船舶吃水及河流水位测量***，属于船舶吃水及河流水位的测量领域。所要解决的技术问题是仅用一张微型录像画面，就能实时显示包含有高精确度的船舶吃水或河流水位数据的测量现场视频图像。主要采用了显示不规则波面平均高度技术、波浪波幅和船舶水尺标志或河流水尺的特殊缩微技术，视频图像监控***技术，及微型摄影摄像设备自动跟踪拍摄目标等技术。优点是：通过视频图像实时提供并可外传的直观、真实、客观、公正、高精度、清晰、可备案的测量数据及测量现场实景。且成本低廉、简单实用、操作、携带和维护方便、节能环保，极易实现船舶吃水或河流等水位的自动化测量。

Description

一种特殊缩微波幅和水尺的船舶吃水及河流水位测量***

技术领域

本发明涉及一种船舶吃水及河流水位的测量***，尤其是涉及一种特殊缩微波幅和水尺的船舶吃水及河流水位测量***。

背景技术

河流、渠道、水库的水位是非常重要的水文数据，测量水位非常重要。

新建船舶下水后都要做倾斜试验，其关键步骤是测量船舶空船状态时的吃水。水尺计重是国内、国际贸易中对用船舶运输大宗、廉价、散装货物通用的计量货物重量的方法。而水尺计重的关键环节是对船舶吃水的测量。迄今为止，仍然广泛应用简单的目测法进行船舶吃水的测量。虽然目前国内外已开发出多种船舶吃水或河流水位的测量仪器，比起传统目测法有一定进步，但都存在不足。

如中国实用新型专利02219118.6的船舶吃水测量仪。该仪器体积小、重量轻、结构简单，能有效消除波浪对测量精度的影响，但其存在的不足是：实用性较差，原因是没有采用视频图像监控***技术等等。

如GB/T11828《水位测量仪器》中测量河流等水位的仪器有

浮子式水位计，压力式水位计，超声波式水位计等

但其存在的不足是：测量精度还不够高，机构相对复杂，投资较大。

如中国实用新型专利200820141846.7无线遥控船舶吃水测量***。该实用新型专利是将“无线视频图像监控***技术+无线遥控技术”应用于船舶吃水的测量。其不足是：一和目测法一样测量结果误差大，精度低；二因为完整表达测量现场实景的录像画面面积必须足够大才行，从而导致设备庞大，机构复杂，投资高昂，操作烦琐，不能实现自动化测量。究其原因：1该实用新型专利没有采取消除波浪影响的技术措施；2没有采取对波浪波幅“特殊缩微”的技术措施；3没有采取对现有法定的船舶水尺标志或河流水尺 “特殊缩微”的技术措施。

发明内容

本发明的目的：本发明克服了上述现有技术中的不足，提供一种特殊缩微波幅和水尺的船舶吃水及河流水位测量***，仅需采用微型、简单的视频图像监控***设备，即可实时显示包含真实、客观、公正、高精度测量数据的现场实景视频图像，从而使所采用的视频图像监控***设备及其辅助设备微型化、简单化，投资节约化。

本发明所采用的主要技术方案是：为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术实现的：安装在船舶吃水测量位置或河流水位测量位置的测量管，测量管上部有开口与大气相通，下部有细微通道供水进出管内，还包括与测量管组合的毫米级数值信息化刻度尺，给测量管内基本静止水面与毫米级数值信息化刻度尺交线处摄影摄像，或者给和测量管内基本静止水面有一定距离的一个平行平面与毫米级数值信息化刻度尺交线处摄影摄像的摄影摄像装置，即以上述交线处为摄影摄像的目标，摄影摄像装置所得视频图像经视频图像传输部分4传输到监控装置，监控装置对由摄影摄像装置发送的视频图像进行接收、显示或还可进行存储、外传和管理；所述毫米级数值信息化刻度尺2是在每一根分度值为1毫米（1mm），或每一根分度值为2毫米（2mm），或每一根分度值为3毫米（3mm）……，或每一根分度值为相同几毫米的标尺标记旁都标注上自零点标尺标记算起的以毫米为单位的标尺数码。

所述摄影摄像装置是由微型摄影摄像设备及其载体和操纵微型摄影摄像设备动作的控制机构构成。

此外，本发明还应用了以测量管内的漂浮物体作为微型摄影摄像设备载体的技术；以及当微型摄影摄像设备采用无线设备时，应用微型太阳能发电***，或微型风力发电***，或微型太阳能风力发电***给无线微型摄影摄像设备供电等技术。

所述基本静止水面即波动幅度很微小的水面。所述测量管内基本静止水面，即当测量管安装在测量位置进行测量时，水逐渐进入到测量管内，测量管内水面逐渐上升，水面上升到一定程度则会呈现出上、下微小波动的平衡状态，该平衡状态的水面即称为测量管内基本静止水面。

所述和测量管内基本静止水面有一定距离的一个平行平面，即在测量管内的漂浮物体上，设置一个测量时高于或低于测量管内基本静止水面一定距离的且平行于基本静止水面的平面。

本发明所称的“特殊缩微”不同于一般缩微影像技术中缩微。

所述特殊缩微波幅，就是通过一定的技术措施来缩小自然波浪的波幅。本发明是采用测量管显示波浪中心面的技术，将波浪的波幅缩小到很微小的程度。

所述特殊缩微水尺，是简称，其全称是特殊缩微船舶水尺标志或特殊缩微河流水尺。就是用一种最小分度值、水尺数字、水尺数字间距都很微小的一种特殊尺，即本发明中的毫米级数值信息化刻度尺。在运用本发明测量船舶吃水或河流水位时，取代或补充最小分度值、水尺数字、水尺数字间距三者都偏大的现有法定船舶水尺标志或河流水尺。

