用于确定船舶的排放的方法和无人驾驶飞行器技术

一种用于确定在船舶(10)巡航过程中由船舶(10)的内燃机产生的排气尾流(11)中的排放的方法，所述排放包括二氧化碳(CO2)和/或二氧化硫(SO2)的存在或者浓度和/或颗粒物的数量和大小。根据船舶(10)的位置、航向和速度，并且还根据诸如风向和风速的气象数据来确定或估计排气尾流(11)的位置和分布。控制无人驾驶飞行器(UAV)(12)(即，所谓的无人机)以飞行穿过尾流(11)，从而对船舶(10)的尾气排放进行测量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于确定由船舶的内燃机产生的排气尾流中的排放的方法，具体地，涉及一种用于确定排气尾流中的至少一种预定气体的存在或浓度或者颗粒物的数量和大小的方法。本专利技术还涉及一种用于确定上述排放的无人驾驶飞行器。
技术介绍
通过海运运输货物构成了空气污染的主要污染源，并且极大地影响了全球多个城市的空气质量。根据研究报告可知，仅在欧洲，与治疗由船舶交通导致的疾病相关的医疗费用达到了大约600亿欧元，相当于该区域中与空气污染效应相关的医疗费用的大约10％。在欧洲，来自船舶的排放每年导致大约50,000人过早死亡。为了减少船舶交通对环境的影响，欧盟和国际海事组织已经实施了目的在于减少排放(尤其是减少SO2和NO2的排放)的条例。已经在全球限定了多个特定的控制区域，称作硫排放控制区(Sulphur Emission Control Area，SECA)，在SECA中应用了更严格的排放限制。在进入这些区域时，要求船舶使用低排放燃料，而在SECA之外，可以使用其他和更便宜的类型的燃料。因此，大部分现代船舶装备有两个燃料箱，其中一个装有符合SECA的燃料，而另一个装有非符合SECA的燃料。普通的燃料包括重燃料油(HFO)和船用柴油(MDO)，其中HFO具有大约2.5％的硫含量，以及MDO具有大约1％的硫含量(在2015年1月以后为0.1％)。环保条例的实施还增加了国家政府对船舶排放的控制的需求。然而，目前还没有开发出用于对船舶的尾流(羽流)进行排气(废气)测量的可靠且经济的措施。因此，迄今为止，还不能够有效地控制船舶的排放，并且可能怀疑许多船舶在进入SECA时并没有执行所要求的符合SECA的燃料的切
换。因此，存在对使国家和国际海事组织能够强制执行环保条例的新技术的需求。
技术实现思路
基于以上背景，本专利技术的一个目的在于提供一种用于从使可应用的排放条例能够被强制执行的角度来监测船舶的排放的经济且可靠的方法排放排放。在第一方面中，本专利技术因此提供一种用于确定在船舶巡航过程中由船舶的内燃机产生的排气尾流中的排放的方法，所述排放包括至少一种预定气体的存在或浓度或者颗粒物的数量和大小，所述方法包括下述步骤：-识别船舶、船舶的位置、航向和速度；-确定船舶在其中巡航的区域的气象条件；-提供一种无人驾驶飞行器(UAV)，所述UAV包括：、-电控系统，用于控制飞行器的飞行；-至少一个传感器，用于确定飞行器周围的大气中的排放；-数据接口，用于将信号传递至外部数据收集单元，所述数据信号包括以下信号中的至少一种：(a)所述至少一个传感器的输出信号；以及(b)从所述至少一个传感器的输出信号获得的数据；-根据船舶的位置、航向、速度并且还根据所述气象条件来确定排气尾流的位置和分布；-控制UAV，以进行：-飞行穿过排气尾流；-利用所述至少一个传感器确定排气尾流中的所述排放；以及-将所述信号传输至外部数据收集单元，以对其进行进一步处理。由于提供了UVA，因此，能够在操作UAV的过程中通过接触船舶的排气尾流在船舶的巡航过程中确定排放。因此，例如可以立即检测在SECA区域中巡航的船舶是否恰当地使用符合SECA的燃料。排放的确定是非侵入式的，因此从这个意义上说不需要装备或人员登船。另外，排放可以被确定而无需事先通知，并且之后也不会对由UAV检测到的排放的来源产生怀疑，因为UAV的位置数据(例如GPS
