一种基于飞行平台的船舶排放检测方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于飞行平台的船舶排放检测方法及系统，所述检测方法包括:提供多旋翼无人机，所述无人机上安装有红外相机、激光测距仪和气体传感器模块；控制所述红外相机对船舶进行扫描，并根据扫描图像确认目标船舶的烟囱位置及其排放烟羽的走向；控制所述激光测距仪测量无人机与船舶烟囱之间的飞行间隔距离，并根据所述飞行间隔距离控制无人机的飞行；控制所述气体传感器模块实时测量排放烟羽的气体污染物浓度，并根据所述气体污染物浓度判定船舶排放是否合格。所述检测系统包括多旋翼无人机和地面控制中心。本发明专利技术提供的船舶排放检测方法及系统实现了非接触式的船舶排放快速在线检测，高效可靠，具有良好的技术效果。

【技术实现步骤摘要】
一种基于飞行平台的船舶排放检测方法及系统
本专利技术涉及船舶排放检测
，尤其涉及一种基于飞行平台的船舶排放检测方法及系统。
技术介绍
海上行驶船舶所排放的废气是大气污染的重要来源,其中劣质及含硫量高的染料的使用更是加剧了船舶带来的大气污染问题。传统的船舶排放检测装置主要包括激光雷达、固定式嗅探器、便携式气体测定仪等。然而，由于本身的技术特性，传统的检测装置具有无法忽视的局限性，例如，激光雷达无法实现对碳和硫的同步探测，固定式嗅探器的探测结构易受探测距离的影响，便携式气体测定仪要求登船近距离测量，这些都大大降低了探测效率。对于吞吐量较大的港口，传统的检测装置尚无法满足对船舶进行实时高效的排放巡检的要求，成为现阶段亟待解决的难题。
技术实现思路
本专利技术针对现有的船舶排放检测装置无法满足对船舶进行实时高效的排放巡检的要求，提供了一种基于飞行平台的船舶排放检测方法及系统，能够对进出港船舶进行高效可靠的排放检测。本专利技术用于解决以上技术问题的技术方案为：一方面，提供一种基于飞行平台的船舶排放检测方法，包括:提供多旋翼无人机，所述无人机上安装有红外相机、激光测距仪和气体传感器模块；控制所述红外相机对船舶进行扫描，并根据扫描图像确认目标船舶的烟囱位置及其排放烟羽的走向；控制所述激光测距仪测量无人机与船舶烟囱之间的飞行间隔距离，并根据所述飞行间隔距离控制无人机的飞行；控制所述气体传感器模块实时测量排放烟羽的气体污染物浓度，并根据所述气体污染物浓度判定船舶排放是否合格。优选的，所述控制所述激光测距仪测量无人机与船舶烟囱之间的飞行间隔距离，并根据所述飞行间隔距离控制无人机的飞行,具体包括:控制所述激光测距仪测量无人机与烟囱之间的飞行间隔距离,并控制无人机将所述飞行间隔距离调整至最短安全距离并保持；在设定时间后控制所述激光测距仪再次测量无人机与烟囱之间的飞行间隔距离，判断目标船舶是否处于航行过程中；若是，则计算目标船舶的航行速度，并控制所述无人机重新飞行至最短安全距离；根据目标船舶的航行方向、排放烟羽的走向和航行速度预计无人机的飞行轨迹，并控制无人机以所述最短安全距离为起点按照所述飞行轨迹朝向烟羽尾部飞行。优选的，所述控制所述气体传感器模块实时测量排放烟羽的气体污染物浓度，并根据所述气体污染物浓度判定船舶排放是否合格,具体包括:控制气体传感器模块实时测量排放烟羽的气体污染物浓度，并确定远离排放烟羽处的气体污染物浓度为背景浓度；根据实时测量的所述气体污染物浓度的变化趋势在所述飞行轨迹上至少选择三个浓度高值点作为烟羽中心点进行停留检测；根据所述烟羽中心点的气体污染物浓度和所述背景浓度，按照排放因子公式计算每一所述烟羽中心点的排放因子，判断船舶排放是否合格。优选的，所述气体传感器模块包括：壳体，所述壳体内可拆卸安装有反应腔；进气管，安装在所述壳体上，所述进气管连接所述反应腔，所述反应腔内安装有抽气泵，用于将待检测气体吸入到所述反应腔内；传感器组件，安装在所述反应腔内，所述传感器组件包括多个气体传感器和连接所述气体传感器的信号变送板，所述多个气体传感器包括二氧化碳传感器和二氧化硫传感器，用于检测气体获取气体污染物浓度；通讯模块，其安装在所述壳体上，所述通讯模块电连接所述信号变送板，用于建立无线通讯连接并进行所述气体污染物浓度的数据传输。