各主要部分的作用如下：应用上部有开口与大气相通，下部有细微通道供水进出管内的测量管，其作用是：消除波浪对吃水测量的影响，提高测量精度；二是对波浪的波幅作“特殊缩微”处理。理论和实验证明测量管能够精确显示测量处周围局部水域不规则波面的平均高度面，或者说相当精确地显示测量处周围局部水域不规则波浪的中心面，用此面作为船舶吃水或河流水位的测量基准面，比起以人为主观估计的不规则波面的中心面作为测量基准面，更加科学、更加合理，所以能够大幅度提高测量结果的客观性、公正性以及精确度。测量管能够精确显示不规则波面的平均高度面，相当于将波浪的波幅调制到很微小程度，微幅波面与物体的交线的波动范围也很微小。应用毫米级数值信息化刻度尺的作用是：对现有法定的船舶水尺标志或河流水尺进行“特殊缩微”技术处理。测量管和毫米级数字信息刻度尺组合的综合作用是：大幅度缩小包含有高精度测量数据在内的测量现场实景的录像画面的面积。从而为所采用的视频图像监控***设备及其辅助设备微型化、简单化、投资节约化创造了条件。

这里值得说明的是：孤立的测量管技术，或孤立的毫米级数字信息化刻度尺技术，都不可能产生该两项技术组合所产生的作用和效果。

而以测量管内的漂浮物体为微型摄影摄像设备载体，实现了自动跟随摄影摄像目标，使进出测量管的水流和漂浮物体成为控制机构。采用微型太阳能发电***等给无线微型摄影摄像设备供电，不需要人工供电。使辅助设备更进一步微型化、简单化、投资节约化，及以简单易行的方式，实现船舶吃水测量或河流水位测量***自动化或半自动化。

本发明不仅适用于船舶吃水、河流水位等测量，还适用于船舶货舱、压载舱等的液位、液体体积、液体重量的测量。

关于测量管：本发明所称的细微通道，是指细微通道通过水流的截面积，和测量管内截面积相比足够微小，微小到使通过细微通道的流量足够微小，微小到使进入到测量管内部水流的波幅比起测量管周围局部水域波浪的波幅足够微小，微小到符合测量精度的要求。如测量管外周围局部水域波浪波幅最大为30cm,测量时要求使测量管内所呈现的基本静止水面的最大波幅在3mm以下。具体实施步骤是：首先选择适当大小的内截面积的测量管，再用理论计算或者实验的方法求出细微通道的内截面积值。

关于测量管的结构与形状：测量管一般为平直状，亦可与某特定船舶某特定部位外舷侧面相吻合的曲线状。此时与之组合的毫米级数字信息化刻度尺同样为曲线状。测量管可以由一节构成，也可以由二节或多节构成；测量管的长度可以是固定的，也可以是可以调节的。

关于毫米级数值信息化刻度尺：补充说明的是：所述标尺数码的数值一般采用毫米（mm）作为计量单位。且该数值的计量方法有两种：一种是通用型，其标尺数码的数值是直线距离；另外一种是专用型，其标尺数码的数值是在投影图上的直线距离； 

本发明所以要采用毫米级数值信息化刻度尺，是因为现有法定 “船舶水尺标志” 及“河流水尺”的最小分度值、水尺数字和水尺数字间距都太大，导致显示测量现场实景视频图像的画面必须足够大，导致基于视频图像监控技术测量装置相对复杂、庞大和投资高昂的重要因素。毫米级数值信息化刻度尺的应用可以使内河船舶水尺标志的最小分度值由20mm缩微到1mm；水尺数字高度由100mm缩微到1到2mm，水尺数字间距由100mm缩微到几mm。从而将包含有高精度测量数据在内的测量现场实景的视频图像面积缩微到未采用本发明时的几百分之一。

必要时还可以在毫米级数值信息化刻度尺的标尺标记旁增加标注其它信息标记如：测量位置、船名、河流名称、测量水位地点等。其它信息标记可以约定用数字或字母等符号表示。这样使远方视频图像接收者实时掌握更多的第一手信息。

用于船舶货舱、压载舱等的液位测量。这时的毫米级数字信息化刻度尺的附加信息标记，可以是液体的体积或重量。即在标尺标记旁除了标注深度示值外，同时标注该深度示值所对应的液体重量或体积数值。

毫米级精密数值信息化刻度尺还可以做成夜光尺，以便于夜间测量。

本发明所称的测量管与毫米级数值信息化刻度尺的组合，一般是将毫米级数值信息化刻度尺沿测量管高度方向直接固定在测量管上两者构成一个整体。也可以在测量管上直接做出毫米级数值信息化刻度尺。还可以将毫米级数值信息化刻度尺固定在船舶水尺标志或河流水尺上面或其近侧，原船舶水尺标志或河流水尺作为粗略观察用，而毫米级数值信息化刻度尺供精密测量用。甚至可以将毫米级数值信息化刻度尺独立应用，取代船舶吃水标志或河流水尺。但在测量时应使毫米级数值信息化刻度尺和测量管密贴结合，两者构成一个整体。一般当测量管为平直形状时毫米级数值信息化刻度尺同样为平直形状，当测量管为曲线形状时毫米级数值信息化刻度尺同样为曲线形状。

本发明所称的微型摄影摄像设备是指具有摄影、摄像、或录像功能的微型设备。如***机（包括微型有线摄像机、微型无线摄像机、微型网络摄像机等）、***头（包括微型有线摄像头、微型无线摄像头、微型网络摄像头、3G制式的微型无线摄像头、模拟摄像头、数字摄像头等）、微型数码相机、配置摄像头的手机尤其是能够进行视频通话的手机（如支持3G的手机），及其它包含有感光元件CCD即（电荷藕合元件）或CMOS 即“金属氧化物半导体”的微型成像仪器如窥视镜等。

