换一批
换一批无人机载船舶尾气智能监视监测技术及应用
项目年度编号：
2400100024
中图分类号：
X514
成果公布年份：
2024
成果简介：
船舶大气污染防治是绿色航运发展的重要组成部分，是航运业贯彻落实国家加快推进生态文明建设和打赢蓝天保卫战的重要举措。船用燃油硫含量监管利用的嗅探技术，需要在岸边或者海巡艇上安装船舶尾气遥测仪，该方式虽然避免登船，但岸基、桥基遥测仪的安装需结合当地风速、航道条件、接电条件、有效距离等多重因素，大多港口、桥梁并无合适的安装位置，且具有很强的被动性，不能满足随时随地灵活多变的监测需求。相比于固定式，艇载方式在一定程度上可以提高机动性，但在实际工作中为避免影响日常巡逻任务，仍需统筹协调，且该方式同样依赖于天气、风速等气象条件，需近距离尾随或错身航行，对于船长驾驶技术要求较高，故艇载方式仍缺乏灵活性。且海巡艇出动一次，人员成本和油耗均很高。综上，上述两种方式并不具备尾气直接监测和数据实时获取的能力，存在监管漏洞。此外，另一船舶污染物——黑烟排放监管仍采用传统目视或摄像手段进行，相关的定量化检测技术存在空白，相比于船舶排放控制区内对硫含量的监管，船舶黑烟排放监管，在相关政策及监测技术方面仍有较大欠缺。
1项目概述针对传统措施监管船舶黑烟及硫含量的技术瓶颈问题，交通运输部天津水运工程科学研究院于2016年组建船舶排放监测与控制技术创新团队，依托天津市科技支撑计划重点项目、天津市交通运输科技发展计划项目、天科院创新基金和产业化基金等科研项目，以提升效率降低成本、解决监管盲点为突破口，成功研发了以船舶尾气监视监测为目的的无人机智能飞控技术和船舶尾气视频测黑技术，研制了无人机载微型、智能船舶尾气嗅探装置，形成了无人机载船舶尾气监视监测系统，填补了无人机载船舶尾气智能监视监测技术的空白，实现一机多用，有效消除监管盲点。通过远程监测掌握船舶大气污染物排放数据，增强对违规排放船舶的威慑力，从而确保公平的航运竞争环境，进一步推动我国船舶大气污染监管水平，产生了巨大的环境效益及社会经济效益。
2技术突破成果在技术、算法和装备三个层面取得了突破，获得授权发明专利9件（ZL201710807401.1等）、登记软件著作权6项，承担技术标准研究1项。在技术层面，提出基于图像的无人机与船舶相对高差、水平间距测量方法，实现自主设置船舶尾气监视监测的安全飞行参数；提出科学的穿越尾气飞行航线和监视尾气伴飞位置的计算方法，保证船舶尾气监视监测数据采集效果；首创船舶尾气监视监测目的无人机飞控程序，解决了手动飞行不安全和监视监测数据采集效果差的问题。在算法层面，发明邻近刚性目标引导的船舶尾气图像跟踪识别算法，解决了平台抖动和目标移动的情形下的船舶尾气区域视频数据抠取问题；发明自适应环境光变化的船舶尾气黑度图像检测算法，解决了环境光变化情形下的船舶尾气黑度量化问题。此外，改进船舶尾气嗅探信号识别算法和燃油硫含量测定算法，使船舶尾气波峰准确识别率达95%；硫含量误差绝对值在1.5‰以内。在装备层面，创制时下最小的无人机载船舶尾气嗅探传感器，尺寸14,cm×8,cm×4,cm，重量仅为300,g；突破传感器小型化难题且实现数据智能处理，提高无人机载船舶尾气监测的时效性并大大降低成本。
完成单位：
交通运输部天津水运工程科学研究所 天津海事局 上海海事局
完成人：
彭士涛 胡健波 张杰 朱国新 徐旻 艾佳
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