無人機在船舶污染防治監管中的關鍵技術研究

黃健

摘 要：近年來，隨著水上交通快速發展，對于船舶污染防治監管工作，逐漸受到水域巡查及動態監管發現難、取證難等因素的嚴峻考驗。無人機具有靈活性高、覆蓋面廣、拓展性強等特點，可提升船舶污染防治監管信息化智能化能力。本文從無人機在船舶污染防治監管的應用需求出發，提出無人機在船舶污染防治監管中需解決的途徑和關鍵問題。

關鍵詞：無人機;船舶污染;防治監管

中圖分類號：U698? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2019）07-0033-02

1背景

按照長江經濟帶“不搞大開發，共抓大保護”要求，水污染防治逐步加碼，水環境提升已經作為一項重要政治任務來抓，而船舶污染防治作為水污染防治中不可或缺的一部分，其重要性日益突出，因此，對于通航水域船舶污染防治工作就顯得更加迫切需要。目前，水上船舶污染防治主要作業方式有以下兩種：一是采用固定的視頻監控設備、錄像器材對水上航行船只進行拍攝取證;二是采用水上執法船艇開展船舶污染防治監管工作，依靠人工登船檢查的方式來進行調查取證，存在發現難、取證難等問題，亟待探索便捷高效的快速污染監測裝備用于水上船舶污染防治執法工作。因此，開展有針對性的研究和應用適合于船舶污染防治監管作業的一整套智能化技術手段是有必要的。

2017-2018年，以南京地方海事為代表的部分地區已經在基于無人機的智能化水上作業領域做出有益嘗試并獲得初步成效，在此基礎上，本文擬研究智能化巡查、智能化監測和智能化管理技術手段，從全過程更深入地提高智能化程度，進一步減少人力投入和人工干預，提高作業效率、效果，促進生態經濟和諧發展。

2現狀問題分析

目前要從無人機巡航采集的數據分析識別是否污染，則需要將航拍圖像帶回地面進一步分析處理才能得出結果，導致數據的反饋時效性較低，在針對不同類別的污染源監測需求，無人機普通巡航采集的數據無法滿足相關要求，其次無人機用于船舶污染監測沒有成套化的設備、操作規程和安全技術指南，導致在進行監測時，對人員和設備產生了不確定的安全因素。

2.1缺乏針對船舶污染防治的成套化監測設備

目前海事部門巡查所采用的無人機設備，由于兼容性問題，無法搭載相關污染監測設備，尚不能真正作為船舶污染監測的專業化設備。

2.2缺乏多維度的船舶污染防治數據監測體系

無人機和岸基監測設備所監測的數據信息，目前通過各自的傳輸通道回傳，相互獨立，無法融合應用，甚至部分存在數據信息的相互干擾，妨礙執法人員分析判斷。

2.3缺乏大氣污染基礎性數據庫

監測回傳的大量數據信息，目前基本通過電子表格進行存儲管理，數據較為分散，二次應用難度大，難以為后續的決策指揮、長效管理發揮價值。

3研究目的及意義

（1）研發基于無人機的船舶污染監測成套技術，提高執法監管能力。結合無人機高機動性、強拓展性和超便捷性特點，對水上船舶進行全過程動態跟蹤、執法取證，可以有效提升效率效果，降低人力財力投入，對水上污染防治工作高效低耗可持續發展，具有良好的意義。

（2）結合現有設備和技術，研究船舶污染防治數據監測體系，更好促進綜合運用。內河航道現有船舶污染監測設備主要是以點狀進行數據采集，如沿線氣體監測儀、岸基污染監測器等設備，在實際使用中由于數據分析延時性，很難對行駛中的船舶進行精準監測，運用無人機搭載污染監測器，實現從點到線、由線成面的多數據監測。

（3）研究船舶大氣污染基礎性數據庫建設需求，提升船舶污染防治巡查執法工作信息智能化管理能力。通過信息數字化對污染數據進行長期累積，結合地理信息系統和大數據分析技術，將無形的大氣污染形成可視化動態問題分布，并運用智能分析技術形成多維度的可查詢、可分析、可追溯的船舶污染防治數據中心。

