本發(fā)明涉及一種基于無人機的船舶水尺計量系統(tǒng)及方法，特別涉及一套船舶載重量計算系統(tǒng)，具體是一種應用于港口航運交重的智能計量系統(tǒng)，主要針對船舶載重量計算過程中數據采集，傳輸和處理，保證船舶載重計算公正和高效。
背景技術：
船舶水尺計量需要采集水尺刻度、海水密度、水油倉液面高度，其中船舶水尺采集時需要駕駛小船載著商檢人員、收貨方和發(fā)貨方三方人員共同觀察船舶艏、舯、艉兩側共6個水尺刻度，由于采集水尺小船吃水量小且存在海浪，小船穩(wěn)定性差，對人員生命安全造成極大威脅。同時每個水尺刻度觀察需時較長，且往往出于利益相關方考慮，觀察結果往往存在較大爭議。
常用的水尺觀測方法有吃水線人工觀測法，超聲波水尺法，壓力傳感法、激光測距法，基于圖像處理水尺標志識別法，隨著技術進步，已有機器人技術和機器視覺技術應用到船舶水尺計量領域。專利cn102785719a公布了一種用于船舶水尺圖像拍攝的爬壁機器人、系統(tǒng)及方法，用于實現船舶水尺圖像的自動準確采集，但由于位于船體上且距離水面較近，海浪可能會損壞拍攝鏡頭，專利cn102975826a公布了一種基于機器視覺的便攜式船舶水尺自動檢測和識別方法，可實現水尺數據的自動讀取和船舶載重量的自動計算，但需要人工攜帶攝像機對水尺視頻進行拍攝。
隨著無人機及無線通信技術的進步和日益完善，通過遙控來獲取和傳輸水尺視頻及相關計量數據已經成為可能。利用無人機可遠距離獲取水尺高清視頻，并可遠程設置視頻拍攝角度和位置保證拍攝水尺視頻的質量，替代人工保證水尺采集人員的安全，同時將海水密度和水油倉液面高度測量傳感器集中在一起，可減輕設備數量提高水尺驗收效率，結合無線傳輸、視頻圖像處理和信息技術，可實現船舶水尺驗收的自動化和智能化。
技術實現要素：
隨著無人機及無線通信技術的進步和日益完善，通過遙控來獲取和傳輸水尺視頻及相關計量數據已經成為可能。利用無人機可遠距離獲取水尺高清視頻，并可遠程設置視頻拍攝角度和位置保證拍攝水尺視頻的質量，替代人工保證水尺采集人員的安全，同時將海水密度和水油倉液面高度測量傳感器集中在一起，可減輕設備數量提高水尺驗收效率，結合無線傳輸、視頻圖像處理和信息技術，可實現船舶水尺驗收的自動化和智能化。
本發(fā)明目的通過以下技術方案實現：
一種基于無人機的船舶水尺計量系統(tǒng)，包括帶有水尺刻度的船舶，其特征是，還包括：
無人機水尺視頻采集裝置，配置為跟蹤吃水線區(qū)域位置的變化；
終端采集裝置，配置為采集海水密度及水油倉液面高度；
數據接收裝置，配置為接收上述兩個裝置傳來的數據；
數據處理服務器，配置為處理數據接收裝置傳來的數據，結合數據計算出船舶載重量。
作為優(yōu)選，所述的無人機水尺視頻采集裝置包括無人機、攝像機和遠程操控系統(tǒng)，所述的無人機在水面上空穩(wěn)定飛行，所述的攝像機根據距離水面和船體距離驅動無人機尋找最佳拍攝位置，所述的遠距離程控系統(tǒng)對無人機巡航軌跡和攝像機水尺視頻拍攝周期進行遠程設定和調整。
作為優(yōu)選，所述的終端采集裝置集密度測量傳感器和超聲距離傳感器于一體，實現海水密度和水油倉液面高度的一體化測量。
作為優(yōu)選，所述的數據接收裝置包括終端無線數據發(fā)射模塊、無線通訊基站和無線數據接收模塊；所述無人機水尺視頻采集裝置和終端采集裝置裝有無線數據發(fā)射模塊，能通過無線通訊基站的無線網絡將采集數據遠距離發(fā)送到數據處理服務器的無線數據接收模塊。
作為優(yōu)選，所述的數據處理服務器包括水尺自動識別單元、載重量自動計算單元和水尺驗收操控平臺屏幕，所述的水尺自動識別單元，用于對采集到水尺視頻數據進行切割分幀，并通過內置算法從每幀圖片中獲取水尺數據，通過統(tǒng)計學方法得出最終船舶水尺數據；所述的載重量自動計算單元，將根據國標中船舶載重算法和相關修正圖表，結合采集到的船舶載重計量數據，計算出船舶載重量；所述的水尺驗收操控平臺屏幕用于顯示。
