CHINA PORT SCIENCE A ND TECHNOLOGY
杨卫星*1胡广粗1汪琳1杜美憬1
摘要本文主要阐述了A丨技术为船舶衡运用提供的技术可能，具体通过AI技术在船舶图表应用、在压载水测量领 域应用、在吃水观测领域应用、在船用物料测定领域应用，以及水尺计重结果数据处理领域应用，描绘了未来水尺计重A1时代。 关键词水尺计重；船舶衡；半潜式无人艇；自动读取水尺标记；数重量检验鉴定
Application of Al Technology in the Field of Draft Weight
Measurement
YANG Wei-Xing1HU Guang-Cu1WANG Lin1DU Mei-Jing1
A b s tra c t In this paper, AI technology provides technical possibility for the application of ship scale. T h e application of AI technology in ship chart, draft observation instrument, material measurement an d data processing of draft gauge are described in particular.志愿预测
K e y w o rd s draft survey； ship scale； semi-submersible u n m a n n e d boat； automatic reading of draft m a r k；n u m b e r an d weight inspection and identification
中国作为世界上最大的大宗散货进口国，主要进 口产品为矿石产品、原油、大豆等。大宗散货多采用 水尺计重方式确定货物数重量。传统水尺观测方法是 利用拖船等运载工作人员进行观测，风浪及测量人员 的个人主观经验等因素会对观测水尺产生影响，同时 租船测量成本高、危险程度大、安全性不足、智能化 水平不高。
新冠肺炎疫情等突发状况对传统的水尺测量工作 产生较大影响。根据国家最新的指导意见，疫情期间码头作业人员不登船、不与船员直接接触，因工作需 要必须与船员近距离接触的，尽量选择在室外空间，做好个人防护，保持1米以上安全距离等。这些措施 在一定程度上影响了作业效率，也反映出传统的人工 测量水尺方法抵御风险的能力有待提升。
随着5G技术的进步，水尺计重数据观测采集、数据处理引进了许多信息技术，完成了数据自动运算、电子留痕、数据共享。近年来，海关、第三方检验鉴 定机构采用无人机、无人艇、半潜船等技术实现吃水
祛腐生肌软膏第一作者：杨卫星（1963—），男，汉族.河北沧州人，本科，二级高级主办，现任天津海关副关长，主要从事检验鉴定工作, E-mail ：****************.v
1.天津海关天津300450
硝酸铂1. Tianjin Nanjiang Customs, Tianjin 300450
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数据观测无人化和物联化，通过远程视频技术完成水 尺计重中压载水、燃油的远程观测。同时，研究通过 图像识别技术实现船舶吃水的自动识别，开启了水尺 计重的A1时代％
1A I技术为船舶衡运用提供可能
货运船舶变为如同汽车衡、轨道衡一样的衡器，技术难点主要是货运船舶实时吃水的自动测量及数据 远程传输、货运船舶船用物料的测定和海水密度的自 动测定。
A I传感器技术实现了水深、水密度的自动测量，可以在提供货运船舶实时吃水数据的同时感应水密 度。另外，通过A I自动计量技术测出船舶压载水、燃油、淡水等船用物料重量，将其数字化集中于船舶 中控系统。船舶将成为电子衡器，可直读货运船舶载 重量。因此，随着AI技术的不断发展，为实现船舶衡 的运用提供了可能性ra。
2 A I技术在船舶图表方面的应用
2.1 AI技术在船舶图表绘制方面的应用
水尺计重的精度要求船舶制表精度为1%。，水尺 计重的准确度可达5%e以内。船舶制表精度影响水尺 计重结果的准确度。影响水尺计重的图表，主要有船 舶排水量表、静水力曲线表、压舱水表、燃油舱表等 图表。随着造船技术的进步，先进的激光扫描、电子 测绘、AI计算技术引人，使得船舶制表精度大大提高，从而在基础上保证了水尺计重的参数基准|31。
2.2 AI技术在船舶图表数据电子化方面的应用
船舶图表绘制A I化，使得船舶图表数据实现电 子化有了技术基础未来检验行业A I时代到来的一 个重大任务，是如何实现世界船舶图表数据的远程调 取应用。简单地说，就是检验机构可以在办公桌前调 取任何航行于海洋上的任意一艘商船的船舶图表数据 信息[41。
