CN110712720A - 一种用于船舶吃水测量的***及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于船舶吃水测量的***及其使用方法，包括无人艇***和移动终端，无人艇***包括船体、中控器、控制器、定位装置、电源装置、驱动装置、拍摄装置和无线通信装置，移动终端包括第二通信装置、处理器、显示屏、存储介质和操作***，无人艇***通过无线通信装置与第二通信装置连接和移动终端相连接，移动终端将启动指令发给无人艇，无人艇根据组合操控指令依次执行航行至目标船舶水尺附近，自动识别并锁定水尺标志并拍摄，分析拍摄的吃水图像，多次重复分析得到船舶相同部位的吃水，计算平均吃水以消除水面波动的影响。本发明通过无人艇***与移动终端配合使用，简化船舶吃水计量的操作流程，提高操作的便利性和吃水计量精度。

Description

一种用于船舶吃水测量的***及其使用方法

技术领域

本发明涉及船舶在码头或海上吃水计量技术领域，具体为一种用于船舶吃水测量的***及其使用方法。

背景技术

船舶具有一定的载重能力，吃水线的高低反映出该船载重量的大小，货船在装卸货时需测量吃水，以求得排水量，扣除空船重量、燃油、压载水、杂物后就得到载货重量。因此，吃水测量与载货重量的勘定是海运中常见的行为。吃水线，即船只与水面交接的那条线。另外，船舶建造完工后，船厂应用阿基米德原理对船舶进行称重的方法得到空船重量。上述两种情况下，专业人员登乘拖轮或者小艇，观测船舶的水尺标志而获得吃水数据，使用拖轮或小艇，需要提前做大量的准备工作，吃水观测的成本较高，波浪较大引起船舶运动或操作不慎，人员危险性增加。

进行观察的工作人员往往需要经过长期训练才能进行吃水观测，为了克服单独人员造成的测量误差，通常是由多组人员独立进行观测，最后将观测结果进行对比、综合、平均，获得最终船舶的吃水。但是使用上述方法会有以下不足：通过人眼目测船舶吃水，往往带有主观性，并且不易克服环境因素。人工观测的数据，观测样本较少，不能对数据运用统计学原理进行处理，并且人眼观测受到人员能力和状态的影响。因此有必要发明一种吃水观测方法，降低吃水计测的成本和难度，提高测量客观性，改善人员安全性。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种用于船舶吃水测量的***及其使用方法，通过无人艇***与移动终端配合使用，简化船舶吃水计量的操作流程，提高操作的便利性和吃水计量精度。

为了实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：一种用于船舶吃水测量的***，包括无人艇***和移动终端，所述无人艇***包括船体、中控器、控制器、定位装置、电源装置、驱动装置、拍摄装置和无线通信装置，所述船体内设有中控器、控制器、定位装置和电源装置，所述中控器与控制器相连接，所述电源装置与中控器进行连接，所述定位装置分别与中控器、电源装置相连接，所述控制器与驱动装置进行连接，所述拍摄装置连接在中控器上，所述无线通信装置设置在船体内，所述移动终端包括第二通信装置、处理器、显示屏、存储介质和操作***，所述无人艇***通过无线通信装置与第二通信装置连接和移动终端相连接，所述第二通信装置与处理器、存储介质相连接，所述操作***与处理器相连接。

优选的，所述船体上还设有船舵和舵杆，所述驱动装置上设有螺旋桨装置、第一转动电机和第二转动电机，所述螺旋桨装置设置在船体底部的后方，所述螺旋桨装置与第二转动电机连接，所述船舵设置在船体后端，所述舵杆连接第一转动电机。

优选的，所述定位装置包括GPS定位模块、距离传感器和雷达，所述GPS定位模块与中控器连接，所述距离传感器和GPS定位模块相连接，所述雷达设置在船体上。

优选的，所述电源装置包括UPS电源、太阳能电池板和蓄电池，所述太阳能电池板设置在船体上方的后部，所述太阳能电池板与蓄电池、UPS电源连接，所述UPS电源连接在中控器。

