CN107703516B - 一种远程测定船舶污染排放装置及其应用方法 - Google Patents

一种远程测定船舶污染排放装置及其应用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种远程测定船舶污染排放装置及其应用方法：包括控制主机、实时处理器、AIS系统和测量部件；测量部件包括底座、控制云台、微脉冲激光雷达、远程瞄准器；AIS系统获取测量海域范围内船舶的地理坐标，实时发送至控制主机，通过控制云台调整微脉冲激光雷达对准方向，使其对准船舶烟囱口，向烟囱口发射激光束，激光回波信号返回实时处理器，分析得到船舶气体污染物成分及浓度信息。本发明利用微脉冲激光雷达对过往船舶排放的各种气体污染物浓度进行实时监测，一段时间监测后可以建立激光测定船舶大气污染光谱分析样本库，从而根据样本库的比对及时反馈船舶的污染物排放情况，进而达到监控船舶污染物排放的目的。

Description

一种远程测定船舶污染排放装置及其应用方法
技术领域
本发明涉及船舶气体污染物测量领域，更具体的说，是涉及一种远程测定船舶污染排放装置及其应用方法。
背景技术
船舶造成的大气污染，主要是指船舶在运输生产过程中，由于燃烧性排放和操作性排放，向周围大气环境排放了诸如氮氧化物、硫氧化物、CO和PM等污染物，并最终造成对大气环境的物理或化学性污染。随着运输船舶量日益增加，船舶已成为大气污染的主要排放源，加强对船舶的污染排放管控迫在眉睫。然而，船舶污染的测定一直是个难题，急需一种能够远距离进行船舶大气污染排放测定的装置。
微脉冲激光雷达是一种新兴的主动遥感工具，它被广泛应用于大气科学、环境保护、气象与气候和大气遥感等领域，具有性能稳定、结构简单、便于移动、探测数据准确、对人眼安全等特点。激光在大气介质中传输时，光被大气分子、气溶胶粒子散射或吸收，激光雷达接受的信号取决于大气中粒子的后向散射。根据激光雷达方程，激光发射功率增大，相应的接收信号也增大。因此，微脉冲雷达的基本思想是利用小型全固体化半导体泵浦激光器的高重复频率特点，增加回波弱信号在单位时间内的累加平均次数；采用光子技术提高信噪比，最终达到探测大气的目的。
船舶自动识别系统(Automatic Identification System，简称AIS系统)由岸基(基站)设施和船载设备共同组成，是一种新型的集网络技术、现代通讯技术、计算机技术、电子信息显示技术为一体的数字助航系统和设备。AIS系统是一种船舶导航设备，通过AIS使用能增强船舶间避免碰撞的措施，能加强ARPA雷达、船舶交通管理系统、船舶报告的功能，能在电子海图上显示所有船舶可视化的航向、航线、航名等信息，达到改进海事通信的功能和提供一种船舶进行语音和文本通信的方法，增强了船舶的全局意识。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供了一种远程测定船舶污染排放装置及其应用方法，利用微脉冲激光雷达对过往船舶排放的各种气体污染物浓度进行实时监测，一段时间监测后可以建立激光测定船舶大气污染光谱分析样本库，从而根据样本库的比对及时反馈船舶的污染物排放情况，进而达到监控船舶污染物排放的目的。
本发明的目的可通过以下技术方案实现。
一种远程测定船舶污染排放装置，包括控制主机、实时处理器、AIS系统和测量部件，所述控制主机分别与AIS系统和测量部件相连接，测量部件和实时处理器相连接；
所述测量部件包括内部设置有步进电机的底座，所述底座上设置有由步进电机控制的控制云台，所述控制云台设置有用于监测船舶污染物气体的微脉冲激光雷达，所述微脉冲激光雷达上设置有用于寻找船舶烟囱口的远程瞄准器，所述控制云台用于调整微脉冲激光雷达的发射方向；
所述AIS系统获取测量海域范围内船舶的地理坐标，实时发送至控制主机，利用远程瞄准器寻找该船舶，并通过控制云台调整微脉冲激光雷达对准方向，使其对准船舶的烟囱口，并向烟囱口发射激光束，激光回波信号返回实时处理器，分析船舶气体污染物成分，得到各个污染物的浓度信息。
所述控制云台包括水平旋转轴和纵向旋转轴，所述水平旋转轴与步进电机连接，用于左右调整微脉冲激光雷达的发射方向，所述纵向旋转轴用于上下调整微脉冲激光雷达的发射方向。
本发明的目的还可通过以下技术方案实现。
一种远程测定船舶污染排放装置的应用方法，包括以下步骤：
步骤一，某一船舶进入到测量领域时，AIS系统获取该船舶的地理坐标并实时发送至控制主机；
步骤二，控制主机控制测量部件，利用控制云台调整微脉冲激光雷达对准方向，使其对准该船舶的烟囱口；
步骤三，微脉冲激光雷达向烟囱口发射激光束，激光回波信号实时发送至实时处理器，利用实时处理器对激光回波信号进行分析得到该船舶的气体污染物成分及浓度信息。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
目前没有用来远程测定船舶烟囱污染排放的装置，该测量装置能够实现在岸边或港口对所有行驶的船舶进行污染物排放的实时监测。利用AIS系统获取船舶的地理位置对船舶进行搜索，并利用控制云台使激光器精准对准烟囱，实时监测船舶的气体污染物的排放情况。一段时间监测后可以建立激光测定船舶大气污染光谱分析样本库，可以将及时搜集的船舶污染物排放情况的数据与样本进行比对，及时反馈船舶的污染物排放情况，进而达到监控船舶污染物排放的目的。
附图说明
图1是本发明远程测定船舶污染排放装置布置图；
图2是本发明中测量部件结构示意图。
附图标记:1测量部件；101底座；102控制云台；103微脉冲激光雷达；
104远程瞄准器；2控制主机；3实时处理器；4AIS系统；5船舶。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。
如图1所示，本发明的远程测定船舶污染排放装置，包括控制主机2、实时处理器3、AIS系统4和测量部件1，所述控制主机2分别与AIS系统4和测量部件1相连接，测量部件1和实时处理器3相连接。
如图2所示，所述测量部件1包括内部设置有步进电机的底座101，所述底座101上设置有由步进电机控制的控制云台102，所述控制云台102设置有用于监测船舶5污染物气体的微脉冲激光雷达103，所述微脉冲激光雷达103上设置有用于准确寻找船舶5烟囱口的远程瞄准器104。所述控制云台102用于调整微脉冲激光雷达103的发射方向，包括水平旋转轴和纵向旋转轴，所述水平旋转轴与步进电机连接，用于左右调整微脉冲激光雷达103的发射方向，所述纵向旋转轴用于上下调整微脉冲激光雷达103的发射方向。利用步进电机调整控制云台102使远程瞄准器104准确对准待监测船舶5的烟囱口，然后利用微脉冲激光雷达103向船舶5的烟囱口方向发射激光束。
为了保证准确获取测量范围内每一船舶5的污染物排放情况，所述AIS系统4获取测量海域范围内所有船舶5的地理位置，将系统中距离测量装置一定范围(如300m)内的船舶5的地理坐标实时发送至控制主机2。利用测量部件1的远程瞄准器104寻找该船舶5，并通过控制云台102上下左右转动调整微脉冲激光雷达103对准方向，使其对准船舶5的烟囱口，并向烟囱口发射激光束，激光回波信号返回实时处理器3进行实时处理，分析船舶5气体污染物成分，得到各个污染物的浓度信息。
本发明远程测定船舶污染排放装置的应用方法，主要思想为利用船舶5排放的气体污染物的光谱特性，以向船舶5的烟囱口发射激光的方式进行实时监测，通过分析激光回波信号得到过往船舶5的气体污染物的排放情况，具体过程如下：
首先，当某一船舶5进入到该远程测定船舶污染排放装置设定的测量领域时，AIS系统4获取该船舶5的地理坐标并实时发送至控制主机2。
然后，控制主机2控制测量部件1，利用控制云台102调整微脉冲激光雷达103对准方向，使其对准该船舶5的烟囱口位置。
步骤三，微脉冲激光雷达103向烟囱口发射激光束，激光回波信号实时发送至实时处理器3，利用实时处理器3对激光回波信号进行分析得到该船舶5的气体污染物成分及浓度信息。
尽管上面结合附图对本发明的功能及工作过程进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体功能和工作过程，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (3)