船舶数据信息检验应用的A I化调用，首先需要 造船时将船舶图表信息数据化、电子化，然后船公司构建每条船的图表电子数据信息库形成数据节点，通 过智能安全协议向检验鉴定机构提供船舶水尺计重所 需的必要电子数据。最后，检验鉴定机构利用这些数 据和现场智能采集数据，计算出船舶载货量并用于结 算或通关。如何形成全球船舶图表数据网络，区块链 给我们提供了技术支撑，未来或许可以构建起全球船 舶图表数据网络交互平台曰。
3 A I技术在水尺观测器具领域的应用
外舷吃水数据读取，传统做法是租用小型船舶，
水尺计重人员登船进行外舷吃水观测，读取数据。但 这种方式存在以下问题：
⑴水尺计重人员需爬码头前沿的直梯或舷梯，
碳纤维复合芯导线
比较危险。
⑵租用船舶的费用较高，每年需花费数百万元。
(3)检验鉴定工作效率低。
⑷读取数据主观性强，容易引发争议。
(5) 检验现场数据复现性差，现场自由裁量权较大。
(6) 无法观测定点、定位、定深海水密度。
A1技术的发展推动了无人机、无人车、无人船 等行业的进步。近年来，无人机、无人船、半潜船技
术逐渐应用于水尺计重领域，帮助水尺观测人员实现 了远程无人观测。A I技术主要解决的是水尺观测器 具的送达，延长了人眼的视线距离。
4目前港口水尺观测方法介绍
4.1软梯法
水尺计重人员通过攀爬引水梯或软梯读取船舶水 尺数据。该方法的缺点是对人员具有危险性，且现场 不可再现。
4.2拖轮法
水尺计重人员在拖轮上读取船舶水尺数据。该方 法的缺点是人员上下拖轮有危险，尤其是枯潮或涨潮 时危险更大，且现场不可再现。
4.3无人机
计算机技术、网络数据传输技术被广泛应用。大
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智能调度系统
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连、南京海关采用无人机进行水尺观测，利用无人机 的空中摄像技术，通过无线高清图像数据传输获得水 尺视频，实现了智能观测水尺数据。但这种方法只能 看外舷三面水尺，受气候影响较大。
4.4智能水尺观测船
智能水尺观测船配备了主副两个可变焦、高清摄 像头，水尺计重人员可坐在船舶内进行远程指挥。
4.5遥控无人船
采用无人船观测水尺（目前处于验证测试阶段），水尺计重人员通过手持遥控器上的电子屏幕进行观测 水尺。
4.6半潜式无人艇
天津海关拟利用一种小型半潜无人艇，内设潜望 镜和摄像仪器，并携带影像分析仪，利用特殊软件分 析动态波浪影像，进行滤波取值，自动读取水尺数据、海水密度，通过远程信号传输到海关水尺计重信息化 平台实现对接，替代传统的水尺计重模式，使得该艇 成为智慧绿水尺计重平台。
5水尺观测器具的无人化、智能化
近年来，不少港口利用无人机对外舷水尺进行观 测。无人机水尺观测主要应用的A I技术是智能化场 景建模技术，就是通过数学建模的思维方式，结合人 工智能相关技术，搭建船舶水尺观测智能场景，以船 舶水尺观测为建模单元，考虑包括地理环境、气候特 征、港口信号干扰因素、飞行高度、视线角度等多种 要素的模型输人，建立精准的适配模型。其中，智能 导航、避障、自动返航、空中悬停技术尤为重要。
无人机辅助水尺计重的优势是可以全程视频记录 鉴定过程，有效还原工作现场，一旦发生货物短重情 况，可为国内企业索赔提供有力支撑，对船方也有一 定的约束作用。目前，A I技术主要应用于飞行的智 能控制，解决水尺观测器具的送达，技术核心是能回 传实时、稳定的船舶吃水画面。但无人机受天气影响 较大，风大时无法作业，且无人机受空中飞行管制较 多，以及涉及法律事务较多，实际应用率较低。
二战时期，无人船就用于执行战斗任务，只是当时智能化程度低，是遥控型无人设备，随着与船 舶相关的遥感技术、通信技术的发展，特别是北斗、GPS等导航技术的发展，使无人船发展具备了技术 可行性…无人船的核心技术是动力系统和船舶控制 系统动力系统是基于有人船舶改进，实现操控系 统需要经过有人到无人的飞跃。目前，国内外无人 船研发团队基本上可以应用A I技术核心算法，实现 集智能化控制系统和通信系统，具有深度自主学习 能力、智能航线规划、自主航行、定速巡航、定向 巡航、智能避障、惯性导航、智能返航、状态监控、动力定位等控制功能，可实现对无人船的全自动
或 手动航行的智能控制。
2017年，连云港海关自主研制了一款用于水尺 计重的遥控无人船。同期，天津海关对半潜无人 艇在水尺观测领域的应用进行了研究。无人船或无人 半潜艇在水尺观测领域应用，必须满足观测船舶吃水 时远端视频画面的稳定，最低要求要满足模拟人站在 拖轮观测的无差效果。
6 A I技术在吃水观测领域的应用
在无人机、无人船中运用A I技术，主要解决了 水尺观测器具的送达，延长了人眼的视线距离。要实 现对船舶吃水的实时、远程、智能观测，还需解决视 频图像到数字转换的技术问题，真正达到船舶吃水智 能读取。