一种根据权利要求1所述的用于船舶吃水测量的***的使用方法，包括以下步骤：步骤1. 无人艇与移动终端建立无线连接，移动终端获取拍摄启动指令，读取预设自动拍摄模式所关联的组合操控指令；

步骤2.再将组合操控指令发送给无人艇，无人艇根据组合操控指令依次执行系列动作，以靠近目标船舶吃水标志，并锁定水线处的吃水标志，启动无人艇的摄像装置拍摄船舶吃水图像；

步骤3. 无人艇将拍摄到的吃水图像通过通信模块无线传输至移动终端，移动终端接收无人艇传输的拍摄图像，并存储在移动终端的存储介质中；

步骤4. 通过移动终端中的图像处理模块对拍摄的图像进行处理，自动检测水线所在处的吃水标志读数；

步骤5. 重复分析多幅相同船体部位的吃水图像，得到该位置船舶吃水并取统计平均值；

步骤6. 操控无人艇航行至船舶左右舷船首、中、尾6个位置，按相同方式获得6个位置的吃水数据，

步骤7. 根据输入的船舶静水力数据，自动计算船舶的排水量。

优选的，在步骤1中，所述自动拍摄模式包括锁定目标自动拍摄模式和无锁定目标自动拍摄模式，所述自动拍摄模式设置为锁定目标自动拍摄模式时，所述无人艇根据组合操控指令获取锁定的目标、预设的行驶参数和预设的拍摄参数，以将锁定的目标吃水标志保持在拍摄视野中并按照拍摄参数拍摄图像；所述自动拍摄模式设置为无锁定目标自动拍摄模式时，所述无人艇根据组合操控指令获取设定的目标地理位置信息，将目标地理位置信息和组合操控指令发送至无人艇，无人艇根据组合操控指令获取预设的行驶参数和预设的拍摄参数，并在行驶到目标地理位置信息处后按照拍摄参数拍摄图像。

优选的，在步骤2中，所述系列动作包括无人艇行驶动作、拍摄视野调整动作、拍摄距离调整动作、拍摄参数调整动作，所述拍摄参数调整动作包括调整图像的大小、分辨率、感光度、焦距、自动对焦、颜色识别，所述拍摄视野调整动作包括平移和缩放，通过控制无人艇上拍摄装置使图像同时包含了船舶和水面的交界线，其中包含至少一个‘M’字符和水面，船舶吃水线在拍摄的吃水图像中的下方三分之一左右的位置，且保持吃水线图像在水平位置。

优选的，在步骤2中，所述雷达测定无人艇与船的距离，当距离超过预设警戒值时，移动终端发出警报提醒操作者控制无人艇与船体之间的距离。

优选的，在步骤3中，所述移动终端接收并预览无人艇拍摄的多个图像，当移动终端检测到无人艇拍摄的图像质量不佳时，则发出重新拍摄代码指令给无人艇，控制无人艇进行重新拍摄操作。

优选的，在步骤4中，移动终端对拍摄的图像进行处理，首先图像预处理，获得H通道图像，图像平滑，然后对图像进行二值化分割，根据分割结果进行第一次切割；同时对二值化图像进行分析，找到离水面最近的含‘M’字符的位置和米数，以及吃水刻度标志离水面最近的字符；接着根据船体上的数字刻度位置进行第二次切割，然后计算图像梯度，进行边缘提取并拟合，接着获得船体上数字刻度的位置；对多幅同一船***置的吃水图像重复以上分析步骤，得到目标船舶某吃水标志处的吃水，并对数据进行统计平均，以消除水面波动的影响。

与现有技术相比，采用了上述技术方案的用于船舶吃水测量的***及其使用方法，具有如下有益效果：采用本发明的用于船舶吃水测量的***及其使用方法，增加无人艇***和移动终端，通过操作无人艇进行拍摄，移动终端接收拍摄图像，避免人员登乘拖轮或小艇观测吃水，简化了吃水计量的操作流程，大幅降低了吃水计量的成本，提高测量客观性，改善人员安全性。