4核心裝備技術和擬解決的關鍵問題

4.1核心裝備技術

（1）船舶污染防治執法無人機。無人機飛行平臺從形態上分類主要有多旋翼無人機、固定翼無人機、無人直升機以及復合翼無人機，考慮到無人機在進行船舶污染氣體監測時，需要在船舶尾氣排放位置能夠實現精準懸停、同步移動的特點，需要無人機具有機動性強、便攜性優、拓展性廣等特性，研究建議采用多旋翼無人機進行巡查執法取證的飛行平臺。

圖1 船舶污染防治執法無人機系統構成

（2）船舶污染監測儀。船舶污染監測儀目前社會上已有研究成果和成套設備，其主要是利用氣體傳感器監測環境中存在的氣體成分和含量。通過無人機搭載污染監測儀，監測的數據通過數傳或傳輸單元傳送至地面平臺進行實時遠程分析，可實現內河航道沿線環境帶狀分析、單個船舶污染監測點狀分析，后臺通過環境監測體系，建立污染監測的動態跟蹤。

（3）大氣污染基礎性數據庫建立。建立大氣污染源排放清單數據庫是船舶污染防治執法中一項重要的基礎性工作。通過對各類污染源信息進行模式化加工處理、存儲，將大氣污染源基礎數據轉換成用于船舶污染防治執法中的清單數據。通過建立完善的基礎數據庫，在后期大量無人機信息采集的積累下，利用大數據分析技術結合GIS形成可視化大氣污染分布預警，為船舶污染防治執法提供豐富的決策依據。

（4）?？找惑w化船舶污染監測體系。構建海空一體化船舶污染監測體系，能夠使無人機與現有海事監測設備有效配合，充分發揮各自作用，提高綜合使用效率，提升船舶污染防治監管成效。利用AIS、CCTV以及其他各類污染監測設備，海事監管中心可以合理地分析各種信息資料并做出正確指令，以實現船舶污染監管精準、機動、實時的目標。

4.2? 擬解決的關鍵問題

（1）無人機與污染監測設備的匹配。根據無人機的性能和作業方式，集成無人機飛行平臺、攝像、污染監測器、數據鏈路和地面子系統，運用新技術方式解決污染監測設備和無人機平臺匹配運用問題，形成綜合信息分析共享模式，有利于實現高效率、高精度、高實時性的要求。

（2）大氣污染源數據與地理信息系統融合的問題。污染監測設備采集的氣體樣本源數據以數值的方式呈現，在實際運用過程中，解決將大氣污染源數據與GIS技術相結合的問題，形成多維度、可視化、可量化的全方位數據呈現，為水上執法提供高效便捷的數據分析手段。

（3）無人機及搭載設備與監管中心的數據信息交互通道建立的問題。目前無人機及所搭載的監測設備采集數據信息，由于受接收裝置、監管中心內部網絡等因素限制，無法直接回傳至監管中心進行處理分析，需要解決數據傳輸渠道問題;同時需要建立對多渠道提供的各類數據信息綜合分析系統，幫助指揮中心及時作出決策。

5結束語

隨著水上科學執法、安全保障、創新研究的需求在不斷的提高，本文基于無人機的精度定位、數據融合、深度學習為技術支撐，提出了海空一體化船舶污染監測體系研究關鍵技術。基于無人機的智能識別技術作為創新、綠色的新技術手段，不僅在監管效率和效果方面相較于人工巡查有顯著提升，還可大幅降低執法人員工作負擔、保障人身安全，并在改善提升監管方式的同時，對促進水上交通事業“提質增效、節能減排”發展具有重大意義，社會效益顯著，具備較強的推廣應用價值。

參考文獻：

[1] 和慧. 國內外港口船舶廢氣污染防治政策及措施研究[A]. 中國環境科學學會.2017中國環境科學學會科學與技術年會論文集（第一卷）[C].中國環境科學學會：中國環境科學學會，2017：7.

[2]鄧小富，陸增光.內河船舶大氣污染防控研究[J].珠江水運，2018（10）：42-43.

[3] 張健，施永云.目前我國內河水域船舶防污染現狀及對策[J].消費導刊，2009（15）：117.

[4] 付洪領.我國船舶污染氣體排放現狀分析與防治措施[J].中國水運，2014（06）：40-41.