CN113049037A - 一种尾气超标船舶的智能监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种尾气超标船舶的智能监测系统及方法，包括：尾气激光遥测单元、激光入侵监测单元、智能抓拍单元、数据采集处理单元、系统校准单元和系统综合管理平台；所述尾气激光遥测单元、激光入侵单元、智能抓拍单元、系统校准单元、系统综合管理平台与数据采集处理单元连接。本发明避免了直接对油样进行采集分析，实现了非接触式的测量，降低检测的盲目性，提高检测目标的准确性，通过全自动的方式对超标船舶进行船舶数据的采集，减少大量的人力物力，同时采集的超标船舶数据为海事局进行精确抽检提供了有效的数据基础。

Description

一种尾气超标船舶的智能监测系统及方法

技术领域

本发明涉及内河船舶尾气监测技术领域，特别涉及一种尾气超标船舶的智能监测系统及方法。

背景技术

近年来随着经济的飞速发展，内河的通航船舶数量日益增长，船舶尾气对大气环境的影响也日益严重。2020年，为了加快推进生态文明建设、打好污染防治攻坚战和打赢蓝天保卫战的部署。交通运输部出台《船舶与港口污染防治专项行动实施方案(2015-2020年)》，推动船舶节能减排和航运绿色发展。

自2020年起，国家还推出大气污染物排放新规，对污染物排放进行了更多的限制，并涉及更广的范围，如增加了对氮化物的控制。重点是如何有效监管船舶尾气中污染空气的元素成分，所以发展与利用先进的船舶尾气监测技术与方法是必然趋势。但是在传统的方法中大多采用抽取油样进行检测，存在盲目性高、成本高、效率低等问题。

发明内容

为解决上述现有技术中所存在的盲目性高、成本高、效率低问题，本发明提供一种低盲目性、低成本、高效率尾气超标船舶的智能检测系统及方法，能够实时非接触式的智能抓拍监测到的尾气浓度超标船舶。具体包括：

尾气激光遥测单元、激光入侵监测单元、智能抓拍单元、数据采集处理单元、系统校准单元和系统综合管理平台；

所述尾气激光遥测单元、激光入侵单元、智能抓拍单元、系统校准单元、系统综合管理平台与数据采集处理单元连接；

所述尾气激光遥测单元，用于实时监测船舶的尾气数据；

所述激光入侵监测单元，用于实时监测船舶的出入，并记录船舶的进出时间和数量；

所述智能抓拍单元，用于实时监测船舶，并根据船舶位置信息对超标船舶进行抓拍；

所述数据采集处理单元，用于获取标准气体参数，根据标准气体参数对尾气激光遥测单元进行标定，对船舶的尾气数据进行处理，根据尾气数据判断是否为超标船舶，发送触发信号给智能抓拍单元，并保存超标船舶的进出时间、尾气数据、图片信息和船舶信息；；

