一种多船舶尾气排放污染物浓度的监测方法、终端及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种多船舶尾气排放污染物浓度的监测方法、终端及系统，监测方法包括：获取各船舶尾气遥测仪监测的大气污染物的遥测浓度，建立尾气信息矩阵；获取船舶的静态信息和动态信息，建立船舶信息矩阵；识别各船舶尾气遥测仪监测的大气污染物的遥测浓度出现峰值的目标时间区间，并在尾气信息矩阵中截取得到相应的尾气信息子矩阵；轮询各船舶尾气遥测仪对应的目标时间区间，并在船舶信息矩阵中筛选满足目标条件的目标船舶；将目标船舶与至少两个船舶尾气遥测仪监测的大气污染物的遥测浓度、气象信息关联；基于船舶烟羽高斯扩散模型和非线性多组分分析算法反演各船舶尾气排放大气污染物的浓度。本发明专利技术实现多只船舶的尾气排放污染物的浓度监测。排放污染物的浓度监测。排放污染物的浓度监测。

【技术实现步骤摘要】
一种多船舶尾气排放污染物浓度的监测方法、终端及系统


[0001]本专利技术属于船舶尾气排放监测
，具体涉及一种多船舶尾气排放污染物浓度的监测方法、终端及系统。

技术介绍

[0002]随着《船舶大气污染物排放控制区实施方案》的出台，对船舶排放控制区进行了“扩容”，扩展到了内河；并要求通过提高船舶燃油标准、船机标准等措施，降低硫氧化物、氮氧化物、颗粒物以及挥发性有机物等大气污染物的排放。
[0003]船舶排放控制区实施方案的施行，需要有效的监测手段提供保障。目前的监测手段较为单一且低效，仅上船进行燃油硫含量的抽检，无法应对大量进出港船舶的有效监测。另外，现有的船舶尾气监测方法，主要包括以下两种：第一种是基于嗅探法的船舶尾气遥测方法，例如，公开号为CN113155921A的专利文献公开的一种嗅探式尾气遥测装置及方法。但是，遥测结果易受环境因素，如风向、风速、船舶航速、航向的影响，存在漏测、误测等缺陷。
[0004]第二种是基于光谱遥测技术的船舶尾气遥测方法，例如，公开号为CN112132385A的专利文献公开的一种内河船舶监测系统，其包括光谱法尾气分析仪。但尾气分析结果易受安装条件、测量距离过长（超过200m）导致CO2饱和吸收等因素的影响；而且，上述两种船舶尾气遥测方法只能针对单只船舶的燃油硫含量监测，无法实现在实际情况中经常存在的测量区域内多艘船舶同时航行的监测需求；另外，对船舶尾气排放的硫氧化物、氮氧化物、碳氧化物等大气污染物的监测，也缺乏有效的手段。

