CN101794497A

CN101794497A - 海上有机污染物监测报警系统

Info

Publication number: CN101794497A
Application number: CN 201010128930
Authority: CN
Inventors: 李颖; 陈澎; 亓洪兴; 薛永琪
Original assignee: Dalian Maritime University
Current assignee: Dalian Maritime University
Priority date: 2010-03-19
Filing date: 2010-03-19
Publication date: 2010-08-04

Abstract

本发明公开了一种海上有机污染物监测报警系统，包括监测装置及监控中心；其中紫外光源和光学会聚元件组成的发射端照射于探测物表面产生的各个发散角的发散光的区域同光学收集元件收集的范围能够重叠，然后紫外光探测器对光学收集元件收集的荧光光谱进行光电转换后发送到同其相连接的主控制器中进行处理；一旦发现污染事件，主控制器发出报警信号给同其相连接的声光报警器进行报警，同时主控制器还将将污染物种类、位置以及发生时间信息发送到同其相连接的无线通信模块中，再由无线通讯天线以无线的方式发送到监控中心。该系统具有使用寿命长、安装便捷和使用灵活的特点。另外，其结构简单，便于生产，而且成本低廉适于广泛推广。

Description

海上有机污染物监测报警系统

技术领域

本发明涉及一种海上染物监测报警系统，尤其涉及一种对港区海面污染物进行监测报警的系统。

背景技术

随着我国经济快速增长，对外开放程度不断提高，港口发展达到空前规模。进出港船舶的日益增加，给港区水域的生态环境带来巨大压力，特别是港区发生溢油等污染的风险也更加突出。除了由于船舶航行、涉油作业、各种突发事故、船舶航修等环节中可能产生严重的污染，而且一些违规和违法船舶偷排污油水、压载水等会给港区海洋造成更巨大的破坏，并可能严重影响港口的正常作业生产。

根据国家港口管理和海洋保护的有关规定，各港口码头均需要建立与港口业务规模相适应的港口溢油应急反应计划，实现保护海洋环境，促进社会、经济可持续发展的战略目标。同时，在目前全社会对海洋环境保护越来越重视的大形势下，各涉海企业和海事部门所肩负的责任也越来越重。如何能够有效解决或者应对这个问题，不仅得到了各相关部门和企业的充分认识和高度重视，还建立了完善的管理手段，从制度上尽可能的避免和减少各种各样的溢油事故的发生。但是现有的监控装置都需要同水面接触，这样就大大的降低了装置的使用寿命，在海洋天气比较恶劣的情况下装置也极易被损毁，另外装置的安装也极为困难。

紫外光激发荧光选择性好、灵敏度高，具有很强的识别能力，近几年来在环境污染监测和检测中越来越受到重视，很多实验室都对其进行深入研究。其原理是当某种物质被一束紫外光激发后，该物质的分子吸收能量后从基态跃迁到某一激发态上，再以辐射跃迁的形式发出荧光回到基态，根据不同物质发出的荧光光谱分布的区别以及紫外光激发荧光的寿命不同对物质进行监测和检测。这样就可以通过测量油类的紫外光诱导荧光光谱，利用荧光谱的不同强度和形状来鉴别是否存在油类污染物以及油的种类，以及利用油膜的紫外光诱导荧光的时间特性来加以判别，测量其荧光寿命来实现对油膜的探测。这样就为一种新型的监测报警系统提供了技术支持。

发明内容

本发明针对以上问题的提出，而研制一种安装便捷、使用灵活、结构坚固的海上有机污染物监测报警系统。其工作原理是用现场监测装置对监视港区海面情况，利用监测装置中的发光装置向海面发射一定波长的紫外光并接收反射的荧光，由于海水和污染物以及不同污染物之间的荧光特征不相同，由监测装置中传感器根据荧光光谱特征判断海面是否受到污染，并判断污染物种类。一旦发现污染事件立即发出警报，并对现场进行拍照，将获取的照片连同污染物种类、位置以及发生时间等信息通过无线通讯模块向监控中心发送，由工作人员做进一步分析处理。本发明采用技术手段如下：

一种海上有机污染物监测报警系统，包括监测装置及监控中心；其特征所述监测装置包括：

紫外光源，用于发射一定频率的紫外线光脉冲；

光学会聚元件，用于对紫外光源发出的紫外线光进行光学会聚，把紫外光源发出的紫外光会聚到水面特定面积范围内；

光学收集元件，用于将荧光光谱收集起来耦合到紫外光探测器中；

紫外光探测器，用于对光学收集元件收集的荧光光谱进行光电转换；

主控制器，用于对紫外光探测器传输过来的荧光光谱信号进行光谱特征分析，以鉴别分析探测物的类别，一旦发现污染事件立即发出警报信号给声光报警器，并将污染物种类、位置以及发生时间信息发往无线通信模块；