附图说明

图1为本发明用于船舶吃水测量的***实施例的结构示意图；

图2为本实施例中无人艇***的模块示意图；

图3为本实施例中移动终端的模块示意图；

图4为本实施例中用于船舶吃水测量的***的流程示意图；

图5为本实施例中船舶吃水刻度标志示意图；

图6为本实施例中无人艇对船体和水面交界处的吃水刻度标志进行拍摄的示意图；

图7为本实施例中移动终端拍摄吃水图像时的操作界面示意图；

图8为本实施例中图像处理程序中检测船舶吃水线的流程图。

附图标记：1、无人艇***；11、船体；111、船舵；112、舵杆；12、中控器；13、控制器；14、定位装置；141、GPS定位模块；142、距离传感器；143、雷达；15、电源装置；151、蓄电池；152、UPS电源；153、太阳能电池板；16、拍摄装置；17、驱动装置； 171、螺旋桨装置；172、第一转动电机；173、第二转动电机；18、无线通信装置；2、移动终端；21、第二通信装置；22、处理器；23、显示屏；24、存储介质；25、操作***；301、船体外板；302、船舶吃水标志；303、水面。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

如图1所示为用于船舶吃水测量的***的结构示意图，包括无人艇***1和移动终端2，如图2所示为无人艇***1的模块示意图，如图3所示为移动终端2的模块示意图，无人艇***1包括船体11、中控器12、控制器13、定位装置14、电源装置15、拍摄装置16、驱动装置17和无线通信装置18，船体11内设有中控器12、控制器13、定位装置14和电源装置15，中控器12与控制器13相连接，电源装置15与中控器12进行连接，定位装置14分别与中控器12、电源装置15相连接，控制器13与驱动装置17进行连接，中控器12上连接有拍摄装置16，无线通信装置18设置在船体11内，移动终端2包括第二通信装置21、处理器22、显示屏23、存储介质24和操作***25，无人艇***1通过无线通信装置18与第二通信装置18连接和移动终端2相连接，第二通信装置18与处理器22、存储介质24相连接，操作***25与处理器22相连接。

船体11上还设有船舵111和舵杆112，驱动装置17上设有螺旋桨装置 171、第一转动电机172和第二转动电机173，螺旋桨装置 171设置在船体11底部的后方，并与第二转动电机173连接。船舵111设置在船体11后端，舵杆112连接第一转动电机172。定位装置14包括GPS定位模块141、距离传感器142和雷达143，GPS定位模块141与中控器12连接，距离传感器142和GPS定位模块141相连接，雷达143设置在船体11上。电源装置15包括UPS电源152、太阳能电池板153和蓄电池151，太阳能电池板153设置在船体11上方的后部，太阳能电池板153与蓄电池151、UPS电源152连接，UPS电源152连接在中控器12。

如图4所示为用于船舶吃水测量的***的流程示意图，包括以下步骤：

步骤1. 无人艇与移动终端2建立无线连接，移动终端2获取拍摄启动指令，读取预设自动拍摄模式所关联的组合操控指令；

步骤2.再将组合操控指令发送给无人艇，无人艇根据组合操控指令依次执行系列动作，系列动作包括无人艇行驶动作、拍摄视野调整动作、拍摄距离调整动作、拍摄参数调整动作，拍摄参数调整动作包括调整图像的大小、分辨率、感光度、焦距、自动对焦、颜色识别，拍摄视野调整动作包括平移和缩放，通过控制无人艇上拍摄装置16使图像同时包含了船舶和水面303的交界线，其中包含至少一个‘M’字符和水面303，船舶吃水线在拍摄的吃水图像中的下方三分之一左右的位置，且保持吃水线图像在水平位置，便于移动终端2自带的图像处理模块对图像进行分析。以靠近目标船舶吃水标志302，并锁定水线处的吃水标志，启动无人艇的摄像装置拍摄船舶吃水图像；在本实施例中，雷达143测定无人艇与船的距离，当距离超过预设警戒值时，移动终端2发出警报提醒操作者控制无人艇与船体11之间的距离。