优选的，所述控制所述红外相机对船舶进行扫描，并根据扫描图像确认目标船舶的烟囱位置及其排放烟羽的走向,具体包括:控制所述无人机接近目标船舶方向，根据所述红外相机的热成像确认目标船舶及其航向；控制所述无人机环绕目标船舶飞行，根据所述红外相机的实时拍摄和热成像确认目标船舶的烟囱位置；控制所述无人机飞至目标船舶的烟囱上方，根据所述红外相机的实时拍摄和热成像确认目标船舶烟羽排放的走向和烟羽大小。优选的，所述排放因子的计算公式为：其中，EF为目标气体的排放因子，代表每千克染料燃烧产生的目标气体的质量；Δ[pollutant]为烟羽中心点和背景环境中测得的目标气体浓度差；Δ[CO2]为烟羽中心点中和背景环境中测得的二氧化碳浓度差；MWC为碳的分子量；MWCO2为二氧化碳的分子量；WC为燃油的碳含量。本专利技术上述的检测方法中，所述飞行轨迹位于水平或垂直于海平面的飞行截面上，且所述飞行轨迹以S型穿过所述至少三个烟羽中心点。另一方面,本专利技术还提供一种基于飞行平台的船舶排放检测系统，包括：多旋翼无人机，所述无人机上安装有红外相机、激光测距仪和气体传感器模块；地面控制中心，用于控制所述红外相机用于对船舶进行扫描，并根据扫描图像确认目标船舶的烟囱位置及其排放烟羽的走向；所述地面控制中心，还用于控制所述激光测距仪测量无人机与船舶烟囱之间的飞行间隔距离，并根据所述飞行间隔距离控制无人机的飞行；所述地面控制中心，还用于控制所述气体传感器模块实时测量排放烟羽的气体污染物浓度，并根据所述气体污染物浓度判定船舶排放是否合格。优选的，所述地面控制中心还用于：控制所述激光测距仪测量无人机与烟囱之间的飞行间隔距离,并控制无人机将所述飞行间隔距离调整至最短安全距离并保持；在设定时间后控制所述激光测距仪再次测量无人机与烟囱之间的飞行间隔距离，计算目标船舶的航行速度；根据目标船舶的航行方向、排放烟羽的走向和航行速度预计无人机的飞行轨迹，并控制无人机以所述最短安全距离为起点按照所述飞行轨迹朝向烟羽尾部飞行。优选的，所述地面控制中心还用于：控制气体传感器模块实时测量排放烟羽的气体污染物浓度，并确定远离排放烟羽处的气体污染物浓度为背景浓度；根据实时测量的所述气体污染物浓度的变化趋势在所述飞行轨迹上至少选择三个浓度高值点作为烟羽中心点进行停留检测；根据所述烟羽中心点的气体污染物浓度和所述背景浓度，分别计算每一所述烟羽中心点的排放因子，判断船舶排放是否合格。本专利技术实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：本专利技术利用无人机搭载的红外相机确认目标船舶的烟囱位置及其排放烟羽的走向，实现了无人机飞行轨迹的在线快速调节，提高检测效率；同时，本专利技术利用无人机搭载的激光测距仪测量无人机与船舶烟囱之间的距离，确保无人机和烟囱之间的最短安全距离，且实现无人机飞行的精确控制，提高检测精度；另一方面，本专利技术利用无人机搭载的气体传感器模块实时测量排放烟羽的气体污染物浓度，无需操作人员登船，真正实现了非接触式的船舶排放快速在线检测，高效可靠。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1是本专利技术根据一示例性实施例示出的船舶排放检测方法的流程图；图2是本专利技术根据一示例性实施例示出的多旋翼无人机的结构示意图；图3是本专利技术根据一示例性实施例示出的气体传感器模块的爆炸图；图4是本专利技术根据一示例性实施例示出的气体传感器模块的结构示意图；图5是本专利技术根据一示例性实施例示出的气体传感器模块的仰视图；图6是本专利技术根据一示例性实施例示出的气体传感器模块的侧视图；图7是本专利技术根据一示例性实施例示出的检测方法的另一流程图