声光报警器，用于接收主控制器发送过来的警报信号，并且在接收到报警信号后进行声光报警；

无线通讯天线，用于接收主控制器发送过来的污染物种类、位置以及发生时间信息，并将其发送到监控中心中；

所述紫外光源和光学会聚元件组成的发射端照射于探测物表面产生的各个发散角的发散光的区域同光学收集元件收集的范围能够重叠，然后紫外光探测器对光学收集元件收集的荧光光谱进行光电转换后发送到同其相连接的主控制器中进行处理；一旦发现污染事件，主控制器发出报警信号给同其相连接的声光报警器进行报警，同时主控制器还将将污染物种类、位置以及发生时间信息发送到同其相连接的无线通信模块中，再由无线通讯天线以无线的方式发送到监控中心。

还包括具有夜间拍摄功能的摄像头同主控制器相连接，当主控制器发现污染事件后控制摄像头对现场进行拍照，并通过无线通讯天线将照片发送到监控中心。

所述监控中心集成报警信息管理系统，用于监测装置的远程操控：进行触发报警、解除报警、设置监测频率和控制拍照；并且提供给用户一个简捷的操作界面，用于处理存储相应数据，并能够查看和统计分析历史数据；同时集成GIS系统，在电子海图上进行监控点位的操作。

所述监控中心通过GPRS/CDMA或3G网络将报警信息以短信的形式发送给用户。

一种利用上述海上有机污染物监测报警系统进行海上有机污染物监控的方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)设置监测系统中的紫外光频率，向海面发射一定波长的紫外光，后接收反射的荧光；

(2)利用监测系统中的主控制器对反射回来的荧光进行光谱特征分析，鉴别分析探测物的类别；

(3)发现污染物，声光报警器警报器报警，拍摄现场照片，并自动向监控中心发送报警信息，同时向负责人发出短信提示；

(4)监控中心接收报警信息后，发出警报音提醒；

(5)负责人根据接收的报警信息制定应急方案，赶往现场处理。

所述步骤(4)还包括对历史数据进行统计分析，生成报表的步骤。

所述报警信息包括现场照片、污染物种类、位置以及发生时间信息。

该海上有机污染物监测报警系统同现有报警系统相比其优点是显而易见的，其监控装置不与水面接触，保证了在恶劣的海洋环境下仪器的最大使用寿命，采用无线数据传输方式，具有安装便捷、使用灵活的特点，而且未来扩展用户不必花费很多用于网络改造，另外，与计算机系统结合，具智能分析处理的功能，同时也方便功能的拓展，并可配合组态类软件，实现可视化时时监控。由于其结构简单，便于生产，而且成本低廉适于广泛推广。

附图说明

图1为本发明所述监测装置的结构示意图；

图2为本发明所述监控报警系统的结构示意图；

图3为本发明利用所述监控报警系统进行水面污染监控的流程图；

图4为本发明实施例中测得海水荧光光谱图；

图5为本发明实施例中测得海面污染柴油荧光光谱图。

具体实施方式

如图1所述监测装置的结构示意图，该监测装置包括紫外光源1为紫外线脉冲光源，用于发射一定频率的紫外线光脉冲；光学会聚元件2为光学会聚元件，用于对紫外光源1发出的紫外线光进行光学会聚，把紫外光源1发出的紫外光会聚到水面特定面积范围内；光学收集元件3为光学耦合元件，用于将荧光光谱收集起来耦合到紫外光探测器中；紫外光探测器4为一种光电转换元件，用于对光学收集元件3收集的荧光光谱进行光电转换；主控制器5为一种具有处理能力的处理器(可以为：ARM、MCU、FPGA等逻辑处理器)，用于对紫外光探测器传输过来的荧光光谱信号进行光谱特征分析，以鉴别分析探测物的类别，一旦发现污染事件立即发出警报信号给声光报警器，并将污染物种类、位置以及发生时间信息发往无线通信模块；声光报警器6，用于接收主控制器5发送过来的警报信号，并且在接收到报警信号后进行声光报警；无线通讯天线7为一种无线传输通讯装置，用于接收主控制器5发送过来的污染物种类、位置以及发生时间信息，并将其发送到监控中心中。该监测装置的工作过程为：紫外光源1和光学会聚元件2组成的发射端照射于探测物表面产生的各个发散角的发散光的区域同光学收集元件3收集的范围能够重叠，然后紫外光探测器对光学收集元件3收集的荧光光谱进行光电转换后发送到同其相连接的主控制器5中进行处理；一旦发现污染事件，主控制器5发出报警信号给同其相连接的声光报警器6进行报警，同时主控制器5还将将污染物种类、位置以及发生时间信息发送到同其相连接的无线通信模块中，再由无线通讯天线7以无线的方式发送到监控中心；另外，监测装置还包括具有夜间拍摄功能的摄像头8同主控制器5相连接，当主控制器5发现污染事件后控制摄像头8对现场进行拍照，该摄像头8为带LED灯，红外感光的摄像头，并通过无线通讯天线7将照片发送到监控中心。