步骤3. 无人艇将拍摄到的吃水图像通过通信模块无线传输至移动终端2，移动终端2接收无人艇传输的拍摄图像，并存储在移动终端2的存储介质24中，在本实施例中，移动终端2可接收无人艇连续拍摄的多个图像并筛选出清晰度较高的一些船舶吃水图像进行存储，移动终端2或者可接收无人艇连续拍摄的一系列图像并按照预设视频格式进行存储。操作者在移动终端2打开图像处理模块，对拍摄的吃水图像进行预处理，并检测吃水线位置，如果图像处理程序提示无法检测或检测结果与预计值偏差较大时，可以驱使无人艇重新拍摄吃水图像。

步骤4. 通过移动终端2中的图像处理模块对拍摄的图像进行处理，自动检测水线所在处的吃水标志读数；

步骤5. 重复分析多幅相同船体11部位的吃水图像，得到该位置的船舶吃水并取统计平均值；

步骤6.操控无人艇航行至船舶左右舷船首、中、尾6个位置，按相同方式获得6个位置的吃水数据；

步骤7. 根据输入的船舶静水力数据，自动计算船舶的排水量。

如图8所示为图像处理程序中检测船舶吃水线的流程图，移动终端2对拍摄的图像进行处理，首先图像预处理，获得H通道图像，图像平滑，然后对图像进行二值化分割，根据分割结果进行第一次切割；针对二值化的图像进行轮廓的提取，依次逐个提取出单个水尺字符，并且对字符图像进行单独的倾斜校正，提高图像的校正精度，便于之后字符的识别；对校正后的字符进行识别，找到在图像中位置最低的“M”字符作为离水面303最近的米数标志，从而找到离水面303最近的米数，保存用以吃水值的计算。

识别找到吃水标志最下方的可识别并且符合字符排列规则的非米数字符作为离水面303最近小字符，为了防止图像中水尺字符变形带来的影响，由离水面303最近小字符的像素高度和实际高度计算出单个像素代表的高度；接着根据船体上的数字刻度位置进行第二次切割，得到包含了水尺区域和水面303交界线的图像；然后计算图像梯度，进行边缘提取并拟合，接着获得船体上数字刻度的位置，最后得到水线所在刻度上的位置；重复以上分析步骤得到目标船舶某吃水标志处的吃水，并对分析得到的吃水取平均值，以消除水面303波动的影响；将以上步骤应用于目标船舶左右首、中、尾6个点船舶吃水图像的分析，最终得到目标船舶共计6个点的吃水。

如图5所示为船舶吃水刻度标志示意图，如图6所示为无人艇对船体和水面交界处的吃水刻度标志进行拍摄的示意图，将拍摄的图像通过通信模块无线传输到移动终端2。如图7所示为移动终端2拍摄吃水图像时的操作界面示意图，在移动终端2的显示屏23上显示该图像，如果图像中仅有船体外板301，未看到吃水标志，可以沿船长方向移动无人艇，当观察到图像中出现吃水标志的字符时，可以进一步控制无人艇或转动拍摄装置16，使吃水标志字符接近于图像中间的位置。然后检测图像中是否包括水线面，如果检测到视野中没有水线面，则继续控制无人艇向水面303方向移动，或转动摄像装置，使视野中包括水线面。

自动拍摄模式包括锁定目标自动拍摄模式和无锁定目标自动拍摄模式，自动拍摄模式设置为锁定目标自动拍摄模式，锁定目标自动拍摄模式是以锁定的目标为拍摄对象的自动拍摄模式，无人艇根据组合操控指令获取锁定的目标、预设的行驶参数和预设的拍摄参数，以将锁定的目标吃水标志保持在拍摄视野中并按照拍摄参数拍摄图像。锁定的目标一般包括图像识别技术从图像中识别出的船舶吃水标志302、水面303等，无人艇将锁定的目标保持在拍摄视野中，可以根据调整船体11转动参数、镜头转向参数和焦距参数等方法来实现。

举例来说，无人艇根据组合操控指令执行一系列动作之后，可以根据无人艇相对锁定的目标的空间位置变化参数，来调整无人艇在三维立体坐标系中的位置。雷达143探测无人艇与船体外板301之间的距离，据此调整无人艇相对锁定的目标的空间位置变化参数，使无人艇处于较为安全的拍摄位置，同时使锁定的目标即吃水线处的吃水标志始终位于拍摄视野中。

