本发明涉及一种基于无人机的船舶水尺计量系统及方法，特别涉及一套船舶载重量计算系统，具体是一种应用于港口航运交重的智能计量系统，主要针对船舶载重量计算过程中数据采集，传输和处理，保证船舶载重计算公正和高效。
背景技术：
船舶水尺计量需要采集水尺刻度、海水密度、水油仓液面高度，其中船舶水尺采集时需要驾驶小船载着商检人员、收货方和发货方三方人员共同观察船舶艏、舯、艉两侧共6个水尺刻度，由于采集水尺小船吃水量小且存在海浪，小船稳定性差，对人员生命安全造成极大威胁。同时每个水尺刻度观察需时较长，且往往出于利益相关方考虑，观察结果往往存在较大争议。
常用的水尺观测方法有吃水线人工观测法，超声波水尺法，压力传感法、激光测距法，基于图像处理水尺标志识别法，随着技术进步，已有机器人技术和机器视觉技术应用到船舶水尺计量领域。专利cn102785719a公布了一种用于船舶水尺图像拍摄的爬壁机器人、系统及方法，用于实现船舶水尺图像的自动准确采集，但由于位于船体上且距离水面较近，海浪可能会损坏拍摄镜头，专利cn102975826a公布了一种基于机器视觉的便携式船舶水尺自动检测和识别方法，可实现水尺数据的自动读取和船舶载重量的自动计算，但需要人工携带摄像机对水尺视频进行拍摄。
随着无人机及无线通信技术的进步和日益完善，通过遥控来获取和传输水尺视频及相关计量数据已经成为可能。利用无人机可远距离获取水尺高清视频，并可远程设置视频拍摄角度和位置保证拍摄水尺视频的质量，替代人工保证水尺采集人员的安全，同时将海水密度和水油仓液面高度测量传感器集中在一起，可减轻设备数量提高水尺验收效率，结合无线传输、视频图像处理和信息技术，可实现船舶水尺验收的自动化和智能化。
技术实现要素：
随着无人机及无线通信技术的进步和日益完善，通过遥控来获取和传输水尺视频及相关计量数据已经成为可能。利用无人机可远距离获取水尺高清视频，并可远程设置视频拍摄角度和位置保证拍摄水尺视频的质量，替代人工保证水尺采集人员的安全，同时将海水密度和水油仓液面高度测量传感器集中在一起，可减轻设备数量提高水尺验收效率，结合无线传输、视频图像处理和信息技术，可实现船舶水尺验收的自动化和智能化。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种基于无人机的船舶水尺计量系统，包括带有水尺刻度的船舶，其特征是，还包括：
无人机水尺视频采集装置，配置为跟踪吃水线区域位置的变化；
终端采集装置，配置为采集海水密度及水油仓液面高度；
数据接收装置，配置为接收上述两个装置传来的数据；
数据处理服务器，配置为处理数据接收装置传来的数据，结合数据计算出船舶载重量。
作为优选，所述的无人机水尺视频采集装置包括无人机、摄像机和远程操控系统，所述的无人机在水面上空稳定飞行，所述的摄像机根据距离水面和船体距离驱动无人机寻找最佳拍摄位置，所述的远距离程控系统对无人机巡航轨迹和摄像机水尺视频拍摄周期进行远程设定和调整。
作为优选，所述的终端采集装置集密度测量传感器和超声距离传感器于一体，实现海水密度和水油仓液面高度的一体化测量。
作为优选，所述的数据接收装置包括终端无线数据发射模块、无线通讯基站和无线数据接收模块；所述无人机水尺视频采集装置和终端采集装置装有无线数据发射模块，能通过无线通讯基站的无线网络将采集数据远距离发送到数据处理服务器的无线数据接收模块。
作为优选，所述的数据处理服务器包括水尺自动识别单元、载重量自动计算单元和水尺验收操控平台屏幕，所述的水尺自动识别单元，用于对采集到水尺视频数据进行切割分帧，并通过内置算法从每帧图片中获取水尺数据，通过统计学方法得出最终船舶水尺数据；所述的载重量自动计算单元，将根据国标中船舶载重算法和相关修正图表，结合采集到的船舶载重计量数据，计算出船舶载重量；所述的水尺验收操控平台屏幕用于显示。
一种基于上述系统的水尺计量方法，其特征是，所述的无人机水尺视频采集装置，用于跟踪吃水线区域位置的变化；终端采集装置，用于采集海水密度及水油仓液面高度；数据接收装置，用于接收上述两个装置传来的数据；数据处理服务器，用于处理数据接收装置传来的数据，结合数据计算出船舶载重量。
作为优选，船舶靠港后，载有摄像头的无人机进入船舶停靠区域，将摄像头采集的图像实时传送到水尺验收操控平台屏幕上，根据屏幕图像中水尺刻度位置和船舶吃水线的位置调整无人机的悬停位置和摄像头的拍摄角度，最佳位置选定后，在操控平台屏幕上圈选吃水线区域，开始拍摄水尺视频，无人机搭载的摄像头便可自动跟踪吃水线区域位置的变化，自动调整摄像头的拍摄角度，使拍摄视频中吃水线始终处于图像上部2/3区域内，整个拍摄时间维持在两个波动周期以上，拍摄完成的视频自动编号回传到服务器端进行存储，船舶艏舯艉六侧水尺依次按照上述方法进行视频采集。
作为优选，所述的终端采集装置对海水密度和船舶水油仓页面高度进行测量，该终端采集装置集密度测量传感器和超声测距传感器于一体，并具有无线数据发射功能，能借助搭建的无线通讯基站或通讯运营商网络进行数据的传输，将海水密度和水油仓液面高度数据传送到数据处理服务器进行存储。