关于视频图像的传输部分可采用有线传输，或采用无线传输，或部分采用有线传输与部分采用无线传输的混合传输方式，或在微型摄影摄像设备内置存储器（如微型DVR），摄像完成后，与电脑的USB连接即可显示所摄制的视频图像，其结构类似于市售“摄像录音U盘笔”。

关于监控装置具体如何从公知技术中选择有关监控装置设备，则要考虑测量方式是全自动、半自动还是临时的随机测量，以及是否需要外传，测量成本等因素决定。一般首先选定摄影摄像装置3和视频图像传输部分，再相配套地确定监控装置。如选用模拟摄像头并且仅要求实时接收和显示，则监控装置可用小型电视机或小型液晶显示器；若还要求存储、管理则可以选用视频采集卡加微型笔记本电脑；若再要求外传则可将微型笔记本电脑内置无线网卡；如选用有线摄像头，则监控装置可以直接用微型笔记本电脑；如选用无线摄像头，则监控装置可以用无线图像接收器及其连接的微型笔记本电脑构成。

关于微型摄影摄像设备以测量管内的漂浮物体为载体技术

其技术方案是：将测量管内具有一定浮力的漂浮物体作为微型摄影摄像设备的载体，随着测量管内水面的上升，漂浮物体会自动跟随着管内水面上升，微型摄影摄像设备自动跟随着漂浮物体上升，随着测量管内水面上升到基本静止则漂浮物体也基本静止，微型摄影摄像设备也会随之基本静止。实现微型摄影摄像设备自动跟综摄影摄像目标，该目标是测量管内基本静止水面与毫米级数值信息化刻度尺交线处，或者该目标是和该测量管内基本静止水面有一定距离的一个平行平面与毫米级数值信息化刻度尺交线处。这时的控制机构就是从细微通道进出测量管内的自然水流及漂浮物体。

微型摄影摄像设备以测量管内的漂浮物体为载体技术，具体应用一般分为两种形式：即单管式微型摄影摄像设备以测量管内的漂浮物体为载体的测量装置；和双管式微型摄影摄像设备以测量管内的漂浮物体为载体的测量装置。

为了在复杂水域环境测量使微型摄影摄像设备的镜头，始终对准摄影摄像目标，必要时应在测量管和其内的漂浮物体之间设置简单的直线导向机构，使漂浮物体只能沿着直线方向升降。直线导向机构的形式很多，如椭圆柱式：在测量管内竖直安装一根椭圆柱，在其内的漂浮物体上对应的设置一个相匹配的椭圆孔；如半圆柱式：在测量管的内壁上设置一根或两根半圆柱，在其内的漂浮物体上对应的设置一个或两个相匹配的半圆槽；双圆柱式：在测量管内适当处竖直设置两根圆柱，在其内的漂浮物体上对应的设置两个相匹配的圆孔；形状导向式：如测量管1形状为椭圆形或棱柱形（最简单的是三棱柱），在其内的漂浮物体最大面积处具有与测量管形状相似且略小的形状。为了尽可能减少摩擦阻力，也可以在与测量管形状相似且略小的漂浮物体最大面积处，设置适当数量的滚球，以用滚动取代滑动。

关于太阳能或风能供电的以测量管内漂浮物体为载体的无线测量装置

当采用无线的微型摄影摄像设备时，则采用微型太阳能发电***，或微型风力发电***，或微型太阳能风力发电***给无线微型摄影摄像设备供电，不需要更换电池或给电池充电。上述发电***可以置于测量管的内部或外部。

关于包含有测量管和毫米级数值信息化刻度尺组合体的前端测量装置的安装要求

本发明所称的包含有测量管和毫米级数值信息化刻度尺组合体的前端测量装置（以下可以简称为前端测量装置）具体是指：测量管和毫米级数值信息化刻度尺组合体，或单管式微型摄影摄像设备以测量管内的漂浮物体为载体的测量装置，或双管式微型摄影摄像设备以测量管内的漂浮物体为载体的测量装置。在实际测量时，前端测量装置安装要求：（一）高度方向：优先采用和船舶水尺标志或河流水尺高度基准相同，即毫米级数值信息化刻度尺和船舶水尺标志或河流水尺，两者相等读数的刻度线水平对齐。也可以使毫米级数值信息化标尺和船舶水尺标志或河流水尺的高度基准有一定差额。（二）长度方向：对于船舶而言，优先采用与船舶水尺标志所在肋位相同或距离极近；但如有困难亦可与船舶现有水尺标志所在肋位不同，不过增加换算步骤。（三）宽度方向：有三种安装形式。其一为外置式，即安装在船体外舷侧面或河流水尺载体之上或近侧；其二为镶嵌式，即镶嵌到船体或河流水尺载体里面，使其外面与船体外舷侧面或河流水尺载体的表面平齐或基本平齐；其三为内置式，即安装在船体内部，不过应得到船舶管理部门的同意。（四）铅垂线方向：除了如附图9a、9b所示的曲线型随形安装法外，一般前端测量装置均应为铅垂线方向。