如图2所示监控报警系统的结构示意图，其中监控中心集成报警信息管理系统，用于监测装置的远程操控：进行触发报警、解除报警、设置监测频率和控制拍照；并且提供给用户一个简捷的操作界面，用于处理存储相应数据，并能够查看和统计分析历史数据；同时集成GIS系统，在电子海图上进行监控点位的操作。该监控中心包括：无线Modem11为mGSM/GPRS modem，服务器9连接无线modem和交换机，用于通讯和数据存储，交换机10为以太网交换机，计算机12(集成报警信息管理系统)并通过交换机可连接多台，无线AP 13为一无线接入点，无线连接交换机和计算机。监控中心通过无线Mode接收警报信息，并将报警信息(溢油位置、照片、溢油时间、种类等)存储到服务器中后，由计算机(报警信息管理系统)进行处理。监控系统中的多台计算机通过行线和无线方式连接，无线Modem接收数据，转换成计算机可处理的格式存储于服务器内，服务器通过交换机连接直接计算机，也可以通过无线AP，无线连接计算机，解决一些特殊环境下无法布线的问题。另外，所述监控中心通过GPRS/CDMA或3G网络将将照片与污染物种类，事故发生时间、方位等信息通过无线通讯模块传输至计算机并发短信至负责人手机中。

使用时监测装置安装位于港区码头沿岸，距离水面5m处，保证监测的有效安全进行。如图3所示具体操作步骤为：(1)通过计算机(报警信息管理系统)校正监测装置的系统时间，使其与计算机时钟同步，设置通讯端口；(2)设置监测装置中的紫外光频率，向海面发射一定波长的紫外光，接收反射的荧光；(3)发现污染物，警报器报警，拍摄现场照片，并自动向报警信息管理系统发送报警信息，同时向联系人发出短信提示；(4)报警信息管理系统接收报警信息(时间、图片、污染物种类等)，发出警报音提醒(同时还可对历史数据进行统计分析，生成报表便于负责人形成处理预案)；(6)负责人根据接收的报警信息制定应急方案，赶往现场处理。

设备安装配置后，紫外灯以355nm波长向海面发射紫外光，光学收集元件3接收反射的荧光；无污染时，通过紫外光探测器对生成海水的荧光光谱进行光电转换，获取峰值和波形特征(图4)；纯海水的荧光光谱具两个峰值，较高峰位于频道1和2之间，相对强度为15，较低峰位于频道3和4之间，相对强度为7；一旦监测海面发生污染，如柴油泄漏，光学收集元件3获取的光谱特征产生明显变化(图5)，这时由主控制器5分析污染物类别，控制警报器自动报警，拍摄现场照片，并自动向报警信息管理系统发送报警信息，同时向联系人发出短信提示；本实例中污染物为柴油，其荧光光谱具一个明显的波峰，位于频道1和2之间，相对强度为5；设置相对强度0.5为阈值，低于此阈值将不进行报警；监控指挥中心内的报警信息管理系统接收报警信息(时间、图片、污染物种类等)，发出警报音提醒；如主要负责人不在指挥中心内，可以通过手机短信及时得到报警信息；指挥中心人员利用计算机集成的报警信息管理系统对历史数据进行统计分析，生成报表；相关负责人根据接收的报警信息制定应急方案，赶往现场处理。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种海上有机污染物监测报警系统，包括监测装置及监控中心；其特征所述监测装置包括：

紫外光源，用于发射一定频率的紫外线光脉冲；

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于还包括具有夜间拍摄功能的摄像头同主控制器相连接，当主控制器发现污染事件后控制摄像头对现场进行拍照，并通过无线通讯天线将照片发送到监控中心。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于所述监控中心集成报警信息管理系统，用于监测装置的远程操控：进行触发报警、解除报警、设置监测频率和控制拍照；并且提供给用户一个简捷的操作界面，用于处理存储相应数据，并能够查看和统计分析历史数据；同时集成GIS系统，在电子海图上进行监控点位的操作。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于所述监控中心通过GPRS/CDMA或3G网络将报警信息以短信的形式发送给用户。

5.一种利用权利要求3所述海上有机污染物监测报警系统进行海上有机污染物监控的方法，其特征在于包括如下步骤：

(4)监控中心接收报警信息后，发出警报音提醒；

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于所述步骤(4)还包括对历史数据进行统计分析，生成报表的步骤。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于所述报警信息包括现场照片、污染物种类、位置以及发生时间信息。