所述系统校准单元，用于定期校准数据采集处理单元的标准气体参数；

所述系统综合管理平台，用于显示和查询船舶的各项数据和统计尾气数据。

优选的，所述智能抓拍单元，包括，监控摄像头和风速风向传感器；

所述监控摄像头、风速风向传感器与数据采集处理单元连接；

所述监控摄像头，用于实时监测船舶，并对超标船舶进行抓拍；

所述风速风向传感器，用于监测风速和风向，基于风速和风向，对船舶进行定位，获取船舶位置信息。

优选的，所述尾气激光遥测单元采用可调谐二极管激光吸收光谱法，获取尾气数据。

优选的，所述尾气激光遥测单元包括主机和副机；

所述副机、数据采集处理单元与主机连接；

所述主机，用于发射激光并根据调制后的激光，获取尾气数据；

所述副机，用于接收主机发射的激光，并将激光进行调制后发送给主机。

优选的，所述激光入侵监测单元采用多光束激光入侵传感器。

优选的，所述系统校准单元，包括标气瓶、电磁阀、减压阀、针阀、流量计、气压传感器和减光网；

所述电磁阀、减压阀、气压传感器、减光网与标气瓶通过软管连接；

所述减压阀、针阀、流量计依次连接；

所述标气瓶，用于提供标准气体；

所述电磁阀，用于控制标气瓶内的标准气体释放；

所述减压阀，用于控制标气瓶内的气体压强；

所述针阀，用于连接减压阀，稳定气体流量；

所述流量计，用于显示流量；

所述气压传感器，用于监测气体标气瓶中的气体压强；

所述减光网，用于测试不透光度。

优选的，所述尾气数据包括CO、CO₂、CH、NO、NO₂气体浓度数据和尾气的不透光度数据。

本申请还提供了一种尾气超标船舶的智能监测方法：

S1、通过所述数据采集处理单元，基于所述系统校准单元中的标准气体，得到标准气体参数，根据标准气体参数，对尾气激光遥测单元进行调整；

S2、通过所述激光入侵监测单元实时监测船舶的进出，记录船舶的进出时间和数量，将船舶的进出时间和数量传输到数据采集处理单元；

S3、通过所述尾气激光遥测单元实时监测船舶的尾气数据，将所述尾气数据传输到数据采集处理单元，根据尾气数据，通过数据采集处理单元检测超标船舶，并发送触发信号到智能抓拍单元，通过智能抓拍单元，得到超标船舶的图片信息；

S4、所述数据采集处理单元根据超标船舶的图片信息，获得超标船舶的船舶信息，通过数据采集处理单元对超标船舶的进出时间、尾气数据、图片信息、船舶信息进行保存；

S5、通过系统综合管理平台对数据采集处理单元所保存的数据进行查询和显示，实现对超标船舶的监测。

本发明提供的一种尾气超标船舶的智能监测系统及方法，通过尾气激光遥测单元直接对尾气数据进行分析，避免了对直接油样进行采集分析，实现了非接触式的测量，同时将尾气数据发送给数据采集与处理系统，通过数据采集处理单元，根据尾气数据直接对超标船舶进行确定，降低检测的盲目性，提高检测目标的准确性，采用智能抓拍单元并配合激光入侵单元，通过全自动的方式对超标船舶进行船舶数据的采集，减少大量的人力物力。

同时本发明所述各单元均采用自动化控制，无需人工进行直接控制，即可完成对超标船舶的超标判定和船舶数据采集工作，极大提高了对超标船舶的检测工作效率，减少了人力物力的使用，同时采集的超标船舶数据为海事局进行精确抽检提供了有效的数据基础。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的系统示意图；

图2为本发明实施例提供的方法流程示意图；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了解决在现有技术中存在盲目性高、成本高、效率低等问题，本发明提供了如下方案：

如图1所述，本发明提供了一种尾气超标船舶的智能监测系统，包括：

尾气激光遥测单元、激光入侵监测单元、智能抓拍单元、数据采集处理单元、系统校准单元和系统综合管理平台；

所述尾气激光遥测单元、激光入侵单元、智能抓拍单元、系统校准单元、系统综合管理平台与数据处理单元连接；

所述尾气激光遥控单元，用于实时监测采集船舶的尾气数据，将船舶的尾气数据发送到数据采集处理单元；

所述尾气激光遥测单元为收发一体式结构，采用TDLAS可调谐二极管激光吸收光谱法，获取尾气数据，所述尾气激光遥测单元包括主机与副机；

所述主机，用于发射多光路合束激光，当多光路合束激光到达副机后，副机对接收的激光进行调制，并将调制后的激光发送回主机，主机对返回的调制后的激光进行聚焦和探测，得到尾气各组分浓度数据。

同时主机和副机具备俯仰调节和左右调节的功能，用于主机与副机之间的光束聚焦，使发射和返回的光束方向与船舶航运方向保持垂直，尾气遥测单元的检测距离为30-50米，测量的响应时间小于10ms，所述的船舶尾气数据包括CO、CO₂、CH、NO、NO₂气体浓度数据，以及气体的不透光度数据；