数据)可以与船舶的位置数据(例如AIS(见下文)和/或雷达记录)相关联并且被一起记录。在大多数情况下，可以基于雷达系统或与指挥员进行无线电通信或者船舶的自动位置广播系统来识别船舶，或者甚至还可以基于安装在UAV上的适当的摄像设备进行的摄像记录来识别船舶。在本专利技术的一个优选实施例中，所述至少一个传感器包括被称作现场(in situ)传感器的传感器，其可以是用于化学或电化学分析与传感器表面接触的气体和/或空气的非光学传感器。已经发现的是，与光学传感器(尤其是远程光学传感器)相比，使用非光学传感器(诸如电化学或NDIR传感器)的优势在于：与光学传感器相比，利用非光学传感器可以精确地确定NOx排放，并且可以捕获和更精确地分析颗粒物(尤其是与船舶排放相关地关注的硫颗粒物)。与所谓的遥感的概念相比，现场传感器提供了以下优点：测量的数据可以精确地与所关注的环境相关联。在许多情况下，对于由可应用的光学传感器提供的测量来说，需要针对船舶的发动机进行特定的假设(除了其他假设之外)，例如在可应用的操作状态下的NOx排放的速率。这样的假设通常至少部分地基于查询表并且缺乏准确性(特别是在实际情况与假设不同的情况下)。例如，如果船舶降低了其NOx排放，则可能出现这样的偏差，并且可能导致错误的结果。现场测量克服了这些缺点。另外，现场传感器消除或降低了船舶识别错误的风险，这是由于感测到的数据可以与UAV的GPS位置和时间戳相关联。如本文所使用的，术语“航向”可以特指船舶的航行方向(航线)。用于控制飞行器的飞行的电控系统可以是操作员辅助的，即，手动操作或编程，或者其可以被配置用于例如基于传感器输入自动地控制飞行器的飞行。所述至少一个传感器可以包括传感器室，该传感器室优选地可以被密封，并且其可以包括空气入口(例如，管)和/或过滤器。提供传感器室使得所述至少一个传感器(优选地由一个或更多个诸如电化学传感器的非光学传感器组成)能够具有可实现稳态测量的优点。具体地，随着UAV在操作过程中移动，室避免了空气扰动(例如紊流)。另外，可以通过例如抽吸泵来控制空气或气体进入到室中，使得进入到室中的尾流的一部分空气(或气体)可以
与尾流内的不同位置相关。如所述的，可以提供抽吸泵以将空气和/或气体抽吸到室中。用于优化所述至少一个传感器的读数的中继器还可以被设置在室内或室附近。通常，在具有高气体浓度波动的环境下对来自船舶的尾流进行测量。已经发现能够足够快地反应的传感器相当重且相当庞大，因此对于UAV应用来讲不是优选的。因此，本专利技术的优选实施例依赖于能够被UAV不费力地携带的相对轻的传感器。然而，这种重量轻的传感器需要稳态的环境，以使它们执行足够精确的测量。在一个实施例中，在飞行过程中识别的尾流中的特定位置(优选地在最佳位置)处记录传感器测量结果。在一个特别优选的实施例中，所述至少一个传感器被布置在封闭的室中，该室的大小在(多个)传感器周围提供均质的空气。优选地，例如通过抽吸泵和中继器来控制空气或气体进入到室中，在已经到达尾流内的期望位置时，例如当特定气体和/或颗粒物的浓度超过预定阈值时，中继器关断空气或气体的进入。因此，本专利技术的优选实施例(其用于通过UAV的方式执行对海中的移动船舶产生的尾流中的尤其是硫排放的测量)包括：-在UAV的飞行过程中控制UAV的飞行轨迹，尤其是基于船舶速度和航向和/或气象条件和/或传感器数据来进行控制，-通过在室中设置至少一个传感器来进行现场传感器测量；以及-在期望的测量点处，控制气体和/或空气进入传感器室内，以在室内实现均质稳态。如本文所使用的，术语排气尾流的“位置和分布”应当被理解为包括至少确定排气尾流的位置及其中心线。