无人艇根据组合操控指令获取锁定的目标时，可在拍摄视野中搜索目标，将搜索到的目标标记在拍摄视野的预览图像中并反馈给移动终端2。移动终端2可显示预览图像及搜索到的目标的标记，并检测对显示的标记的选择指令，从而将选择指令所选定的标记所对应的目标作为锁定的目标并通知无人艇，使得无人艇获得锁定的目标。

当自动拍摄模式设置为无锁定目标自动拍摄模式时，无人艇根据组合操控指令获取设定的目标地理位置信息，将地理位置信息和组合操控指令发送至无人艇，无人艇根据组合操控指令获取预设的行驶参数和预设的拍摄参数，并在行驶到地理位置信息处后按照拍摄参数拍摄图像。移动终端2获取设定的地理位置信息，具体可获取输入的地理位置信息作为设定的地理位置信息。移动终端2也可以接收无人艇实时传输的预览图像并显示，根据用户对预览图像中地理位置的操作来选中地理位置，并获取选中的地理位置信息作为设定的地理位置信息。移动终端2也可以显示当前无人艇所在区域的电子地图，根据用户对电子地图的操作来选中地理位置，并获取选中的地理位置信息作为设定的地理位置信息。

无人艇可获取设定的地理位置信息以及无人艇当前所处的地理位置信息，根据两种地理位置信息便可以确定无人艇的行驶路线，从而自动行驶到设定的地理位置信息处。然后无人艇便可以在组合操控指令控制下沿预设行驶轨迹进行行驶，并且在行驶到吃水线所在吃水刻度标志附近悬停按照预设的拍摄参数来拍摄图像。

在本实施例中，移动终端2可控制无人艇在特定地点开始自动沿预设行驶轨迹行驶并拍摄获得图像。移动终端2还具有存储组合操控指令的功能。当后续同类型船舶停靠在码头同一位置时，无人艇行驶路线基本相同，用户可以在移动终端2上调出先前船舶在操控无人艇进行吃水图像拍摄时存储的组合操控指令，控制无人艇以预定的行驶线路行驶，在行驶到预定位置时按照预设的拍摄参数来拍摄图像。这样不需要重复学习无人艇操作和拍摄技巧，就可以利用无人艇在特定的地点拍摄出船舶吃水图像，操作便利。

以上是本发明的优选实施方式，对于本领域的普通技术人员来说不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干变型和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于船舶吃水测量的***，其特征在于：包括无人艇***和移动终端，所述无人艇***包括船体、中控器、控制器、定位装置、电源装置、驱动装置、拍摄装置和无线通信装置，所述船体内设有中控器、控制器、定位装置和电源装置，所述中控器与控制器相连接，所述电源装置与中控器进行连接，所述定位装置分别与中控器、电源装置相连接，所述控制器与驱动装置进行连接，所述拍摄装置连接在中控器上，所述无线通信装置设置在船体内，所述移动终端包括第二通信装置、处理器、显示屏、存储介质和操作***，所述无人艇***通过无线通信装置与第二通信装置连接和移动终端相连接，所述第二通信装置与处理器、存储介质相连接，所述操作***与处理器相连接。

2.根据权利要求1所述的用于船舶吃水测量的***，其特征在于：所述船体上还设有船舵和舵杆，所述驱动装置上设有螺旋桨装置、第一转动电机和第二转动电机，所述螺旋桨装置设置在船体底部的后方，所述螺旋桨装置与第二转动电机连接，所述船舵设置在船体后端，所述舵杆连接第一转动电机。

3.根据权利要求1所述的用于船舶吃水测量的***，其特征在于：所述定位装置包括GPS定位模块、距离传感器和雷达，所述GPS定位模块与中控器连接，所述距离传感器和GPS定位模块相连接，所述雷达设置在船体上。