特别注意点：不管采取何种安装形式，都必须使测量管上部有开口与大气相通,下部有供水进出测量管内的细微通道与船舶舷外的水域相通。

具体的各种安装形式，详见下面实施例。

对照现有技术本发明的有益效果：对照中国实用新型专利02219118.6的船舶吃水测量仪，本发明增加了若干新的技术特征，主要的有：

1、采用了微型视频图像监控***技术设备；

2、采用了对船舶水尺标志及河流水尺进行特殊缩微的毫米级数字信息刻度尺，并且与测量管组合应用；

3、以测量管内的漂浮物体作为微型摄影摄像设备的载体；

4、在测量管下部细微通道的下边安装有水过滤器；

5、在测量管的上口开口处设置透气防尘防水装置；

6、在测量管上安装微型太阳能发电***，或微型风力发电***，或微型太阳能风力发电***给无线微型摄影摄像设备供电。

 7、在测量管的漂浮物体上安装微型光电设备如光源、电源及无线遥控接收器等，也可以兼作比重计；

8、在测量管上或与其连接的杆件、绳索上配置高度基准件。

9、以及用于船舶吃水测量的随形安装法等新技术。

不再需要人工判读吃水数据。又因视频图像可以放大，所以测量精确度更高。还可用低投资，简易方式实现船舶吃水或河流水位的自动化测量。大大地提高和拓展了实用性。

对照中国实用新型专利200820141846.7无线遥控船舶吃水测量***而言，虽然都是基于视频图像监控***技术，但本发明又采用了：1消除波浪影响技术，2波浪波幅“特殊缩微”技术，3船舶吃水标志或河流水尺的特殊缩微技术，4自动跟踪摄摄影摄像目标技术，5微型太阳能发电***等给无线微型摄影摄像设备供电技术， 6随形安装法等。所以本发明比起中国实用新型专利200820141846.7无线遥控船舶吃水测量***具有显著的技术进步。其主要优点如下： 

1、测量精度高。测量精度是决定测量仪器或测量***应用价值的首要因素。中国实用新型专利200820141846.7无线遥控船舶吃水测量***，对于船舶吃水或河流水位测量精度有重大影响的因素——波浪，没有作出应对技术处理。在该测量***所得到的测量吃水现场实景的视频图像上所显示的完全是自然波浪的原来面貌，随着波浪的快速起伏变化，波面与船舶水尺标志的交线也作快速而不规则的起伏变化，和目测法一样只能估计“动态交线”的中心位置，因此不可能得到唯一的、客观的、公正的、高精度的测量结果，只能得到和目测法一样测量结果不确定，误差大，精度低，随人为因素而变化。本发明使用了测量管显示了测量点周围局部水域不规则波面的平均高度面的技术措施，对于波浪对船舶吃水测量的影响作出了有效处理，从而大幅度地提高了测量精度。经长江实船试验，当波浪的波幅为30多厘米时，测量管内的基本静止水面所上下波动的最大幅度仅有3毫米，大约为自然波浪波幅的百分之一。波幅3毫米，取其中间值1.5毫米，用这样的面为基准面进行吃水或水位测量必然能够大幅度提高测量精度。

、设备微型、简单。由于中国实用新型专利200820141846.7无线遥控船舶吃水测量***观察装置的摄像目标是“船舶吃水线”。所谓“船舶吃水线”更确切地说，就是波面与船舶水尺标志的交线。由于波面是波动的，所以“交线”实际上是和波浪波幅一样大小的“动态交线”。同时，由于该实用新型没有对波浪的波幅进行“特殊缩微”技术处理，也没有对现有法定船舶水尺标志或河流水尺的最小分度值、水尺数字和水尺数字间距都偏大的问题采取任何技术措施，导致其所拍摄的包含“动态交线”与临近“水尺数字”在内的能完整显示吃水数据的视频画面面积必须足够大，从而导致所使用的视频图像监控***设备及其附属设备必然庞大而复杂。。

由于本发明摄影摄像装置的摄影摄像目标是：测量管内基本静止水面与毫米级数值信息化刻度尺交线处；或者和测量管内基本静止水面有一定距离的一个平行平面与毫米级数值信息化刻度尺交线处。因为本发明采用了测量管与特殊缩微船舶水尺标志技术的毫米级数字信息化刻尺组合技术，测量管内呈现的基本静止水面的微小波幅，只有原来波浪波幅的几十之一甚至百分之一。测量管内波面与毫米级数字信息化刻尺交线的波动很微小。因此，本发明能够完整显示包含精确到毫米测量数据的现场实景视频图像，仅有中国实用新型专利200820141846.7无线遥控船舶吃水测量***，同类画面大小的百分之一左右。因此，本发明所用的设备能够相对微型化、简单化、投资节约化。如中国实用新型专利200820141846.7无线遥控船舶吃水测量***，采用无线遥控摄像机，本发明则采用***头即可；前者运载体是无线遥控船或无线遥控水上航空器，本发明则采用了以测量管内的浮漂物体为微型摄影摄像设备的载体；前者所述控制装置包括无线遥控体及吸附器的运载/吸附控制器及与无线遥控摄像机的摄像控制器，本发明则以进出测量管的自然水流、漂浮物体作为操纵微型摄影摄像设备动作的控制机构，实现自动跟踪摄影摄像目标的简易型自动化技术。本发明和中国实用新型专利200820141846.7无线遥控船舶吃水测量***相比，具有***设备微型、简单的优点。

、投资成本低。

、实用性强。与中国实用新型专利200820141846.7无线遥控船舶吃水测量***相比，本发明的优点是：设备微型化、简单化、体积小、重量轻、投资成本低、维护费用低、操作携带方便，极易实现自动化或半自动化的优点。

、易于实现自动化测量。中国实用新型专利200820141846.7无线遥控船舶吃水测量***，只能对船舶空载吃水和重载吃水状态下各六个测量点孤立的分别测量，本发明应用微型视频图像监控***设备技术，及以测量管内的浮漂物体为***设备的载体的自动跟踪摄影摄像目标技术，及应用太阳能或风能给无线微型摄影摄像设备供电技术，容易以低成本的简易模式实现船舶吃水或河流水位的自动化测量或半自动化测量，从而极大地提高了测量效率。