所述激光入侵监测单元，采用多光束激光对射入侵传感器，实时监测有无船舶的出入，同时记录船舶的出入时间和数量；

所述多光束激光对射入侵传感器的量程0-500米，响应时间为10ms，船舶图像捕获率≥98％。

所述智能抓拍单元，用于实时监测来往的船舶，并进行抓拍；

所述智能抓拍单元，包括，监控摄像头和风速风向传感器；

所述监控摄像头、风速风向传感器与数据采集处理单元之间两两连接连接；

所述监控摄像头，用于实时监测来往的船舶，并进行抓拍；

所述风速风向传感器，用于监测当前时刻的风向和风速，并对当前的风向和风速进行上传，数据采集处理单元根据当前的风向和风速计算来往船舶的位置，当有船舶尾气超标时，计算超标船舶的位置，并控制船舶附近的监控摄像头进行抓拍，记录超标船舶的图像信息。

激光入侵检测单元和智能抓拍单元布置在船闸进口和出口的两侧，保证对进出船舶的准确监测。

所述数据采集处理单元，用于获取标准气体参数，根据标准气体参数对尾气激光遥测单元进行标定，对船舶的尾气数据进行处理，判断是否属于超标船舶，如果某污染物中的某一组分气体浓度超出一定阈值，则属于超标船舶，数据采集处理单元发送信号给智能抓拍单元中的监控摄像头，控制监控摄像头进行抓拍，获取超标船舶的图像数据，根据图像数据，对船舶的进出时间、尾气数据、图片信息和船舶信息进行记录，便于时候海事局执法人员的查证。

所述系统校准单元，用于定期校准数据采集处理单元的标准气体参数，保证系统的测量精度。

所述系统校准单元，包括标气瓶、电磁阀、减压阀、针阀、流量计、软管、快接头、气压传感器和减光网等测试工具；

所述标气瓶，用于提供校准数据，其中系统校准单元包括6瓶校准气体，分别包括：N₂单气2瓶、混合气(NO、CH、CO₂、CO)2瓶、NO₂单气2瓶；

所述电磁阀、减压阀、气压传感器、减光网与标气瓶通过软管连接；

所述电磁阀，用于控制标气瓶内的气体释放；所述减压阀，用于控制标气瓶内的气体压强；所述针阀，用于连接减压阀，稳定气体流量；所述流量计，用于显示流量，校准时的流量需不大于1L/MIN；所述软管，用于连接标气瓶、减压阀、针阀、流量计；所述快接头，用于软管之间的相互连接；所述气压传感器，用于监测气体标气瓶中的气体压强；所述减光网，用于测试气体的不透光度。

所述系统综合管理平台，用于监控船舶、尾气组分浓度、抓拍图片信息，数据统计分析等信息的显示。

所述系统综合管理平台可实时显示船闸内船舶的行使画面，以及抓拍超标船舶图片信息，也可以显示各船舶的尾气各组分的浓度数据以及不透光度的实时检测数据；所述系统综合管理平台还可以定期显示和查询经过船闸的船舶尾气数据统计情况，并且当监测到尾气超标的超标船舶时，平台可以发出预警信息，提示海事执法人员。

如图2所示，本发明还提供了基于一种尾气超标船舶的智能监测系统的监测方法：具体步骤包括：

S1、通过所述数据采集处理单元，基于所述系统校准单元中的标准气体，得到标准气体参数，根据标准气体参数，对尾气激光遥测单元进行调整；

所述数据采集处理单元发送校准信号；所述系统校准单元接收校准信号，通过电磁阀释放标气瓶内的气体，通过数据采集处理单元对标气瓶内的气体数据采集，得到标准气体数据，标准气体数据包括CO、CO₂、CH、NO、NO₂气体标准浓度数据。根据标准气体数据，对数据采集处理单元中的标准气体数据进行调整，保存调整后的气体数据，得到标准气体参数，然后根据得到的标准气体参数自动调整尾气激光遥测单元的内置参数，使尾气激光遥测单元对尾气数据的测量更加准确。