技术实现思路

[0005]基于现有技术中存在的上述缺点和不足，本专利技术的目的之一是至少解决现有技术中存在的上述问题之一或多个，换言之，本专利技术的目的之一是提供满足前述需求之一或多个的一种多船舶尾气排放污染物浓度的监测方法、终端及系统。
[0006]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：一种多船舶尾气排放污染物浓度的监测方法，其特征在于，在船舶排放控制区内布设数个船舶尾气遥测仪，各船舶尾气遥测仪的遥测区域相互独立；所述监测方法包括以下步骤：S1、获取各船舶尾气遥测仪监测的大气污染物的遥测浓度，建立以时间点、大气污染物的遥测浓度构成的尾气信息矩阵；获取船舶的静态信息和动态信息，静态信息包括船舶MMSI和船舶固有参数，动态信息包括船舶MMSI、航行当前时间点、航速、航向和船舶坐标位置；根据船舶MMSI及航行当前时间点整合船舶的静态信息和动态信息，建立船舶信息矩阵；S2、识别各船舶尾气遥测仪监测的大气污染物的遥测浓度出现峰值的目标时间区间，根据目标时间区间在尾气信息矩阵中截取得到相应的尾气信息子矩阵；
S3、轮询各船舶尾气遥测仪对应的目标时间区间，并在船舶信息矩阵中筛选满足目标条件的目标船舶；S4、基于尾气信息子矩阵将目标船舶与其对应的至少两个船舶尾气遥测仪监测的大气污染物的遥测浓度关联，还与目标时间区间对应的气象信息关联；S5、基于船舶烟羽高斯扩散模型和非线性多组分分析算法反演各船舶尾气排放大气污染物的浓度。
[0007]作为优选方案，所述步骤S3中，目标条件包括条件（1）和条件（2）：条件（1）：条件（1）：；t为船舶的航行当前时间点，δ为动态信息接收的最大时间，T
max
为目标时间区间的最大值，T
min
为目标时间区间的最小值；条件（2）：船舶坐标位置与相应的船舶尾气遥测仪对射中点位置之间的距离小于相应的船舶尾气遥测仪的有效探测距离。
[0008]作为优选方案，所述步骤S3中，目标条件为：船舶坐标位置与相应的船舶尾气遥测仪对射中点位置之间的距离小于相应的船舶尾气遥测仪的有效探测距离。
[0009]作为优选方案，所述步骤S4中，气象信息包括当前环境风向、风速、温度、湿度和气压。
[0010]作为优选方案，所述步骤S5包括：根据接收的目标船舶的船舶坐标位置（x0，y0）、航向w、航速v，以大地坐标系表示，则t时刻目标船舶的航行点的位置坐标（X，Y）：将大地坐标系中的航行点的位置坐标转换为以船舶坐标位置（x0，y0）为原点、以下风向角为x轴、以横风向为y轴建立的风向坐标系中的航行点的位置坐标（X
′
，Y
′
）：其中，L为船舶尾气遥测仪的对射中点位置与目标船舶之间的距离，P为下风向角；假设目标船舶航行至t
n
时刻，基于高斯烟羽扩散模型，计算得到大气污染物的浓度为：其中，为船舶在t
i
时刻排放的大气污染物扩散至t
n
时刻任意一空间点处的浓度，Q
i
为船舶在t
i
时刻排放的大气污染物的总量，分别为
方向上的扩散系数，u为风速，H为空间点离水面高度；获取目标时间区间内数个空间点的大气污染物的浓度并进行累加，然后与目标船舶对应的船舶尾气遥测仪监测大气污染物的遥测浓度建立非线性方程，利用非线性多组分分析算法反演出不同时刻下各目标船舶排放的大气污染物的浓度。
[0011]作为优选方案，所述非线性多组分分析算法为非线性最小二乘法或主成分分析法。
[0012]作为优选方案，所述大气污染物为硫氧化物、氮氧化物、碳氧化物或颗粒物。
[0013]作为优选方案，所述步骤S5之后，还包括以下步骤：S6、计算船舶的燃油硫含量；其中，C
S
为船舶的硫氧化物的浓度，C
C
为船舶的碳氧化物的浓度。