、有利于船舶的安全航行。对于固定安装上包含有测量管和毫米级数值信息化刻度尺组合体的前端测量装置的船舶，一旦发现六个测量点中某个测量点所显示的吃水数据异常，则很可能发生海损事故，提示必须立即进行检查。由于本发明所显示的船舶吃水数据的精确度高，所以防范海损事故的灵敏度高，若再增加报警设备则效果更好。

总之本发明与若干现有技术相比的有益效果是：所用的测量***投资少、微型化、简单化，可以从实时提供的、可永久保存、可外传的伴有精确测量数据的测量现场实景视频图像上，获取直接、直观、真实、客观、公正、高精度的船舶吃水或河流水位的测量结果。而且，操作简单、便捷，携带和维护方便，节能环保，易于实现自动化测量或半自动化测量，还有利于船舶的安全航行，具有推广应用价值。

附图说明

附图1是本发明的整体方框图。附图中1为测量管，2为毫米级数字信息化刻度尺，3为摄影摄像装置，4为视频图像传输部分， 5为监控装置；所述摄影摄像装置3包括微型摄影摄像设备6及其载体7，和操纵微型摄影摄像设备6动作的控制机构8。

附图2a和附图2b为两种形式的毫米级数值信息化刻度尺的示意图。

图2a是在每一根分度值为4毫米（4mm）的标尺标记（刻线）旁，都标注上自零点标尺标记算起的精确到毫米标尺数码的毫米级数值信息化刻度尺的示意图。图2b是一种附带标注有其它信息标记的毫米级数值信息化刻度尺的示意图。图中15为分度值为1毫米（1mm）的标尺标记（刻线），16为分度值4毫米（4mm）的标尺标记（刻线），17为在分度值为4毫米（4mm）的标尺标记旁自零点标尺标记算起的以毫米为单位的标尺数码，18为与测量相关的其它信息标记。本图中按约定，A、B、C分别表示船舶左舷首部水尺标志、中部水尺标志、尾部水尺标志； a、b、c分别表示右舷首部水尺标志、中部水尺标志、尾部水尺标志。故本图中B表示测量点是左舷中部水尺标志。

附图3是现有技术的内河船舶吃水测量现场录像画面所需大小示意图。现有技术即未对波浪波幅和现有法定船舶水尺标志进行“缩微”技术处理。图中左侧为现有法定的内河船舶水尺标志，每小格为20mm即最小分度值20mm，每大格是200mm，水尺数字高度为100 mm，水尺数字的间距亦为100 mm。江、河、海洋每时每刻都有波浪存在，加上波浪遇到物体会产生反射波，反射波与原来的波浪迭加，使船体附近的波浪波幅更大，当没有对自然波浪采取技术措施时，在其录像画面中的波浪波幅同自然波浪完全相同。附图中21为有波浪的水面即波面，附中所显示的波幅还不太大，从图上可见，一幅完整显示船舶吃水数据在内的测量现场的录像画面，必须包含测量周围水域波浪的波峰、波谷和水面以上最临近的水尺数字，具体的讲其宽为从水尺数字“2M”的右侧到水尺标志的长刻度线的距离为290.7mm，其高为从水尺数字“2M”的顶端到水面波谷线的距离为257.7mm,其面积为74913mm²。

附图4为应用本发明技术的内河船舶吃水测量录像画面所需大小示意图。本发明由于应用了毫米级数字信息化刻度尺2与测量管1组合技术，使船舶吃水数据的本来含义——不规则波面与水尺标志动态交线的中心位置（现有技术靠目测估计大概确定）所对应的水尺标志刻度线的示值，等效地转换为测量管1内基本静止水面14，与毫米级数字信息刻度尺2的交线，所对应的毫米级数字信息刻度尺2上标尺数码的示值。如图中所示毫米级数字信息化标尺2的宽度为20mm，标尺数码高度为2mm，高即从标尺数码“2020”的顶端到测量管1内基本静止水面波谷线的距离为6mm,其面积为120 mm²。应用本发明技术与不用本发明技术两者所需录像画面面积之比为120：74913≈1：624。即使把本发明所需录像画面面积放大4倍，达到高清晰度、高准确度的效果，两者的比值还是1：156。

附图5a和附图5b是二种测量管1与毫米级数值信息化刻度尺2组合体的示意图。

图5a为平直形状组合示意图，即测量管1为平直形状，毫米级数值信息化刻度尺2也为平直形状，且沿测量管1高度方向固定，两者构成一个整体。图5b为曲线形状组合示意图，即测量管1为曲线形状，毫米级数值信息化刻度尺2同样为曲线形状，两者构成一个整体。其中毫米级数值信息化刻度尺2组合前可以是单独件，也可以是直接做在测量管1上。此外也可以仅仅在测量管1上空船吃水和重载吃水的对应高度段，安装或做上毫米级数值信息化刻度尺2，中间部分则不需要安装或做上毫米级数值信息化刻度尺2。

附图6为一种形式的单管式以测量管1内漂浮物体13为微型摄影摄像设备6载体的测量装置示意图。

如图附6所示：在同一根测量管1，既安装毫米级数字信息化刻度尺2，同时又以该测量管1内的漂浮物体13作为微型摄影摄像设备6的载体7和控制机构8。图中1为测量管，2为毫米级数字信息化刻度尺，6为微型摄影摄像设备， 9为测量管1上部与大气相通的开口，10为测量管1下部供水进出测量管内的细微通道，11为水过滤器，12为透气防尘防水装置，13为测量管内的漂浮物体，漂浮物体周围的短横划线表示进入测量管内的水， 14为测量管1内的基本静止水平面。基本静止水平面14与毫米级数字信息化刻度尺2的交线处，即为微型摄影摄像设备6所摄影摄像的目标。由上述交线所对应的毫米级数字信息化刻度尺2上标尺标记的示值，及毫米级数字信息化刻度尺2和船舶水尺标志高度基准的关系，即可以计算出吃水值。

附图7为一种形式的双管式以测量管内漂浮物体为微型摄影摄像设备载体的测量装置示意图。

附图7中各件号的含义同前。如附图7所示：两根并列的测量管1，其中一根安装毫米级数值信息化刻度尺2，另一根测量管1内的漂浮物体13作为微型摄影摄像设备6的载体7和控制机构8。在本形式中，在一根安装毫米级数值信息化刻度尺2的测量管1内，也有漂浮物体13，且该漂浮物体13具有与测量管1内基本静止水面14有一定距离的一个平行平面，该平面色彩醒目。该平行平面与毫米级数值信息化刻度尺2的交线处，即为微型摄影摄像设备6所摄影摄像的目标。以该色彩醒目的平行平面作为测量船舶吃水或河流水位的基准面，所得到的视频图像更清晰，测量结果更精确，计算时注意到该平行平面与测量管1内基本静止水面14的距离值即可。该距离值可以在静水中予以标定。

需要说明的是，附图仅是一种形式的双管式以测量管内漂浮物体为微型摄影摄像设备载体的测量装置示意图，在实际使用时，两根测量管1的形状及布置形式灵活多样。如两根测量管1的并列形式，可以是外置式并列；也可以是内置式并列，即其中一根测量管置于另外一根测量管内。但不管采取何种形式，必须各测量管都符合上部有开口与大气相通，下部有细微通道供水进出管内，以及使微型摄影摄像设备6的镜头始终对准毫米级精密数值信息化刻度尺2的基本要求。

附图8为平直型随形安装法示意图。（由此向下均结合实施例说明）。

附图9a为曲线型外置式随形安装法示意图。9b为曲线型镶嵌式式随形安装法示意图。

附图10a、10b、10c为一种在船体上安装有定位标志块的示意图。

附图11a和11b为用一种带磁性吸盘可调节甲板支架安装前端测量装置示意图。

附图12a和12b为用一种带磁性吸盘可调节舷侧支架安装前端测量装置示意图。

附图13 为一种吊铊式测量示意图。

具体实施方式

具体实施方式说明：采用何种视频监控***，用模拟视频监控***，或数字视频监控***，或网络视频监控***，或手机视频监控***等都要根据测量具体环境、条件、要求及投资大小等综合因素选择。因视频监控***是公知技术，在具体实施例中，一般不作详细叙述。

方式1河流、湖泊、水库等水位的高精度简易型自动化测量

在现有河流、湖泊、水库等测量水位用的水尺上，按照高度基准相同的原则，将双管式以测量管1内漂浮物体为微型摄影摄像设备载体的测量装置，固定在水尺上，微型摄影摄像设备6选用微型无线夜视摄像头，使其镜头对准毫米级数值信息化刻度尺2，并且采用微型太阳能发电***，或微型风力发电***，或微型太阳能风力发电***给无线微型摄影摄像设备6供电。监控装置5是由无线图像接收器及其连接的微型电脑构成。这种方法的优点是：用很低的投资成本实现河流、湖泊、水库等的自动化、高精度的水位测量。

方式2新建船闸的低投入高精度自动化水位测量

安装方式采用镶嵌式，即将测量水位用水尺，及固定其上的双管式以测量管1内漂浮物体为微型摄影摄像设备载体的测量装置，一起镶嵌到新建船闸的闸墙里面，外面用透明度好的材料封闭。其封闭面与闸墙墙面基本平齐，既美观又不影响航行。测量水位用的水尺作粗略观察用，双管式以测量管1内漂浮物体为微型摄影摄像设备载体的测量装置，作为自动化精密测量用。因距离较近，布线容易，可以采用有线数字摄像头，应设一轮盘作线缆有较大长度调节用；较大长度调节后，线缆还要预留较小的自由伸缩裕度，以适应有线摄像头微量升、降的需要，监控装置直接采用有微型电脑。也可以采用无线视频监控***，方法则参照上例。

方式3船舶吃水的自动化或半自动化测量

水尺计重时的船舶吃水测量较繁，既要测量空船时六面水尺标志处的吃水，又要测量重载时的六面水尺标志处的吃水，才可以计算出其所装载货物的重量。对于长期进行水尺计重的船舶，在造船时或修船时，最好将本发明的包含有测量管1和毫米级数值信息化刻度尺2组合体的前端测量装置，固定安装在船舶的六个测量点，以便节省每次测量吃水时大量安装和拆卸的时间，同时由于固定安装易于做到定位准确，测量精度高。按照既能够测量空船吃水又能够测量船舶重载吃水的需要，使包含有测量管1和毫米级数值信息化刻度尺2组合体的前端测量装置具有足够的长度，按照前述和船舶水尺标志高度基准相同法要求分别固定安装。具体分以下几种情况：

（1）、平直型随形安装法如附图8所示

附图8中，件21是波面（有波浪的水面），件20是船体的外舷侧面，件19是包含有测量管1和毫米级数值信息化刻度尺2组合体的前端测量装置，优先采用单管式或双管式以测量管内漂浮物体为微型摄影摄像设备载体的测量装置。主要适用于，当船舶水尺标志处是或部分是与船舶基平面垂直的平直型外舷侧面时。包含有测量管1和毫米级数值信息化刻度尺2组合体的前端测量装置，以平直形状安装在船舶吃水测量位置处。。

其优点是构成前端测量装置19的测量管1及与其组合的毫米级数值信息化刻度尺2，都为平直形状，制作简单方便，且可以通用。若船舶舭部为圆弧形时，前端测量装置下端将离开船体，如果对安全航行不利，则可以将前端测量装置19设计为提升型，即平时将前端测量装置19向上提升后固定，测量时再将19放下到所需要位置。或者将前端测量装置19设计为伸缩型 ，根据需要可伸、可缩。 

