【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及船舶污染物监测，具体为基于可视化抓拍的船舶尾气在线监测方法。
技术介绍
1、船舶各种船只的总称；船舶是能航行或停泊于水域进行运输或作业的交通工具，按不同的使用要求而具有不同的技术性能、装备和结构型式；
2、船舶是一种主要在地理水中运行的人造交通工具；另外，民用船一般称为船，军用船称为舰，小型船称为艇或舟，其总称为舰船或船艇；内部主要包括容纳空间、支撑结构和排水结构，具有利用外在或自带能源的推进系统；外型一般是利于克服流体阻力的流线性包络，材料随着科技进步不断更新，早期为木、竹、麻等自然材料，近代多是钢材以及铝、玻璃纤维、亚克力和各种复合材料。
3、水上运输的繁荣发展是推动经济发展的强大动力，但是与此同时，伴随而生的船舶大气污染排放给区域空气质量带来的压力和挑战也不容小觑；船舶引擎以柴油机为主，在航行和停泊过程中会持续排放硫氧化合物、氮氧化合物和含碳颗粒物等大气污染物；当这些污染物质随大气向内陆进行迁移，可能加重城市的空气污染状况，对人体健康和生态环境造成危害”；
4、船舶尾气主要污染物种类及危害船舶尾气主要污染物种类包括二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、大气颗粒物和碳氢化合物等；二氧化硫船舶尾气排放的二氧化硫主要来源于燃料油中硫的氧化，其浓度水平和排放量除了与燃料油中硫含量有直接关系之外，船舶发动机供气量也会影响其浓度变化；有研究表明，全球每年远洋船舶排放的so2总量约为4.7～6.5tg，占到人为源排放的8％大气中的so2浓度过高会引起支气管炎、肺气肿、眼角膜炎症等多种炎症的发生；
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提供了基于可视化抓拍的船舶尾气在线监测方法，解决了上述
技术介绍
中提出的问题。
2、为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：基于可视化抓拍的船舶尾气在线监测方法，包括尾气遥测仪、船舶抓拍系统以尾气在线监测系统；
3、所述尾气遥测仪与船舶抓拍系统之间采用无线信号传输；
4、所述船舶抓拍系统有船舶检测相机、抓拍相机、ais接收机、黑烟智能分析仪以及网络传输单元组成，所述网络传输单元分别与船舶检测相机、抓拍相机、ais接收机和黑烟智能分析仪之间电性串联连接；
5、所述船舶检测相机和抓拍相机是基于视频的机器视觉、深度学习和形态学分析技术在检测相机画面上检测船舶，检测到船舶后触发高清云台自动对焦变倍，实现高清抓拍，抓拍范围10米～1200米，能确保昼间、夜间均能清晰拍清船舶全貌和船舶细节，确保看清船名，且能测得船舶距离抓拍点的距离、船速和航向；
6、基于船舶高清照片，通过深度学习技术，分析船舶黑烟特征，选用cnn作为特征提取网络，得到黑烟识别判别模型；
7、所述黑烟识别过程分为两步：首先，生成黑烟候选框，通过颜色、轮廓等特征，将图像划分为成百上千个候选框，然后，利用cnn网络判断每个候选框是否是黑烟，最终得到船舶黑烟的准确位置；
8、其中黑烟识别的内容具体分为船舶尾气信号自动识别和燃油硫含量自动估算；
9、船舶尾气信号自动识别算法首先对遥测数据进行滤波并差分给出增量判别指标，再结合so2、co2浓度时变相关性给出相关性判别指标，最后综合二者给出综合判别指标，用于判别船舶尾气so2、co2浓度遥测数据时程中的嫌疑波峰；
10、燃油硫含量自动估算首先对遥测数据对给定的嫌疑时刻进行判别，结合时间序列的导数对峰值的起始和结束时刻进行精准识别并对嫌疑峰值的真假进行判定，最后结合嗅探法原理根据尾气硫碳比推算燃油硫含量。
11、可选的，所述尾气遥测仪由污染物监测系统、气象系统和数据采集处理系统组成；
12、所述污染物监测系统是以光谱分析技术为核心的在线自动监测系统，采用紫外荧光法测量so2、化学发光法测量nox、气体滤波相关红外法测量co2；
13、气象系统以超声波技术为核心气象监测系统，对风速、风向、大气压、温度、湿度参数进行监测；
14、数据采集处理系统对船舶尾气排放数据进行综合分析，用浓度变化信号反推燃油硫含量和单位燃油硫氧化物、氮氧化物的排放情况，监测船舶尾气排放的指标数据。
15、可选的，所述网络传输单元设为交换机。
16、可选的，所述船舶尾气信号自动识别的具体步骤如下：
17、步骤一：获取监测点位时间t内的so2及co2浓度随时间变化的数据cs(tk)和cc(tk)(k＝1，2，…，n)，tk＝kδt为时间序列，δt为采样时间间隔，n＝t/δt为数据长度(取偶数)；