；图8是本专利技术根据一示例性实施例示出的无人机穿过目标船舶排放烟羽的飞行轨迹示意图；图9是本专利技术根据一示例性实施例示出的气体传感器模块在三个烟羽中心点停留检测时测得的二氧化碳浓度、二氧化硫浓度和计算得到的排放因子所呈现的在线效果图；图10是本专利技术根据一示例性实施例示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于飞行平台的船舶排放检测方法，其特征在于，包括:提供多旋翼无人机，所述无人机上安装有红外相机、激光测距仪和气体传感器模块；控制所述红外相机对船舶进行扫描，并根据扫描图像确认目标船舶的烟囱位置及其排放烟羽的走向；控制所述激光测距仪测量无人机与船舶烟囱之间的飞行间隔距离，并根据所述飞行间隔距离控制无人机的飞行；控制所述气体传感器模块实时测量排放烟羽的气体污染物浓度，并根据所述气体污染物浓度判定船舶排放是否合格。

【技术特征摘要】
1.一种基于飞行平台的船舶排放检测方法，其特征在于，包括:提供多旋翼无人机，所述无人机上安装有红外相机、激光测距仪和气体传感器模块；控制所述红外相机对船舶进行扫描，并根据扫描图像确认目标船舶的烟囱位置及其排放烟羽的走向；控制所述激光测距仪测量无人机与船舶烟囱之间的飞行间隔距离，并根据所述飞行间隔距离控制无人机的飞行；控制所述气体传感器模块实时测量排放烟羽的气体污染物浓度，并根据所述气体污染物浓度判定船舶排放是否合格。2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述控制所述激光测距仪测量无人机与船舶烟囱之间的飞行间隔距离，并根据所述飞行间隔距离控制无人机的飞行,具体包括:控制所述激光测距仪测量无人机与烟囱之间的飞行间隔距离,并控制无人机将所述飞行间隔距离调整至最短安全距离并保持；在设定时间后控制所述激光测距仪再次测量无人机与烟囱之间的飞行间隔距离，判断目标船舶是否处于航行过程中；若是，则计算目标船舶的航行速度，并控制所述无人机重新飞行至最短安全距离；根据目标船舶的航行方向、排放烟羽的走向和航行速度预计无人机的飞行轨迹，并控制无人机以所述最短安全距离为起点按照所述飞行轨迹朝向烟羽尾部飞行。3.根据权利要求2所述的检测方法，其特征在于，所述控制所述气体传感器模块实时测量排放烟羽的气体污染物浓度，并根据所述气体污染物浓度判定船舶排放是否合格,具体包括:控制气体传感器模块实时测量排放烟羽的气体污染物浓度，并确定远离排放烟羽处的气体污染物浓度为背景浓度；根据实时测量的所述气体污染物浓度的变化趋势在所述飞行轨迹上至少选择三个浓度高值点作为烟羽中心点进行停留检测；根据所述烟羽中心点的气体污染物浓度和所述背景浓度，按照排放因子公式计算每一所述烟羽中心点的排放因子，判断船舶排放是否合格。4.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述气体传感器模块包括：壳体，所述壳体内可拆卸安装有反应腔；进气管，安装在所述壳体上，所述进气管连接所述反应腔，所述反应腔内安装有抽气泵，用于将待检测气体吸入到所述反应腔内；传感器组件，安装在所述反应腔内，所述传感器组件包括多个气体传感器和连接所述气体传感器的信号变送板，所述多个气体传感器包括二氧化碳传感器和二氧化硫传感器，用于检测气体获取气体污染物浓度；通讯模块，其安装在所述壳体上，所述通讯模块电连接所述信号变送板，用于建立无线通讯连接并进行所述气体污染物浓度的数据传输。5.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述控制所述红外相机对船舶进行扫描，并根据扫描...

【专利技术属性】
技术研发人员：王颖，孙力，丹·威斯特达，宁治，
申请(专利权)人：深圳智人环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44