海洋漁船尾氣監測與處理系統方案設計研究

付宗魁 崔小洛

摘 要：為了更加精準和智能化地監測及處理海洋漁船尾氣，海洋漁船一體化尾氣監測與處理系統采用將現有漁船尾氣處理設備與物聯網技術相結合的解決方案，相關技術成熟，可行性高。設計方案中充分考慮海洋漁船的實際工作環境及尾氣排放的實際情況，采集并處理船舶振動及噪聲、高溫尾氣及監測參數等數據。漁船靠岸后將采集及處理數據通過無線傳感網絡傳送至云服務器端，可以得到更加直觀準確的漁船尾氣處理數據。

關鍵詞：物聯網技術;云服務器端;漁船尾氣;監測與處理;噪聲;尾氣監測

中圖分類號：TP873文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2019）07-00-02

0 引 言

近年來，我國沿海城市霧霾天數有所增多，除常規大氣污染外，沿海漁船尾氣排放污染較為嚴重也是其中原因之一。農辦漁〔2017〕25號《農業部辦公廳關于做好2017年漁業節能減排項目實施工作的通知》文件指出漁船節能減排，開展漁船水污染物排放調查，完成機動漁船廢氣排放情況摸底調查，分析評價漁船排放尾氣污染物含量，形成全國漁船廢氣排放綜合調查報告，提出漁船廢氣排放污染大氣防治方案建議。從中可以看出，我國對漁業船舶尾氣處理已越來越重視，相關尾氣監測及處理需要一套更加完善和實用的解決方案。

由于漁船遠離陸地工作，尾氣處理及監測工作難以實時進行，針對此現狀，為了使漁船減排既達到標準，又能有效監測，本文提出一種基于物聯網技術的漁船尾氣處理及監測設計方案。此系統對漁船尾氣各項指標采用采集、處理、再采集的方式來達到減排、存儲發送處理前及處理后相關數據的目的，靠岸后通過無線網絡傳輸到漁船尾氣監測平臺。

1 設計分析

現有海洋漁船尾氣監測一般有實驗室尾氣比對分析、室外遙感監測和船載實時監測。實驗室對尾氣對比分析檢測不便，費時費力，且室外遙感監測又對交通狀況和安置地點有苛刻要求，所以本方案主要針對船載實時監測設計，其實際可操作性更強。對當前漁船尾氣分析如下：

以普通漁船為例，其尾氣排放路徑較為繁瑣，一般尾氣需經過排氣總管、增壓前后及廢氣爐前后，在尾氣經過不同環節時，廢氣溫度有所不同，一般從500 ℃逐漸降低到300 ℃左右。這樣的尾氣采集及監測環境對采集數據結果有一定影響。由于漁船在海中作業時會產生搖晃、振動及噪聲，不可避免地對船舶采油機產生振動等不良影響，同時振動對監測儀器也有一定影響，影響其采集精度。這就要求在設計采集系統的過程中要考慮到船舶的實際工作場景，盡量減少振動及噪聲帶來的影響。監測指標多樣化，如船舶尾氣主要排放物有氮氧化合物、硫氧化合物和碳煙，還有部分一氧化碳、二氧化碳等。根據相關規定，對氮氧化合物和硫氧化合物進行排量限制，并逐年限制，更加嚴格。

2 設計方案

本系統綜合考慮漁船工作實際場景的相關因素，在設計中充分考慮對相關重要指標的監測，并將溫度等相關作業參數考慮到處理補償當中，尤其要關注漁船實際工作環境中振動及噪聲對采集數據及儀器設備的影響，從外部設計及算法中進行改進和優化。本設計方案對經廢氣爐后所排放尾氣進行監測及處理，在設計過程中加入了感知、處理和反饋等裝置。尾氣處理架構圖如圖1所示。

根據實際系統需求，采用物聯網相關技術進行控制、處理及數據傳輸。尾氣采集過程中充分考慮對溫度等參數的影響，漁船靠岸后通過無線傳輸方式將船舶采集及處理終端存儲的參數發送至云服務器端。根據前后端采集數據參數，采用智能控制算法來控制尾氣的處理。尾氣采集節點與采集及處理終端使用有線的物聯網連接方式，而采集及處理終端與尾氣數據監測云端服務器采用ZigBee+以太網的連接方式。

對于尾氣處理，常用的脫硫技術有石膏法煙氣脫硫、旋轉噴霧干燥法煙氣脫硫和海水脫硫等，常用的脫硝技術有選擇性催化還原法和選擇性非催化還原法等。考慮漁船實際空間大小等因素，將采用一體化的尾氣處理裝置，同時對采集數據分析進行精準控制，減少尾氣處理中的資源浪費。在處理機制中，引入人工智能算法，使控制及處理更加智能化和精準化。

在尾氣采集及處理終端硬件設計中，采集節點時要充分考慮高溫下采集的實際工作環境，采集及控制終端的振動、高溫、潮濕等環境因素，也要考慮靠岸后的數據傳輸，利用無線傳感網絡的自組網形式將數據上傳至云服務器端。硬件初步設計采用STM32作為核心芯片，帶有數據存儲功能，設計四路模擬及數字量采集，無線傳輸采用CC2530的設計方案，同時留有其他通信擴展接口。

3 結 語

本文以海洋環境污染急需解決的海洋漁船尾氣污染作為出發點，設計一套海洋漁船尾氣監測與處理的解決方案。此方案采用處理前后采集數據雙補償的方式進行尾氣處理的智能化控制，從已有相關系統來看，可以滿足復雜環境中的監測及處理。海洋漁船一體化尾氣監測與處理系統，將物聯網技術應用于尾氣監測與處理中，優勢明顯，相關技術成熟，可以更加客觀地展示漁船工作中的實際排放和處理情況，擁有廣闊的應用前景和節能減排的實際意義。

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