作为优选，对传输到数据处理服务器的数据进行数据的自动归集和计算，所述数据处理服务器包括水尺自动识别单元和载重量自动计算单元，其中水尺自动识别单元对采集到水尺视频数据进行切割分帧，并通过图像识别算法自动从每帧图片中获取水尺数据，通过统计学方法得出最终船舶水尺数据；所述的载重量自动计算单元根据国标中船舶载重算法和相关修正图表，结合采集到的船舶载重计量相关数据，自动计算出船舶载重量。
作为优选，所述数据处理服务器还具有水尺视频回放和其他采集计量数据的查询功能。
本技术方案具有以下优点：本产品基于无人机技术进行水尺视频的远程采集，可替代人工进入水面区域观察水尺，保证水尺验收人员的安全；通过随动跟踪技术保证所采集视频的质量，集多种传感器于一体进行相关计量数据采集和无线发送，并对所采集数据自动进行分析处理，得到船舶载重，既保证了水尺验收的公开、公平和公正，又提高了水尺验收的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实施例的系统示意图。
标号说明：船舶1、水尺刻度11、无人机水尺视频采集装置2、无人机21、摄像机22、远程操控系统23、终端采集装置3、密度测量传感器31、超声距离传感器32、数据接收装置4、无线数据发射模块41、无线通讯基站42、无线数据接收模块43、数据处理服务器5、水尺自动识别单元51、载重量自动计算单元52、水尺验收操控平台屏幕53、吃水线6。
具体实施方式
以下结合具体实施例来说明本发明，下列实施例仅用于说明本发明的技术方案，并不限定本发明的保护范围。
实施例一：
如图1所示，本实施例的产品是一种基于无人机的船舶水尺计量系统，包括带有水尺刻度11的船舶1，还包括：
无人机水尺视频采集装置2，配置为跟踪吃水线区域位置的变化；
终端采集装置3（即一种手持数据采集终端），配置为采集海水密度及水油仓液面高度；
数据接收装置4，配置为接收上述两个装置传来的数据；
数据处理服务器5，配置为处理数据接收装置4传来的数据，结合数据计算出船舶载重量。
本实施例的无人机水尺视频采集装置2包括无人机21、摄像机22和远程操控系统23，无人机21能在水面上空依靠稳定器稳定飞行，摄像机22根据距离水面和船体距离驱动无人机21寻找最佳拍摄位置，远距离程控系统对无人机21巡航轨迹和摄像机22水尺视频拍摄周期进行远程设定和调整。
本实施例的终端采集装置3集密度测量传感器31和超声距离传感器32于一体，实现海水密度和水油仓液面高度的一体化测量。
本实施例的数据接收装置4包括无线数据发射模块41、无线通讯基站42和无线数据接收模块43；无人机水尺视频采集装置2和终端采集装置3装有无线数据发射模块41，能通过无线通讯基站42的无线网络将采集数据远距离发送到数据处理服务器5的无线数据接收模块43。
本实施例的数据处理服务器5包括水尺自动识别单元51、载重量自动计算单元52和水尺验收操控平台屏幕53，水尺自动识别单元51，用于对采集到水尺视频数据进行切割分帧，并通过内置算法从每帧图片中获取水尺数据，通过统计学方法得出最终船舶1水尺数据；载重量自动计算单元52，将根据国标中船舶1载重算法和相关修正图表，结合采集到的船舶1载重计量数据，计算出船舶1载重量；水尺验收操控平台屏幕53用于显示。
实施例二：
一种基于上述实施例系统的水尺计量方法，无人机水尺视频采集装置2，用于跟踪吃水线区域位置的变化；终端采集装置3，用于采集海水密度及水油仓液面高度；数据接收装置4，用于接收上述两个装置传来的数据；数据处理服务器5，用于处理数据接收装置4传来的数据，结合数据计算出船舶载重量。
船舶1靠港后，水尺验收人员操纵载有摄像头（即摄像机22）的无人机21进入船舶1停靠区域，无人机21搭载摄像头采集的图像实时回传到无人机21操控平台的屏幕上，水尺验收人员根据图像中船舶1吃水线6的位置调整无人机21的悬停位置和摄像头的拍摄角度，最佳位置选定后，水尺验收人员在操控平台屏幕上圈选吃水线区域，开始拍摄水尺视频，无人机21搭载的摄像头便可自动跟踪船舶1水尺刻度11和船舶1吃水线区域位置的变化，自动调整摄像头的拍摄角度，使拍摄的视频中船舶1吃水线始终处于图像上部2/3区域内，整个拍摄时间维持在两个波动周期以上，拍摄完成的视频自动编号回传到数据处理服务器5进行存储，船舶1艏舯艉六侧水尺依次按照上述方法进行视频采集。
水尺验收人员携带集密度测量传感器31和超声距离传感器32于一体手持终端（即终端采集装置3）在船舶1上对海水密度和船舶1水油仓页面高度进行测量，手持终端具有无线数据发射功能，可借助搭建的无线通讯基站42或通讯运营商网络进行数据的传输，将海水密度和水油仓液面高度数据传送到服务器数据接收装置4。
数据接收装置4将接收到数据存储到数据处理服务器5，部署在数据处理服务器5的数据处理模块进行数据的自动归集和计算，数据处理模块包括水尺自动识别单元51和载重量自动计算单元52，其中水尺自动识别单元51对采集到水尺视频数据进行切割分帧，并通过图像识别算法自动从每帧图片中获取水尺数据，通过统计学方法得出最终船舶1水尺数据。载重量自动计算单元52根据国标中船舶载重算法、相关船形数据和修正图表，结合采集到的船舶1载重计量相关数据，自动计算出船舶1载重量。数据处理模块同时具有水尺视频回放和其他采集计量数据的查询功能。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。