4.根据权利要求1所述的用于船舶吃水测量的***，其特征在于：所述电源装置包括UPS电源、太阳能电池板和蓄电池，所述太阳能电池板设置在船体上方的后部，所述太阳能电池板与蓄电池、UPS电源连接，所述UPS电源连接在中控器。

5.一种根据权利要求1所述的用于船舶吃水测量的***的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1. 无人艇与移动终端建立无线连接，移动终端获取拍摄启动指令，读取预设自动拍摄模式所关联的组合操控指令；

步骤2.再将组合操控指令发送给无人艇，无人艇根据组合操控指令依次执行系列动作，以靠近目标船舶吃水标志，并锁定水线处的吃水标志，启动无人艇的摄像装置拍摄船舶吃水图像；

步骤3. 无人艇将拍摄到的吃水图像通过通信模块无线传输至移动终端，移动终端接收无人艇传输的拍摄图像，并存储在移动终端的存储介质中；

步骤4. 通过移动终端中的图像处理模块对拍摄的图像进行处理，自动检测水线所在处的吃水标志读数；

步骤5. 重复分析多幅相同船体部位的吃水图像，得到该位置船舶吃水并取统计平均值；

步骤6. 操控无人艇航行至船舶左右舷船首、中、尾6个位置，按相同方式获得6个位置的吃水数据；

步骤7. 根据输入的船舶静水力数据，自动计算船舶的排水量。

6.根据权利要求5所述的用于船舶吃水测量的***的使用方法，其特征在于：在步骤1中，所述自动拍摄模式包括锁定目标自动拍摄模式和无锁定目标自动拍摄模式，所述自动拍摄模式设置为锁定目标自动拍摄模式时，所述无人艇根据组合操控指令获取锁定的目标、预设的行驶参数和预设的拍摄参数，以将锁定的目标吃水标志保持在拍摄视野中并按照拍摄参数拍摄图像；所述自动拍摄模式设置为无锁定目标自动拍摄模式时，所述无人艇根据组合操控指令获取设定的目标地理位置信息，将目标地理位置信息和组合操控指令发送至无人艇，无人艇根据组合操控指令获取预设的行驶参数和预设的拍摄参数，并在行驶到目标地理位置信息处后按照拍摄参数拍摄图像。

7.根据权利要求5所述的用于船舶吃水测量的***的使用方法，其特征在于：在步骤2中，所述系列动作包括无人艇行驶动作、拍摄视野调整动作、拍摄距离调整动作、拍摄参数调整动作，所述拍摄参数调整动作包括调整图像的大小、分辨率、感光度、焦距、自动对焦、颜色识别，所述拍摄视野调整动作包括平移和缩放，通过控制无人艇上拍摄装置使图像同时包含了船舶和水面的交界线，其中包含至少一个‘M’字符和水面，船舶吃水线在拍摄的吃水图像中的下方三分之一左右的位置，且保持吃水线图像在水平位置。

8.根据权利要求5所述的用于船舶吃水测量的***的使用方法，其特征在于：在步骤2中，所述雷达测定无人艇与船的距离，当距离超过预设警戒值时，移动终端发出警报提醒操作者控制无人艇与船体之间的距离。

9.根据权利要求5所述的用于船舶吃水测量的***的使用方法，其特征在于：在步骤3中，所述移动终端接收并预览无人艇拍摄的多个图像，当移动终端检测到无人艇拍摄的图像质量不佳，则发出重新拍摄代码指令给无人艇，控制无人艇进行重新拍摄操作。

10.根据权利要求5所述的用于船舶吃水测量的***的使用方法，其特征在于：在步骤4中，移动终端对拍摄的图像进行处理，首先图像预处理，获得H通道图像，图像平滑，然后对图像进行二值化分割，根据分割结果进行第一次切割；同时对二值化图像进行分析，找到离水面最近的含‘M’字符的位置和米数，以及吃水刻度标志离水面最近的字符；接着根据船体上的数字刻度位置进行第二次切割，然后计算图像梯度，进行边缘提取并拟合，接着获得船体上数字刻度的位置；对多幅同一船***置的吃水图像重复以上分析步骤，得到目标船舶某吃水标志处的吃水，并对数据进行统计平均，以消除水面波动的影响。

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