同时通过气压传感器对标气瓶中的气体进行气压监测，当标气瓶中的标气压强值低于一定的阈值时，定期报警进行提示，及时补充标气瓶中的标准气体，防止标准气体测量的不准确性。

S2、通过所述激光入侵监测单元实时监测船舶的进出，记录船舶的进出时间和数量，将船舶的进出时间和数量传输到数据采集处理单元；

S3、通过所述尾气激光遥测单元实时监测船舶的尾气数据，将所述尾气数据传输到数据采集处理单元，根据尾气数据，通过数据采集处理单元检测超标船舶，并发送触发信号到智能抓拍单元，通过智能抓拍单元，得到超标船舶的图片信息；

所述尾气激光遥测单元利用可调谐二极管激光器波长的扫描特点，实时获取激光遥测光路上尾气中的各个气体组分的特征吸收光谱，根据特征吸收光谱，计算得到准确的尾气数据。得出船舶尾气数据；将所述超标船舶的尾气数据传输到数据采集处理单元，数据采集处理单元采集尾气数据，根据尾气数据，判断船舶是否属于超标船舶，当尾气数据中的某一气体浓度超出设定阈值时，所检测的船舶属于超标船舶，发现超标船舶时，数据采集处理单元发送触发信号到智能抓拍单元，通过智能抓拍单元，执行抓拍动作；

执行抓拍动作时，智能抓拍单元通过风向风速传感器，检测风向风速，根据风向风速和船舶的进出时间，进行抓拍：1)当检测到风向与船舶航向基本一致时，所述数据采集处理单元根据风速和风向和船舶的进入进口处的时间，得到尾气涉嫌超标船舶的位置信息，智能抓拍系统接收所述数据采集处理单元发出的触发信号控制进口处的摄像头执行抓拍动作；2)当检测到风向与船舶航向相反时，所述数据采集处理单元根据风速和风向分析和船舶进入出口处的时间，得到尾气涉嫌超标船舶的位置信息，通过数据采集处理单元对船舶进行定位，智能抓拍系统接收所述数据采集处理单元发出的触发信号控制出口处的摄像头执行抓拍动作，获取超标船舶的图片信息。

S4、所述数据采集处理单元根据超标船舶的图片信息，获得超标船舶的船舶信息，通过数据采集处理单元对超标船舶的进出时间、尾气数据、图片信息、船舶信息进行保存；便于后期使用系统综合管理平台的查询，同时将超标船舶所有数据信息发送给当地海事部门。

S5、通过系统综合管理平台对超标船舶的各项信息进行查询和显示，实现对超标船舶的监测。当出现超标船舶时，系统综合管理平台会进行报警提醒执法人员进行处理。

本发明提供的一种尾气超标船舶的智能监测系统及方法，通过尾气激光遥测单元直接对尾气数据进行分析，避免了对直接油样进行采集分析，实现了非接触式的测量，同时将尾气数据发送给数据采集与处理系统，通过数据采集处理单元，根据尾气数据直接对超标船舶进行确定，降低检测的盲目性，提高检测目标的准确性，采用智能抓拍单元并配合激光入侵单元，通过全自动的方式对超标船舶进行船舶数据的采集，减少大量的人力物力。

同时本发明所述各单元均采用自动化控制，无需人工进行直接控制，即可完成对超标船舶的超标判定和船舶数据采集工作，极大提高了对超标船舶的检测工作效率，减少了人力物力的使用，同时采集的超标船舶数据为海事局进行精确抽检提供了有效的数据基础。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种尾气超标船舶的智能监测系统，其特征在于，包括：