微型摄影摄像设备6可以使用无线或有线，方法参照前面实施例。

（2）、曲线型随形安装法。如附图9a为曲线型外置式随形安装法示意图。9b为曲线型镶嵌式随形安装法示意图。

图中件号19、20、21含义同前。适用于当水尺标志处主要为倾斜面或曲面时。包含有测量管（1）和毫米级数值信息化刻度尺（2）组合体的前端测量装置，以与船舶外舷侧面相吻合的曲线形状安装在船舶吃水测量位置处。。

该法的优点是前端测量装置与船体外舷侧面吻合密贴，有利于安全航行。缺点是测量管1和毫米级数值信息化刻度尺2制作较烦，且只能专用，不可通用。特别注意：当端测量装置为曲线形状，或虽然为平直形状但倾斜于船体基平面时，则所述标尺数码中数值计量方法是：毫米级数值信息化刻度尺2的尺面，在该船舶船体中线面上的正投影图上自零点标尺标记算起到所标注的标尺标记的直线距离。如果将毫米级数值信息化刻度尺2展开为直线状时，则每相邻两根分度值为1毫米（1mm）标尺标记之间的距离不尽相同，或等于1毫米（1mm），或大1毫米（1mm）。简单的说，这时采用的是投影距离而不是展直后的实长，也不是如普通钢直尺一样简单的直线距离。

以上的固定安装法最大好处是一劳永逸，节省每次测量大量安装时间。

前端测量装置优先采用微型摄影摄像设备以测量管1内的漂浮物体为载体的测量装置。如有困难只能采用测量管1和毫米级数值信息化刻度尺2组合体，则可人站在甲板上，手持一根杆件，杆件下端固定有防水设施的微型摄影摄像设备来采集测量现场实景视频图像。此时的人和杆件就成为操纵微型摄影摄像设备动作的控制机构。也可以在测量管适当处安装一个简易支架，使有防水设施的微型摄影摄像设备能作一定距离的上、下移动，靠自重下垂，人站在甲板上用绳索牵引或采用公知的无线遥控技术设施，将微型摄影摄像设备移动到适当位置来采集测量现场实景视频图像。这时人、绳索或无线遥控技术设施等就成为成为操纵微型摄影摄像设备动作的控制机构。

对于固定安装上前端测量装置的船舶，一旦发现六个测量点中某个测量点所显示的吃水数据异常，则很可能发生海损事故，提示必须立即进行检查。由于本发明所显示的船舶吃水数据的精确度高，所以预报海损事故的灵敏度高，若再增加报警设备则效果更好。

（3）、带定位标志的准确快速安装法

当船舶的外舷侧面为倾斜面或曲面时，还可以采用在船舶上安装定位标志的方法来快速准确的安装为前端测量装置。附图10a为一种在船体外舷侧面上安装有定位标志块22的示意图，图10b为前端测量装置上安装的与定位标志块22相互匹配模块23的示意图，图10c为模块23的剖面放大图。图中件号19、20、21的含义同前。22为固定在船体外舷面测量处的定位标志块，定位标志块22的上面为高度方向的定位基准面，一个侧面为船舶长度方向的定位基准面，且两定位基准面互相垂直，当前端测量装置19上模块23与定位标志块22匹配时，前端测量装置19会自然满足高度、船长及铅垂线方向的定位要求。

还可以不用定位标志块22，而用定位标志线，定位标志线可以为互相垂直的两条线，分别为高度和长度方向的定位基准线，只要前端测量装置19上的模块按照定位标志线安装，则前端测量装置19必然会满足定位要求。

当采用上述安装方案时，又采用有线***头或***机时，要注意到测量空船吃水和测量重载吃水所需线缆长度有较大不同，可以采用轮盘自动或人工调节；此外在测量空船吃水或测量重载吃水时本身还要考虑使线缆有较小的伸缩裕量，以适应有线***头或摄像机升降时的需要。可以配备1套视频分配器，分别将空船吃水测量和重载吃水测量的6路视频一部分分配给硬盘录像机DVR视频采集存储设备，通过船上本地网络进行本地显示、监控、存储。一部分2路视频通过画面分割器传给无线视频服务器，再连接海事卫星BGAN设备，传到岸上的监控中心及与水尺计重有关的港监部门、进出口检验检疫部门、货主、客户等。

也要以采用其它公知的有线或无线视频传输方式、监控方式。

（4）、特殊的平直型内置安装方法

对于船舶的外舷侧面为复杂曲面时（如球鼻首），在得到船舶检验部门许可的前提下，可以按照与水尺标志同高度基准的原则，将前端测量装置19以平直型安装在船体内部，实现自动化或半自动化吃水测量。

方式4船舶到港后吃水随机测量法

当船舶首次到港，进行吃水随机测量。其方法很多如：

（1）、临时性平直型随形安装法

参照附图8，当测量点处的船舶外舷侧面上部为平直型且垂直于水平面，则可以采用临时性平直型随形安装法：这时的前端测量装置上固定有两个磁性吸盘，使用时吸附到船舶上即可。

