船舶水尺吃水值检测方法研究

摘 要：船舶运输业伴随着现代社会的快速进步和经济的飞速发展日益旺盛起来，在载有散货的船舶货物交易当中，相互交易的双方都很重视的一项就是测量船舶的载重量。船舶的水尺计重在船舶载重量的测量中是应用最为广泛的一种方法。这里的水尺计重就是观测载货物船舶观测的吃水情况，测定船舶装卸货物之前之后的平均吃水数据，通过这些数据对应的实际的排水量跟船舶用物料重量，计算船舶载重量的一种方法。船舶的吃水值的测量的准确性与否可以对船载货物的重量的准确性和船舶的稳定性产生直接的影响，因为现在船舶吃水值测量的方法主要是人工测量，所以为了提高船舶吃水值测量的准确度，我们提出了对船舶的水尺图像用图像处理技术来识别和检测处理最终得到船舶的吃水值。通过对实际采集的船舶水尺图像进行检测，表明这种方法可以实现船舶吃水值的自动检测。

关键词：船舶水尺；图像处理；吃水线检测；模板匹配

水尺计重是一种在国际上通用的水上运输交接方法，它的计量工具是船舶本身，对船载货物计重的方法采用阿基米德原理。这种方法是通过测定承载货物的船舶装卸前后的船舶吃水值跟船用物料，然后依据与船舶相关的图表来计算船舶的货物载重量，这个结果用来作为贸易买卖双方的交接依据。

因为在观测船舶吃水的时候比较容易受到大风大浪等外在的环境因素和人为因素的影响，同时也因为船舶停泊在码头，并且船舶会跟随着海水周期波动，这样就是让船舶的吃水值出现不同的值，在这种情况下人们会根据目测来定出船舶的吃水值，结果会使船舶吃水值的准确性受到严重的影响，所以进行贸易来往的两方经常在“水尺吃水”的测量上产生很多纠纷，更恶劣的还会有不守贸易规矩的贸易人在测量水尺吃水上大做手脚，赚取不正当的财务。我们需要更加科学的，准确性更高的船舶吃水值测量的方法来减少纠纷，增加交易中的公平。

研究船舶的吃水值的测量方法一方面能够增加交易的公平性，另一方面还有船舶行驶安全报警的作用。船员在航行之前会知道船舶的左右船舷、舷舯、舷艉六面的具体吃水值，在船舶装载货物的时候能够依据船舶六面的吃水值得到船舶前后吃水差、左右吃水差、摇摆周期和中间高度等一系列的信息，通过这些信息来掌握船舶的载重情况，以便增加船舶航行的安全性和稳定性。可见船舶的吃水值的测量的准确性与否可以对船载货物的重量的准确性和船舶的稳定性产生直接的影响，因为现在的船舶的吃水值测量的方法主要是人工测量，所以为了提高船舶吃水值测量的准确度，提出了对船舶的水尺图像用图像处理技术来识别和检测处理最终得到船舶的吃水值。

1 资料与方法

1.1 一般资料

近年来随着图像处理技术快速的发展和广泛的应用，图像处理方法在船舶的吃水线检测中也进行了采用。通过调查统计可以发现，现在已存在的图像检测对吃水线进行分析主要采用的是模板匹配和canny算子等，这些方法虽然达到了检测图像中的吃水值的目的，但是所能使用的图像都是一些清晰度较高、杂质较少、变形度较低、水线平直，图像受到的约束太多，而且通用性太低，不利于普遍采用。目前的图像的算法大部分都还在学术研究中，還不能够实际的应用，因此本课题主要是在它的通用性和准确性都比较高的情况下，还能够进行实际的应用的测量船舶水尺吃水值的方法。

1.2 方法

船舶水尺刻度识别的实际处理步骤如下：（1）选取具有代表性的船舶水尺刻度图像样本，提取相应的数字特征并建立对应的特征模版。（2）利用摄像机或数码相机拍摄船舶水尺视频或图像，从中截取水尺刻度图像。（3）定位并提取船舶水尺刻度区域，预处理水尺刻度图像。（4）采取中文改进的特征提取方法提取实际水尺数字图像的特征，与水尺刻度特征模板进行匹配，匹配结果即为系统识别的数值。

在观察船舶水尺图像的时候注意到，船舶的吃水线是在图像中的位置是固定不变的，这为图像处理的检测提供了明确的目标。在进行检测的过程中，我们只要取得离水平面最近的船舶的水尺刻度字来做代表的数值、吃水线在水尺中的位置，还要取得这张图像用来确定船舶的吃水刻度字的距离，最后通过船舶的水尺刻度的特征就能够得到这张图像来确定船舶的最终吃水值。

2 结果

图1是实际拍摄的船舶水尺视频截图，图2是水尺刻度检测过程中各阶段的处理结果。表1表明基于三叉点特征的模板匹配识别方法比传统的标准模板识别方法识别率高，因为该方法能有效解决模板匹配法中的字符图像与模板尺寸不符等问题，减少误识率，改善识别精度。

3 结束语

本课题主要是针对水尺计重中的水尺数据进行研究，因为在计算散货船载重中水尺计重是有效方法，并且它的准确性对商品的交接运算和运费计算还有通关计税等产生了直接的影响，而且水尺数据的检测结果也是计算载重量的重要因素，所以本课题的研究在水尺计重中具有很重要的意义。

通过一系列实验的验证表明，在不同情况下得到的水尺图像在大多数算法下都是可以的。在大多数的情况下，本算法的检测精度更高，可靠性也更好，但是在船舶水尺腐蚀严重或者光线很暗的情况下，本算法还是没有办法进行检测，所以还需要更多的人付出努力，在此基础上寻找更多的好方法来得到更准确的结果。

参考文献

[1]刘丹.基于图像处理的散货船港航交重[D].大连：大连海事大学，2012.

[2]苏华.船舶吃水动态检测方法的研究[D].武汉：武汉理工大学，2008.

[3]杨兆飞，司洋.基于FPGA超声测距系统的改进[J].电子测试，2012，8：39-42.

[4]刘仁金，郝祥根，船舶吃水线定位分析及算法研究[J].皖西学报，2009，25（5）：1-4.

[5]崔海鹏.浅谈数字化图像处理系统[J].活力，2012，8：264.

[6]高冉.基于PDE的图像差值技术及其应用[J].河南大学，2008.

[7]张钢，崔刚.散货货物运输中水尺计重的原则和方法[J].青岛远洋船员学院学报，2005，2：40-43.

作者简介：林振松（1987-），男，汉族，福建福州人，任职于福州出入境检验检疫局，助理工程师，本科，研究方向：水尺鉴定、水舱测量、船舶。