一種基于上述系統(tǒng)的水尺計量方法，其特征是，所述的無人機水尺視頻采集裝置，用于跟蹤吃水線區(qū)域位置的變化；終端采集裝置，用于采集海水密度及水油倉液面高度；數據接收裝置，用于接收上述兩個裝置傳來的數據；數據處理服務器，用于處理數據接收裝置傳來的數據，結合數據計算出船舶載重量。
作為優(yōu)選，船舶靠港后，載有攝像頭的無人機進入船舶?？繀^(qū)域，將攝像頭采集的圖像實時傳送到水尺驗收操控平臺屏幕上，根據屏幕圖像中水尺刻度位置和船舶吃水線的位置調整無人機的懸停位置和攝像頭的拍攝角度，最佳位置選定后，在操控平臺屏幕上圈選吃水線區(qū)域，開始拍攝水尺視頻，無人機搭載的攝像頭便可自動跟蹤吃水線區(qū)域位置的變化，自動調整攝像頭的拍攝角度，使拍攝視頻中吃水線始終處于圖像上部2/3區(qū)域內，整個拍攝時間維持在兩個波動周期以上，拍攝完成的視頻自動編號回傳到服務器端進行存儲，船舶艏舯艉六側水尺依次按照上述方法進行視頻采集。
作為優(yōu)選，所述的終端采集裝置對海水密度和船舶水油倉頁面高度進行測量，該終端采集裝置集密度測量傳感器和超聲測距傳感器于一體，并具有無線數據發(fā)射功能，能借助搭建的無線通訊基站或通訊運營商網絡進行數據的傳輸，將海水密度和水油倉液面高度數據傳送到數據處理服務器進行存儲。
作為優(yōu)選，對傳輸到數據處理服務器的數據進行數據的自動歸集和計算，所述數據處理服務器包括水尺自動識別單元和載重量自動計算單元，其中水尺自動識別單元對采集到水尺視頻數據進行切割分幀，并通過圖像識別算法自動從每幀圖片中獲取水尺數據，通過統(tǒng)計學方法得出最終船舶水尺數據；所述的載重量自動計算單元根據國標中船舶載重算法和相關修正圖表，結合采集到的船舶載重計量相關數據，自動計算出船舶載重量。
作為優(yōu)選，所述數據處理服務器還具有水尺視頻回放和其他采集計量數據的查詢功能。
本技術方案具有以下優(yōu)點：本產品基于無人機技術進行水尺視頻的遠程采集，可替代人工進入水面區(qū)域觀察水尺，保證水尺驗收人員的安全；通過隨動跟蹤技術保證所采集視頻的質量，集多種傳感器于一體進行相關計量數據采集和無線發(fā)送，并對所采集數據自動進行分析處理，得到船舶載重，既保證了水尺驗收的公開、公平和公正，又提高了水尺驗收的效率。
附圖說明
為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1是本實施例的系統(tǒng)示意圖。
標號說明：船舶1、水尺刻度11、無人機水尺視頻采集裝置2、無人機21、攝像機22、遠程操控系統(tǒng)23、終端采集裝置3、密度測量傳感器31、超聲距離傳感器32、數據接收裝置4、無線數據發(fā)射模塊41、無線通訊基站42、無線數據接收模塊43、數據處理服務器5、水尺自動識別單元51、載重量自動計算單元52、水尺驗收操控平臺屏幕53、吃水線6。
具體實施方式
以下結合具體實施例來說明本發(fā)明，下列實施例僅用于說明本發(fā)明的技術方案，并不限定本發(fā)明的保護范圍。
實施例一：
如圖1所示，本實施例的產品是一種基于無人機的船舶水尺計量系統(tǒng)，包括帶有水尺刻度11的船舶1，還包括：
無人機水尺視頻采集裝置2，配置為跟蹤吃水線區(qū)域位置的變化；
終端采集裝置3（即一種手持數據采集終端），配置為采集海水密度及水油倉液面高度；
數據接收裝置4，配置為接收上述兩個裝置傳來的數據；
數據處理服務器5，配置為處理數據接收裝置4傳來的數據，結合數據計算出船舶載重量。