（2）、用带磁性吸盘且可调节的甲板或舷侧支架

当测量点的船舶外舷侧面为曲线型或倾斜型时可以采用如下方法：

（A）用一种带磁性吸盘可调节甲板支架安装前端测量装置

附图11a，为用一种带磁性吸盘可调节前端测量装置位置的甲板安装支架的示意图，图中24为高度基准件，可在前端测量装置上下移动的，高度基准件下边有一根垂直于高度基准件轴线且可以左右移动的直尺，用途是用来对准船舶水尺标志上某一根刻度线。高度基准件24也可以配置在与前端测量装置相连接的杆件上。附图11b为该甲板安装支架放大图。图中磁性吸盘25可以相对于主支架26A调节角度，以适应甲板具有梁拱的需要；副支架26B可以相对于主支架26A转动来调节角度；前端测量装置19通过其上固定耳板上螺孔，螺栓及副支架26B上槽孔，可以相对于副支架26B调节位置，通过各构件间可调节连接，使前端测量装置达到测量时所需要的位置。件号19、20、21含义同前。具体测量方法有两种：1、直接测量法，即首先确定毫米级数值信息化刻度尺2和测量点处船舶水尺标志高度基准关系：相同或有一定差额。则根据测量管1内基本静止水平面或与该基本静止水面有一定距离的一个平行平面所对应的毫米级数值信息化刻度尺2上标尺标记的示值，即可以得出吃水的测量数据。2、间接测量法：将前端测量装置19通过上述甲板安装支架，固定安装在适合位置，不考虑安装基准关系。测量时首先将高度基准件24对准水尺标志上某个清晰的刻度线，并记录该刻度线的示值（设为A），测量管1内基本静止水面所对应的毫米级数值信息化刻度尺2上标尺标记（刻线）的示值（设为B），测量出基准件24到B的距离（设为C），则所测量的吃水值D＝A－C。

（B）用一种带磁性吸盘可调节舷侧支架安装前端测量装置

图12a为用一种带磁性吸盘且可调节前端测量装置位置的舷侧安装支架示意图，图12b为该舷侧安装支架放大示意图。

图中件号19、20、21、24均同前。调节磁性吸盘25吸附在外舷面上的安装角度，使主支架26a的工作面为竖直面，则前端测量装置19自然为铅垂线方向，且可左右移动，来达到测量时所需要的位置。或者，前端测量装置19通过其上的耳板不仅可以作相对于主支架26a左右移动还可以调节角度，以更多的调节方式达到目的。而前端测量装置19上的耳板又可以在前端测量装置19上作上、下位置调节。这样可以方便地将前端测量装置19调节到测量所要求的位置。测量方法可用直接测量法或间接测量法，均可参考前例。

（3）吊铊测量法：

如附图13所示，图中件号19、20、21、22、25的含义同前。件号27为吊索，28为重铊。使用时通过吊索27和重铊28将前端测量装置19置于适当测量位置，将吊索27固定在磁性吸盘25上或栓在船舶构件上。至于测量方法可参考前例。

Claims (8)

1.一种特殊缩微波幅和水尺的船舶吃水及河流水位测量***，包括安装在船舶吃水测量位置或河流水位测量位置的测量管（1），测量管（1）上部有开口（9）与大气相通，下部有细微通道（10）供水进出管内，还包括与测量管（1）组合的毫米级数值信息化刻度尺（2），给测量管（1）内基本静止水面或和该基本静止水面有一定距离的一个平行平面与毫米级数值信息化刻度尺（2）交线处摄影摄像的摄影摄像装置（3），摄影摄像装置（3）所得视频图像经视频图像传输部分（4）传输到监控装置（5），监控装置（5）对由摄影摄像装置（3）发送的视频图像进行接收、显示或再进行存储、外传和管理；所述毫米级数值信息化刻度尺（2）是在每一根分度值为1毫米（1mm）或每一根分度值为相同几毫米的标尺标记旁都标注上自零点标尺标记算起的以毫米为单位的标尺数码；所述摄影摄像装置（3）是由微型摄影摄像设备（6）及其载体（7）和操纵微型摄影摄像设备（6）动作的控制机构（8）构成；其特征在于：以测量管（1）内的漂浮物体（13）作为微型摄影摄像设备（6）的载体（7）；具有使测量管（1）内的漂浮物体（13）沿直线升降的导向机构。

2.根据权利要求1所述的一种特殊缩微波幅和水尺的船舶吃水及河流水位测量***，其特征在于：采用微型太阳能发电***，或微型风力发电***，或微型太阳能风力发电***给无线微型摄影摄像设备（6）供电。

3.根据权利要求1所述的一种特殊缩微波幅和水尺的船舶吃水及河流水位测量***，其特征在于：在测量管（1）的细微通道（10）下边设置水过滤装置（11）；在测量管（1）的上端开口（9）处设置透气防尘防水装置（12）。

4.根据权利要求1所述的一种特殊缩微波幅和水尺的船舶吃水及河流水位测量***，其特征在于：包含有测量管（1）和毫米级数值信息化刻度尺（2）组合体的前端测量装置，以平直形状或与船舶外舷侧面相吻合的曲线形状安装在船舶吃水测量位置处。

5.根据权利要求1所述的一种特殊缩微波幅和水尺的船舶吃水及河流水位测量***，其特征在于：测量时用一根下端配置重铊（28）的吊索（27）悬挂包含有测量管（1）和毫米级数值信息化刻度尺（2）组合体的前端测量装置。

6.根据权利要求1所述的一种特殊缩微波幅和水尺的船舶吃水及河流水位测量***，其特征在于：在船舶吃水测量位置处的船体外舷侧面上，设置有安装包含有测量管（1）和毫米级数值信息化刻度尺（2）组合体的前端测量装置，所需高度方向、船长方向及铅垂线方向的定位标志块或定位标志线。

7.根据权利要求1所述的一种特殊缩微波幅和水尺的船舶吃水及河流水位测量***，其特征在于：在包含有测量管（1）和毫米级数值信息化刻度尺（2）组合体的前端测量装置上，或与其相连接的杆件或吊索上配置有高度基准件。

8.根据权利要求1所述的一种特殊缩微波幅和水尺的船舶吃水及河流水位测量***，其特征在于：测量船舶吃水时，用带磁性吸盘且可调节的甲板或舷侧支架安装包含有测量管（1）和毫米级数值信息化刻度尺（2）组合体的前端测量装置。

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