[0014]本专利技术还提供一种多船舶尾气排放污染物浓度的监测终端，包括：获取模块，用于获取各船舶尾气遥测仪监测的大气污染物的遥测浓度，建立以时间点、大气污染物的遥测浓度构成的尾气信息矩阵；还用于获取船舶的静态信息和动态信息，静态信息包括船舶MMSI和船舶固有参数，动态信息包括船舶MMSI、航行当前时间点、航速、航向和船舶坐标位置；根据船舶MMSI及航行当前时间点整合船舶的静态信息和动态信息，建立船舶信息矩阵；识别模块，用于识别各船舶尾气遥测仪监测的大气污染物的遥测浓度出现峰值的目标时间区间，根据目标时间区间在尾气信息矩阵中截取得到相应的尾气信息子矩阵；筛选模块，用于轮询各船舶尾气遥测仪对应的目标时间区间，并在船舶信息矩阵中筛选满足目标条件的目标船舶；关联模块，用于基于尾气信息子矩阵将目标船舶与其对应的至少两个船舶尾气遥测仪监测的大气污染物的遥测浓度关联，还用于与目标时间区间对应的气象信息关联；反演模块，用于基于船舶烟羽高斯扩散模型和非线性多组分分析算法反演各船舶尾气排放大气污染物的浓度。
[0015]本专利技术还提供一种多船舶尾气排放污染物浓度的监测系统，包括：数个船舶尾气遥测仪，布设于船舶排放控制区内；各船舶尾气遥测仪的遥测区域相互独立；如上方案所述的监测终端，与各船舶尾气遥测仪通讯连接；AIS接收器，分别与船舶的AIS发送器、监测终端通讯连接；气象分析仪，与监测终端通讯连接。
[0016]本专利技术与现有技术相比，有益效果是：（1）本专利技术实现船舶排放控制区内多只船舶航行过程中尾气排放污染物的浓度监测；相对于现有的单船监测本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多船舶尾气排放污染物浓度的监测方法，其特征在于，在船舶排放控制区内布设数个船舶尾气遥测仪，各船舶尾气遥测仪的遥测区域相互独立；所述监测方法包括以下步骤：S1、获取各船舶尾气遥测仪监测的大气污染物的遥测浓度，建立以时间点、大气污染物的遥测浓度构成的尾气信息矩阵；获取船舶的静态信息和动态信息，静态信息包括船舶MMSI和船舶固有参数，动态信息包括船舶MMSI、航行当前时间点、航速、航向和船舶坐标位置；根据船舶MMSI及航行当前时间点整合船舶的静态信息和动态信息，建立船舶信息矩阵；S2、识别各船舶尾气遥测仪监测的大气污染物的遥测浓度出现峰值的目标时间区间，根据目标时间区间在尾气信息矩阵中截取得到相应的尾气信息子矩阵；S3、轮询各船舶尾气遥测仪对应的目标时间区间，并在船舶信息矩阵中筛选满足目标条件的目标船舶；S4、基于尾气信息子矩阵将目标船舶与其对应的至少两个船舶尾气遥测仪监测的大气污染物的遥测浓度关联，还与目标时间区间对应的气象信息关联；S5、基于船舶烟羽高斯扩散模型和非线性多组分分析算法反演各船舶尾气排放大气污染物的浓度。2.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于，所述步骤S3中，目标条件包括条件（1）和条件（2）：条件（1）：；t为船舶的航行当前时间点，δ为动态信息接收的最大时间，T
max
为目标时间区间的最大值，T
min
为目标时间区间的最小值；条件（2）：船舶坐标位置与相应的船舶尾气遥测仪对射中点位置之间的距离小于相应的船舶尾气遥测仪的有效探测距离。3.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于，所述步骤S3中，目标条件为：船舶坐标位置与相应的船舶尾气遥测仪对射中点位置之间的距离小于相应的船舶尾气遥测仪的有效探测距离。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的监测方法，其特征在于，所述步骤S4中，气象信息包括当前环境风向、风速、温度、湿度和气压。5.根据权利要求4所述的监测方法，其特征在于，所述步骤S5包括：根据接收的目标船舶的船舶坐标位置（x0，y0）、航向w、航速v，以大地坐标系表示，则t时刻目标船舶的航行点的位置坐标（X，Y）：将大地坐标系中的航行点的位置坐标转换为以船舶坐标位置（x0，y0）为原点、以下风向角为x轴、以横风向为y轴建立的风向坐标系中的航行点的位置坐标（X
′
，Y
′
）：
其中，L为船舶尾气遥测仪的对射中点位置与目标船舶之间的距离，P为下风向角；假设目标船舶航行至t
n

【专利技术属性】
技术研发人员：邱梦春，陆生忠，温作乐，梁大荣，汪鲁见，吴垒，王超，屈颖，周城，陶波，于志伟，
申请(专利权)人：杭州春来科技有限公司，
类型：发明
国别省市：