本實施例的無人機水尺視頻采集裝置2包括無人機21、攝像機22和遠程操控系統(tǒng)23，無人機21能在水面上空依靠穩(wěn)定器穩(wěn)定飛行，攝像機22根據距離水面和船體距離驅動無人機21尋找最佳拍攝位置，遠距離程控系統(tǒng)對無人機21巡航軌跡和攝像機22水尺視頻拍攝周期進行遠程設定和調整。
本實施例的終端采集裝置3集密度測量傳感器31和超聲距離傳感器32于一體，實現海水密度和水油倉液面高度的一體化測量。
本實施例的數據接收裝置4包括無線數據發(fā)射模塊41、無線通訊基站42和無線數據接收模塊43；無人機水尺視頻采集裝置2和終端采集裝置3裝有無線數據發(fā)射模塊41，能通過無線通訊基站42的無線網絡將采集數據遠距離發(fā)送到數據處理服務器5的無線數據接收模塊43。
本實施例的數據處理服務器5包括水尺自動識別單元51、載重量自動計算單元52和水尺驗收操控平臺屏幕53，水尺自動識別單元51，用于對采集到水尺視頻數據進行切割分幀，并通過內置算法從每幀圖片中獲取水尺數據，通過統(tǒng)計學方法得出最終船舶1水尺數據；載重量自動計算單元52，將根據國標中船舶1載重算法和相關修正圖表，結合采集到的船舶1載重計量數據，計算出船舶1載重量；水尺驗收操控平臺屏幕53用于顯示。
實施例二：
一種基于上述實施例系統(tǒng)的水尺計量方法，無人機水尺視頻采集裝置2，用于跟蹤吃水線區(qū)域位置的變化；終端采集裝置3，用于采集海水密度及水油倉液面高度；數據接收裝置4，用于接收上述兩個裝置傳來的數據；數據處理服務器5，用于處理數據接收裝置4傳來的數據，結合數據計算出船舶載重量。
船舶1靠港后，水尺驗收人員操縱載有攝像頭（即攝像機22）的無人機21進入船舶1?？繀^(qū)域，無人機21搭載攝像頭采集的圖像實時回傳到無人機21操控平臺的屏幕上，水尺驗收人員根據圖像中船舶1吃水線6的位置調整無人機21的懸停位置和攝像頭的拍攝角度，最佳位置選定后，水尺驗收人員在操控平臺屏幕上圈選吃水線區(qū)域，開始拍攝水尺視頻，無人機21搭載的攝像頭便可自動跟蹤船舶1水尺刻度11和船舶1吃水線區(qū)域位置的變化，自動調整攝像頭的拍攝角度，使拍攝的視頻中船舶1吃水線始終處于圖像上部2/3區(qū)域內，整個拍攝時間維持在兩個波動周期以上，拍攝完成的視頻自動編號回傳到數據處理服務器5進行存儲，船舶1艏舯艉六側水尺依次按照上述方法進行視頻采集。
水尺驗收人員攜帶集密度測量傳感器31和超聲距離傳感器32于一體手持終端（即終端采集裝置3）在船舶1上對海水密度和船舶1水油倉頁面高度進行測量，手持終端具有無線數據發(fā)射功能，可借助搭建的無線通訊基站42或通訊運營商網絡進行數據的傳輸，將海水密度和水油倉液面高度數據傳送到服務器數據接收裝置4。
數據接收裝置4將接收到數據存儲到數據處理服務器5，部署在數據處理服務器5的數據處理模塊進行數據的自動歸集和計算，數據處理模塊包括水尺自動識別單元51和載重量自動計算單元52，其中水尺自動識別單元51對采集到水尺視頻數據進行切割分幀，并通過圖像識別算法自動從每幀圖片中獲取水尺數據，通過統(tǒng)計學方法得出最終船舶1水尺數據。載重量自動計算單元52根據國標中船舶載重算法、相關船形數據和修正圖表，結合采集到的船舶1載重計量相關數據，自動計算出船舶1載重量。數據處理模塊同時具有水尺視頻回放和其他采集計量數據的查詢功能。
此外，需要說明的是，本說明書中所描述的具體實施例，其零、部件的形狀、所取名稱等可以不同。凡依本發(fā)明專利構思所述的構造、特征及原理所做的等效或簡單變化，均包括于本發(fā)明專利的保護范圍內。本發(fā)明所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，只要不偏離本發(fā)明的結構或者超越本權利要求書所定義的范圍，均應屬于本發(fā)明的保護范圍。