尾气激光遥测单元、激光入侵监测单元、智能抓拍单元、数据采集处理单元、系统校准单元和系统综合管理平台；

所述尾气激光遥测单元、激光入侵单元、智能抓拍单元、系统校准单元、系统综合管理平台与数据采集处理单元连接；

所述尾气激光遥测单元，用于实时监测船舶的尾气数据；

所述激光入侵监测单元，用于实时监测船舶的出入，并记录船舶的进出时间和数量；

所述智能抓拍单元，用于实时监测船舶，并根据船舶位置信息对超标船舶进行抓拍；

所述数据采集处理单元，用于获取标准气体参数，根据标准气体参数对尾气激光遥测单元进行标定，对船舶的尾气数据进行处理，根据尾气数据判断是否为超标船舶，发送触发信号给智能抓拍单元，并保存超标船舶的进出时间、尾气数据、图片信息和船舶信息；

所述系统校准单元，用于定期校准数据采集处理单元的标准气体参数；

所述系统综合管理平台，用于显示和查询船舶的各项数据和统计尾气数据。

2.根据权利要求1所述尾气超标船舶的智能监测系统，其特征在于：

所述智能抓拍单元，包括，监控摄像头和风速风向传感器；

所述监控摄像头、风速风向传感器与数据采集处理单元连接；

所述监控摄像头，用于实时监测船舶，并对超标船舶进行抓拍；

所述风速风向传感器，用于监测风速和风向，基于风速和风向，对船舶进行定位，获取船舶位置信息。

3.根据权利要求1所述尾气超标船舶的智能监测系统，其特征在于：

所述尾气激光遥测单元采用可调谐二极管激光吸收光谱法，获取尾气数据。

4.根据权利要求1所述一种尾气超标船舶的智能监测系统，其特征在于：

所述尾气激光遥测单元包括主机和副机；

所述副机、数据采集处理单元与主机连接；

所述主机，用于发射激光并根据调制后的激光，获取尾气数据；

所述副机，用于接收主机发射的激光，并将激光进行调制后发送给主机。

5.根据权利要求1所述尾气超标船舶的智能监测系统，其特征在于：

所述激光入侵监测单元采用多光束激光入侵传感器。

6.根据权利要求1所述尾气超标船舶的智能监测系统，其特征在于：

所述系统校准单元，包括标气瓶、电磁阀、减压阀、针阀、流量计、气压传感器和减光网；

所述电磁阀、减压阀、气压传感器、减光网与标气瓶通过软管连接；

所述减压阀、针阀、流量计依次连接；

所述标气瓶，用于提供标准气体；

所述电磁阀，用于控制标气瓶内的标准气体释放；

所述减压阀，用于控制标气瓶内的气体压强；

所述针阀，用于连接减压阀，稳定气体流量；

所述流量计，用于显示流量；

所述气压传感器，用于监测气体标气瓶中的气体压强；

所述减光网，用于测试不透光度。

7.根据权利要求1所述尾气超标船舶的智能监测系统，其特征在于：

所述尾气数据包括CO、CO₂、CH、NO、NO₂气体浓度数据和尾气的不透光度数据。

8.根据权利要求1-7任一所述的尾气超标船舶的智能监测方法，其特征在于：

S1、通过所述数据采集处理单元，基于所述系统校准单元中的标准气体，得到标准气体参数，根据标准气体参数，对尾气激光遥测单元进行调整；

S2、通过所述激光入侵监测单元实时监测船舶的进出，记录船舶的进出时间和数量，将船舶的进出时间和数量传输到数据采集处理单元；

S3、通过所述尾气激光遥测单元实时监测船舶的尾气数据，将所述尾气数据传输到数据采集处理单元，根据尾气数据，通过数据采集处理单元检测超标船舶，并发送触发信号到智能抓拍单元，通过智能抓拍单元，得到超标船舶的图片信息；

S4、所述数据采集处理单元根据超标船舶的图片信息，获得超标船舶的船舶信息，通过数据采集处理单元对超标船舶的进出时间、尾气数据、图片信息、船舶信息进行保存；

S5、通过系统综合管理平台对数据采集处理单元所保存的数据进行查询和显示，实现对超标船舶的监测。

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