18、步骤二：确定时间尺度tp＝pδt，p为时间尺度所对应的数据长度(取偶数)；对cs(tk)按式(1)进行降噪滤波，得到c's(tj)(j＝1，2，…，n)，tj＝jδt为时间序列；
19、
20、式中，m＝1，2，…，n为离散序列；
21、步骤三：按式(2)计算so2增量判别指标ds(tj)
22、
23、当ds(tj)<0时，取ds(tj)＝0；
24、步骤四：按式(3)计算co2、so2相关性判别指标rcs(tj)
25、
26、式中，δjp＝{k∈z|max(1，j-p/2)≤k≤min(n，j+p/2)}表示tk在时刻tj附近的时间邻域；当rcs(tj)<0时，取rcs(tj)＝0；
27、步骤五：按式(4)计算综合判别指标i(tj)
28、
29、步骤六：将综合判别指标i(tj)超过阈值i0且间隔超过tp的波峰时刻记为嫌疑波峰标记时刻tqi(i＝1，2，…，q)，q为识别到的嫌疑波峰的数量，qi为第i个嫌疑波峰标记时刻所对应的时间序号。
30、可选的，所述燃油硫含量自动估算的具体步骤如下：
31、步骤一：获取监测点位时间t内的so2及co2浓度随时间变化的数据cs(tk)和cc(tk)(k＝1，2，…，n)，tk＝kδt为时间序列，δt为采样时间间隔，n＝t/δt为数据长度(取偶数)；确定时间尺度tp＝pδt，p为时间尺度所对应的数据长度(取偶数)；给定的嫌疑时刻为tq，q为嫌疑时刻所对应的时间序号；
32、步骤二：按式(1)和式(2)计算时间序列cs(tk)和cc(tk)(k＝1，2，…，n)的一阶差分：
33、
34、
35、步骤三：计算嫌疑峰值的峰值时刻tp；具体方法为，在给定的嫌疑时刻tq附近邻域搜索so2浓度的局部最大值，峰值所对应的时间点记为tp，p为嫌疑峰值时刻所对应的时间序号；
36、
37、其中，δqp＝{k∈z|max(1，q-p/2)≤k≤min(n，q+p/2)本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于可视化抓拍的船舶尾气在线监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于可视化抓拍的船舶尾气在线监测方法，其特征在于，所述步骤1中，SO2和CO2浓度遥测数据通过尾气遥测仪监测得到，尾气遥测仪通过紫外荧光法测量SO2浓度，通过气体滤波相关红外法测量CO2浓度。
3.根据权利要求1所述的基于可视化抓拍的船舶尾气在线监测方法，其特征在于，所述步骤1中，船舶信息中的船名和船号通过AIS接收机接收得到，船舶图像通过抓拍相机抓拍得到，当AIS接收机接收不到船名和船号时，通过预先训练的Yolo v5识别模型对船舶图像进行识别，从而得到船名和船号。
4.根据权利要求1所述的基于可视化抓拍的船舶尾气在线监测方法，其特征在于，所述步骤2的具体过程如下：
5.根据权利要求4所述的基于可视化抓拍的船舶尾气在线监测方法，其特征在于，所述步骤3的具体过程如下：
6.一种计算机设备，包括存储器、处理器，以及存储在所述存储器中并能够在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1
7.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述的基于可视化抓拍的船舶尾气在线监测方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种基于可视化抓拍的船舶尾气在线监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于可视化抓拍的船舶尾气在线监测方法，其特征在于，所述步骤1中，so2和co2浓度遥测数据通过尾气遥测仪监测得到，尾气遥测仪通过紫外荧光法测量so2浓度，通过气体滤波相关红外法测量co2浓度。
3.根据权利要求1所述的基于可视化抓拍的船舶尾气在线监测方法，其特征在于，所述步骤1中，船舶信息中的船名和船号通过ais接收机接收得到，船舶图像通过抓拍相机抓拍得到，当ais接收机接收不到船名和船号时，通过预先训练的yolo v5识别模型对船舶图像进行识别，从而得到船名和船号。
4.根据权利要求1...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨正，欧阳文全，林盛梅，汪乾，刘志荣，程思钦，孙苏娟，姜慧勤，
申请(专利权)人：南京畅淼科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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