杨卫星¹胡广粗¹汪琳¹杜美憬¹

Abstract ln this paper,Al technology provides technical posibility for the application of ship scale.T'he application of AItechnology in ship chart, draft observation instrument, material measurement and data processing of draft gauge are described inparticular.

Keywords draft survey; ship scale; semi-submersible unmanned boat; automatic reading of draft mark;number and weightinspection 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AI时代^[1]。

1  AI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。

AI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AI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^[2]。

2  AI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‰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计算技术引入，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^[3]。

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AI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AI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^[4]。

船舶数据信息检验应用的AI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^[5]。

3  AI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：

(1) 水尺计重人员需爬码头前沿的直梯或舷梯，比较危险。

(2) 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。

(4) 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。

AI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。AI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色水尺计重平台。

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AI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入，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，AI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AI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，天津南疆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  AI技术在吃水观测领域的应用

在无人机、无人船中运用AI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  AI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。

AI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。目前，LNG、LPG、航煤船舶使用的计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AI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  AI技术在水尺计重结果数据处理领域的应用

天津南疆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量环境，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。

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、IMO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。

图1  公证鉴定信息化平台

Fig.1  Fair appraisal information platform

天津南疆海关的公证鉴定信息化平台成功运用，为AI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AI时代的图景，AI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。

【该文经CNKI学术不端文献检测系统检测，总文字复制比为6.6%。】

第一作者：杨卫星（1963—），男，汉族，河北沧州人，本科，二级高级主办，现任天津南疆海关副关长，主要从事检验鉴定工作，E-mail：0262930@tj.intra.customs.gov.cn

1. 天津南疆海关  天津  300450

1. Tianjin Nanjiang Customs, Tianjin  300450

参考文献

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[4] 李洋. 计算机人工智能技术的发展与应用研究[J]. 电脑知识与技术, 2020, 16(12): 201-202, 206.

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（文章类别：CPST-A）