1.一种远程测定船舶污染排放装置，其特征在于，包括控制主机(2)、实时处理器(3)、AIS系统(4)和测量部件(1)，所述控制主机(2)分别与AIS系统(4)和测量部件(1)相连接，测量部件(1)和实时处理器(3)相连接；
所述测量部件(1)包括内部设置有步进电机的底座(101)，所述底座(101)上设置有由步进电机控制的控制云台(102)，所述控制云台(102)设置有用于监测船舶(5)污染物气体的微脉冲激光雷达(103)，所述微脉冲激光雷达(103)上设置有用于寻找船舶(5)烟囱口的远程瞄准器(104)，所述控制云台(102)用于调整微脉冲激光雷达(103)的发射方向；
所述AIS系统(4)获取测量海域范围内船舶(5)的地理坐标，实时发送至控制主机(2)，利用远程瞄准器(104)寻找该船舶(5)，并通过控制云台(102)调整微脉冲激光雷达(103)对准方向，使其对准船舶(5)的烟囱口，并向烟囱口发射激光束，激光回波信号返回实时处理器(3)，分析船舶(5)气体污染物成分，得到各个污染物的浓度信息。
2.根据权利要求1所述的远程测定船舶污染排放装置，其特征在于，所述控制云台(102)包括水平旋转轴和纵向旋转轴，所述水平旋转轴与步进电机连接，用于左右调整微脉冲激光雷达(103)的发射方向，所述纵向旋转轴用于上下调整微脉冲激光雷达(103)的发射方向。
3.一种上述权利要求1或2所述远程测定船舶污染排放装置的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，某一船舶(5)进入到测量领域时，AIS系统(4)获取该船舶(5)的地理坐标并实时发送至控制主机；
步骤二，控制主机(2)控制测量部件(1)，利用控制云台(102)调整微脉冲激光雷达(103)对准方向，使其对准该船舶(5)的烟囱口；
步骤三，微脉冲激光雷达(103)向烟囱口发射激光束，激光回波信号实时发送至实时处理器(3)，利用实时处理器(3)对激光回波信号进行分析得到该船舶(5)的气体污染物成分及浓度信息。
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