船舶吃水观测难点在于人的模糊推断能力和基于 视频画面计算机读数的机械性失真。船舶吃水观测人 员需要具备一定的经验，对观测环境等多种因素综合 推断、取舍，使其读数与吃水真值无限接近。船舶吃 水视频影像转化成数字信号，即船舶水尺智能识别系 统，近些年来已有很多机构对此进行了研究。太仓海 关曾自主研发一套基于正态分布原理建模的水尺自动 识别系统，该系统中基于规律波动数学模型和船舶吃 水刻度受到紊流波动影响的拟合度有偏差。如何将视 频影像转换为无限接近真值的数据，是AI技术需要解 决的一个难题。视频影像到数字信号的转变技术类似 人脸识别技术。该技术的原理是模拟人眼观测，通过
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主要像素点智能测算结果和人工观测结果比对，使得 观测结果不断迭代，从而接近吃水刻度真值，达到吃 水读数的智能观测。相信随着AI技术的发展，这个问 题将来能够得到完美解决。
7 A I技术在船用物料测定方面的应用
水尺计重的船舶物料测定主要是压载水、燃油、淡水和船舶常数的测定。目前，压载水、燃油、淡水 主要是现场用量水尺、量油尺实地测量出压载舱、燃 油舱的实际液深或空高，查压载舱、燃油舱仓容表，再用压载水、燃油的密度计算出实际压载水、燃油重 量，淡水一般由日用柜直接读出体积或重量。船舶常 数一般是两次计量差值计算。
A1技术在船用物料测定方面的应用，主要是构 建压载水、燃油、淡水自动计量系统，其精度应满足 水尺计重的精度要求。对船舶物料的测定，主要方法 是通过改造船舶现有的油舱、水舱、日用柜的计量传感器，使其精度达到水尺计重规范要求。0前，LNG、LPG、航煤船舶使用的i十量传感器均能满足水 尺计重的精度作业要求。其他水尺计重船舶应用A1技术的难点在于大部分船舶需要进行改造.改造后可 提供准确无误的船用物料测定结果用于水尺计重计 算。船舶衡技术在新造船舶中应用比较适当也非常必 要，并且前景非常广阔。
8 A I技术在水尺计重结果数据处理领域的应用
天津海关开发的公证鉴定信息化平台包含基 于个人数字助理（PDA)上的水尺计重系统，不但具 备电脑计算快速、准确的特点，而且相对于传统的笔 记本电脑来说，便于上下船携带。电子化水尺计重的 优势在于不仅能缩小误差、减少测量时间，而且能创 造出客观公正的测童环境，以及保证计量工作的高质 量、高效率。公证鉴定信息化平台在后期的水分计算 方面也能减少计算错误，提高速度和准确性，缩短证
总体功能架构图
数据采集
图1公证鉴定信息化平台
Fig.1 Fair appraisal information platform
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书出具时间，加快通关效率。公证鉴定信息化平台设 计如图1所示D
从图1中可以看到，公证鉴定信息化平台采用了 分层理念，每一层都有明确的职责和通讯接口，层和 层之间不进行业务逻辑的耦合，但保留业务的聚合。此种方式较好地解决了系统弹性和扩展性，为未来功 能扩展以及和其他系统对接提供了预留空间。公证鉴 定信息化平台通过天津港船舶信息管理系统采集需要 的信息，如船名、丨M0号、所装货类、船舶进港时间、离港时间、靠泊泊位信息，可根据采集的相关信息按 操作规程进行及时、合理的工作安排。同时，公证鉴 定信息化平台可以从海关e-CIQ主干系统采集需要重 量检验的船舶的报检号、发货人信息、收货人信息、申报重量、合同号等信息供完成计算、出具证书等工 作，通过网络在平台上几分钟内完成，大大提高了工 作效率。平台可以从天津海关数字实验室，按照报关 号和船名采集重量检验货物的相关检测数据（如水分、密度），系统采集到数据后自动完成计算，并将检验 结果等信息第一时间传回数字实验室系统，节省了大 量人力物力。
天津海关的公证鉴定信息化平台成功运用，为A I技术在水尺计重结果数据处理领域应用提供了 发展思路。通过水尺计重检验鉴定结果数字化、信息 化，将水尺计重结果信息存储于海关、第三方检验鉴 定机构，然后通过一定的送达方式提交给买卖双方，形成货物交接或其他方面使用的凭证。通过AI技术，水尺计重结果的使用方通过一个平台系统同步获得相 关信息，免去通关流程文件传递送达或其他事项（如 银行汇兑等业务）文本工作。同时，通过区块链等技 术将水尺计重结果信息同步背书送达数据使用方，从 而达到安全、方便、快捷的目的。
9结语
本文描绘了未来水尺计重A I时代的图景，A I技 术的应用将使水尺计重等传统检验鉴定行业的工作模 式发生变革，使未来的检验鉴定业务更加高效、精确。
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