基于加密型值表的改進水尺計重方法

孫志波

（青島檢驗認證有限公司,山東 青島 266000）

水尺計重，利用公元200年前著名的阿基米德原理，即漂流在靜止流體中的物體受到的流體作用的合力大小等于物體排開的流體的重量。在此前提下，把船自身作為一個計量工具來實現對船上的貨物進行計量的一種方法。具體依據便是船舶的標準圖表。以承運船舶的吃水作為求得船體排水量的主要依據。其原理便是金屬船舶在水中漂浮時，所排開水的重量就與船舶自身的重量相同，裝載有附加重量的船舶，如載裝貨物的船舶排開的水量較大。該水尺計重方法具有省時、省力、省運費的優勢，在一定程度上，被許多運輸部門所采納和應用。與此同時，水尺計重也有諸多的缺點，比如，船舶在橫傾、縱傾與拱垂情況下會存在極大的誤差，具有一定局限性，只適用于價值不高或者不易用衡量器計重的海運裝固態商品的計重。

許多研究人員在這一方面投入了許多的精力，做了許多的研究和工作。例如，林火平投身于船舶常數對水尺計重的研究的影響的研究工作中，通過大量的數據得出影響船舶的兩大主要因素的結論。其中，這兩大主要因素分別是纜繩的松緊，壓載水的測量。但是，該研究的局限性較大；王淑敏通過分析壓載水、油艙、燃油艙以及污水艙等貨艙的測量誤差中，提出了幾種正確測量數值的可行方法。但是，該研究也具有局限性，并沒有在自由浮態下進行討論。初次之外，還有許多研究人員利用圖像處理技術、光纖技術以及攝像機拍攝等對水尺計重的方法進行探究。而這些研究都是以裝載手冊為研究基礎來開展的，并且都無法從本質上去減少誤差。對于拱垂的修正也沒有提出相關的精細方案。因此，本文為了彌補這些缺陷，使得水尺計重的精確性更高，提出了基于加密型值表的改進水尺計重方法。

下面將從水尺記重的影響因素、傳統水尺計重方法以及改進水尺計重方法這三大方面進行分析。

1 水尺計重的影響因素

在水尺計重中，影響因素繁多且復雜，只有保證觀測、測量數據與實際情況完全相同，才能保證水尺計重的精確性。其中最關鍵、最重要的三個環節是觀測水尺、測量壓載水和水密度。

1.1 觀測水尺

觀測水尺就是采用目力或器具對船舶的艏、舯、艉這三個部位左右的吃水線進行測定。在測定時，應盡量減小視線與水面的角度，從多角度進行觀測、避免視覺誤差。當氣候條件惡劣時，讀取水尺數值十分影響觀測結果，在狂風、暴雨、大浪的天氣中水線會上下劇烈波動。若波浪超過1m或天氣十分惡劣時，應停止觀測，如果是必須觀測吃水線時，應詳細記錄當時的氣象和波浪情況。

1.2 測量壓載水

在測量壓載水之前，應當首先了解的是壓載艙的數量和名稱，其次，注意觀測放尺的速度和觀測所用的測量器具。觀測器具一般采用繩尺、卷尺和銅折尺等。在測量時，應當先將尺錘接近底艙，再緩慢地將其觸及底艙。在這期間，應保持測量器具崩直的狀態，不使其放松、彎曲，以提高測量結果的準確性。在測量水深時，船方的吊桿、加油、泵水和開關艙蓋等不可移動，避免測量結果不準確。在尺錘觸及艙底以前不能將其拉起。在壓載時，船方應保持壓載艙裝滿80%左右，來使測量高度穩定，使計算更便捷且準確。

1.3 測量水密度、壓載水密度

（1）測量水密度指的是測量船舶所停泊的港口的水的密度以及有時需要測量壓載水的密度。測量方法，是從船舯外舷水尺深度的一半之處抽取水樣，再將其灌入玻璃瓶或其他密封容器之中。取材時，應注意取材器具、測量時間以及分層抽樣等注意事項。應選用標準取樣桶，保證標準取樣桶的清潔、桶內無殘留液體以及鹽分結晶等，以避免因取材器具不佳而造成的結果與實際偏差較大的現象。

各個流域里水的密度并不都是相同且一成不變的，在大江大河的出海口的水的分層格外的明顯；上、中、下三層水域的密度差異大，單取某一層用做計數時會造成測量結果嚴重的偏差。解決方案時，增加取樣的次數，在上、中、下三層分別多次取樣，并取其平均值進行計算。

（2）測量壓載水密度的方法是抽取壓載艙的壓載水樣品進行測量。按照檢驗標準，重量在500斤以上的壓載水必須取樣計算壓載水的密度。艙內壓載水的密度會隨著港口水的密度的變化而變化，而港口水的密度在不同時間段內也不盡相同，所以測量時，可采用該港口該季度的品均港水密度來進行計算。

2 傳統水尺計重方法

傳統水尺計重方法需要在計算和修正船舶之前，需要測量六面吃水、船外水密度、艙室水、油數量等相關的數據。再對船舶完成計算和修正工作后，將吃水的拱垂、垂線等進行修正。再結合查到的船舶排水量數據，即靜水力曲線表的排水量，對排水量進行港水密度進行修正，從而計算得出船舶裝載的質量。

3 改進水尺計重方法

改進水尺計重方法不同于傳統水尺計重方法，它不再依賴裝載手冊，而是基于加密型值表來建立船舶的高精度的三維的數據庫。測量六面吃水、船外水密度、艙室水、油數量等相關的數據。再對船舶完成計算和修正工作后，將吃水的拱垂、垂線等進行修正。將船舶的浮態參數、船舶變形后的精確數據庫，使船舶橫剖面與水線面相交來計算出船舶的精確的排水量。加密型值表指的是對于普通型值表分站數目進行加密從而得到的型值表。用此方法進行測量，能夠更精確、準確地反映出船舶的資料以及船舶的真實外形數據等參數。

改進水尺計重方法需要以下三個步驟：建立數據庫、計算船舶自由浮態下的排水量、對計算結果進行分析。建立數據庫需要編寫VC++程序，自動識別和讀取加密型值表，建立高精度的船舶的三維數據庫，再采用三維可視化方法去驗證數據庫的完整性。計算船舶自由浮態下的排水量需要采用坐標系浮態參數與坐標變換矩陣計算，再對船舶垂拱進行修正，計算出船舶中拱的型值數據庫；再用S-H型算法來計量船舶的排水量，最后對計算結果進行分析。

相較傳統的水尺計重方法，改進的水尺計重方法的計算精度更高；用坐標來平移將椽筆垂拱進行量化、用矩陣變化和水線面相交來計算傳播的排水量，且對于船舶的浮態并沒有限制。相較傳統的查取靜力水表的方法，它具有更高的實際應用價值與可行性。

4 結語

船舶的水尺計重對貨物的運輸與貨物運輸中的安全有著巨大的影響。因此，對于船舶計量準確性的重視必須提上日程。而影響水尺計重的主要因素有觀測水尺、壓載水密度、水密度等方面；所以，從這幾個方面入手可以有效地解決其中的問題，提高計量結果的準確性。