本专利技术的方法可以包括在飞行前或飞行期间基于船舶的位置(优选地，例如通过AIS数据获得的实时位置)确定最佳采样点本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于确定在船舶巡航过程中由船舶的内燃机产生的排气尾流中的排放的方法，所述排放包括至少一种预定气体的存在或浓度或者颗粒物的数量和大小，所述方法包括下述步骤：‑识别船舶、船舶的位置、航向和速度；‑确定船舶在其中巡航的区域的气象条件；‑提供一种无人驾驶飞行器(UAV)，所述UAV包括：‑电控系统，用于控制飞行器的飞行；‑至少一个传感器，用于确定飞行器周围的大气中的排放；‑数据接口，用于将信号传递至外部数据收集单元，所述数据信号包括以下信号中的至少一种：(a)所述至少一个传感器的输出信号；以及(b)从所述至少一个传感器的输出信号获得的数据；‑根据船舶的位置、航向、速度并且还根据所述气象条件来确定排气尾流的位置和分布；‑控制UAV，以进行：‑飞行穿过排气尾流；‑利用所述至少一个传感器确定排气尾流中的所述排放；以及‑将所述信号传输至外部数据收集单元，以对其进行进一步处理。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.01.28 EP 14152823.2;2014.10.03 EP 14187648.21.一种用于确定在船舶巡航过程中由船舶的内燃机产生的排气尾流中的排放的方法，所述排放包括至少一种预定气体的存在或浓度或者颗粒物的数量和大小，所述方法包括下述步骤：-识别船舶、船舶的位置、航向和速度；-确定船舶在其中巡航的区域的气象条件；-提供一种无人驾驶飞行器(UAV)，所述UAV包括：-电控系统，用于控制飞行器的飞行；-至少一个传感器，用于确定飞行器周围的大气中的排放；-数据接口，用于将信号传递至外部数据收集单元，所述数据信号包括以下信号中的至少一种：(a)所述至少一个传感器的输出信号；以及(b)从所述至少一个传感器的输出信号获得的数据；-根据船舶的位置、航向、速度并且还根据所述气象条件来确定排气尾流的位置和分布；-控制UAV，以进行：-飞行穿过排气尾流；-利用所述至少一个传感器确定排气尾流中的所述排放；以及-将所述信号传输至外部数据收集单元，以对其进行进一步处理。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述气象条件至少包括船舶在其中巡航的区域的当前和/或预测的风速和风向。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，确定在排气尾流中的所述排放的步骤包括采样多组数据的步骤，每组数据包括由所述至少一个传感器获得的传感器数据、采样的时间、在采样时的船舶和/或所述UAV的位置。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述UAV包括用于分析传感器数据的电子处理器装置。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，由所述至少一个传感器确定的排放至少包括二氧化碳、二氧化硫和/或细颗粒物或超细颗粒物。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，控制UAV的步骤包
\t括在起飞前确定至少包括UAV的飞行轨迹的飞行任务，所述飞行任务选择性地包括或选择性地排除UAV的飞行速度。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，控制UAV的步骤包括：在飞行过程中确定或调整至少包括UAV的飞行轨迹的飞行任务，调整飞行任务的步骤优选地基于获得的传感器数据、船舶的位置、船舶的航向、船舶的速度和气象条件尤其是风向和/或风速中的至少一个来执行。8.根据权利要求7所述的方法，其中，控制UAV的飞行轨迹的步骤包括：至少在其穿过排气尾流的飞行中的一部分中，使UAV以大约等于船舶的速度和方向与在船舶的位置处的风速和风向的矢量和的速度和方向飞行。9.根据权利要求7或8所述的方法，其中，控制UAV的飞行轨迹的步骤包括：至少在其穿过排气尾流的飞行中的一部分中，使UAV在与船舶...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·努森，
申请(专利权)人：伊斯普利希有限公司，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK