長江船舶污染物智能化監管體系研究

施展 張煒

摘 要：分析了當前長江干線船舶污染物排放的現狀及存在的問題，提出船舶污染物智能化監管及防治體系框架，對尾氣遙測管理、水污染物監管以及污染物綜合研判等三方面的框架和業務流程進行了詳細分析，對體系建設產生的社會效益進行了分析。最后，對后續綜合監管發展方向進行了展望。

關鍵詞：船舶污染物;智能化監管;綜合研判

中圖分類號：U66? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2022）02-0017-04

共抓大保護，不搞大開發，推動長江經濟帶發展是以習近平同志為核心的黨中央作出的重大決策，是關系國家發展全局的重大戰略。長江大保護政策要求各地深入推進船舶與港口污染防治工作，以減少污染物排放和強化污染物處置為重點，努力實現水運綠色、循環、低碳、可持續發展，將長江打造成環境優美、生態良好的綠色長廊。

1船舶污染物監管現狀

隨著我國港口貨運量不斷攀升，船舶在航行過程以及在港口的排放量不斷增加。長三角、珠三角、環渤海和長江等沿海沿江通航里程較長的區域以及港口規模較大地區，船舶的水污染物排放以及船舶尾氣排放是造成污染的最主要的兩個排放來源。

1.1船舶水污染物治理情況

近年來，大規模的航運活動導致進出港船舶數量不斷增加，船舶在航行、停泊、裝卸過程中會產生含油污水、生活污水、垃圾、船舶洗艙水等污染物，不可避免地對周圍環境產生污染，船舶逐漸成為交通運輸行業的重點流動污染源。

海事管理部門近年來也不斷加強管控力度和手段，長江海事局發布《關于嚴控長江干線船舶污染物排放的通告》，對防污違法行為依法實施“五個一律”的嚴格監管措施，建立過閘船舶環保達標正面清單。

以江蘇海事局為例，近年來以推進高質量貨主（碼頭）選船機制和船舶污染物“一零兩全四免費”治理模式兩項工作作為雙核心，不斷提高轄區危險品船舶的準入門檻和轄區船舶污染物接收能力，取得了較好的成效。

1.2船舶尾氣治理情況

船舶尾氣中包含氮氧化物和顆粒物，前者是導致PM2.5的重要前體物，后者是PM2.5的直接來源。

2019年10月，交通運輸部海事局印發《中華人民共和國關于發布〈2020年全球船用燃油限硫令實施方案〉的通告》明確自2020年1月1日起，國際航行船舶進入中華人民共和國管轄水域應使用硫含量不超過0.5%m/m的燃油，進入我國內河船舶大氣排放控制區的，應當使用硫含量不超過0.1%m/m的燃油。

近年來，江蘇海事局基于“船E行”電子江圖，為船舶提供污染物接收站點信息查詢，以及污染物排放需求信息發布、預約、移交、轉運服務。為港口提供船舶污染物排放信息獲取服務，初步實現了船舶污染物排放、接收、轉運、處置的過程留痕。

但由于水資源具有動態性、流域性、多功能等特點，對主管部門的協調管理能力提出了較高要求，這意味著在確定一個主管部門的同時，其他諸如發展改革、自然資源、規劃、農業農村、衛生健康、城市管理等具有相關監督管理權限的部門必須同時在其職責范圍內進行協助配合、通力合作[1]。

推動內河船舶生活污水上岸處置是一個系統工程，不是僅僅依靠行政執法就能解決的。而應按照“誰產生，誰消除;誰管理，誰負責”的原則[2]，綜合解決船舶、港口碼頭、接收單位和監管等單位面臨的難題。

2 船舶污染物監管體系框架

黨中央、國務院大力推進生態文明建設，實施新環保法，推進生態環境監測網絡建設，部署打好污染防治攻堅戰，著力保護長江經濟帶生態環境，對生態環境監測監控提出了新任務和新要求[3]。

船舶具有數量多，流動性強，監管難度大等特點，隨著船舶排放控制區的實施，監管范圍也進一步擴大，這就要求監管部門不斷摸索新監管方式以應對船舶污染防治、污染監測、油品質量監管等[4]。

對長江船舶重點污染物中的船舶尾氣和水污染物進行有效、及時和精確監管是能否保證長江流域生態環境長久保持良好狀態的關鍵，而如果能及早發現排放這兩大類污染物的船舶甚至提前進行排污預警，那么就能使得相關部門進行針對性處置，大大提升管理效能。

體系技術架構自下而上包括以下幾個方面：

感知層：主要指前端感知設備，包括嗅探尾氣遙測設備、光譜分析尾氣遙測設備、黑煙抓拍設備以及接收感知等。

基礎設施層：主要是指系統軟硬件支撐體系，包括硬件支撐、應用軟件支撐，以及海事局通信網絡支撐等。

數據資源層：主要是指數據資源體系，包括運行數據庫、業務數據庫，以及數據存儲、數據交換接入組件等。

應用支撐層：主要是指系統支撐體系，包括電子海圖、AIS/北斗、終端通信等支撐應用以及各類接口服務等。

應用層：主要是指系統應用功能，包括三個方面：船舶尾氣遙感管理、船舶水污染物監管和船舶污染物綜合研判。

用戶層：主要指系統用戶，包括政府部門、海事監管部門、環衛部門、船舶/船員及其他相關部門和人員等。

其中，基礎設施、數據資源等已經比較完善，可支撐各類綜合業務的開展，這里重點分析應用層的建設。

2.1船舶尾氣遙測管理

船舶尾氣排放遙測管理主要由嗅探船舶尾氣遙測、光譜分析船舶尾氣遙測和船舶尾氣黑煙抓拍三部分構成。遙測管理接入監測的結果數據，如監測結果超過閾值，并經過人工核查確認后，進行鎖定并形成證據;同時，可通過船名、地點、時間等進行綜合信息檢索和展示。另外，遙測初篩工作由機器承擔，提高船舶抽檢率，產生明顯的威懾力，間接減少船舶大氣污染[5]。

2.1.1嗅探船舶尾氣遙測

實時測量空氣中CO2、SO2濃度和風向風速參數，并獲取船號、船名、經緯度等信息，實現在線超標判定。

（1）船舶尾氣信息實時接入。將監測點周圍的船舶AIS信息、風速風向、CO2濃度、SO2濃度通過專用傳感器傳輸至監測設備解析后上傳到遠端（云端）數據庫。

（2）船舶尾氣信息實時監測。對船舶尾氣實時接入系統上傳的數據進行實時顯示，通過圖表等形式直觀快速了解最近時間段的尾氣濃度、風速風向、AIS信息等變化情況。

（3）船舶尾氣歷史信息分析。對尾氣歷史數據進行分析，采用嗅探算法計算硫含量和識別誤差，得出該時間段內所有行駛船舶的嫌疑程度，綜合計算結果和人工經驗判斷最可能違規的船舶。對嫌疑船舶可進行電子鎖定，并結合管理程序進行后一步處理。

2.1.2光譜分析船舶尾氣遙測

光譜分析船舶尾氣遙測通過光譜分析等技術實時測量空氣中二氧化硫、二氧化氮、二氧化碳濃度，通過與靠近船舶進行AIS實時數據通信，獲取船舶編號、船舶經緯度、船舶名稱等詳細信息，結合尾氣高斯線源擴散模型、氣體湍流擴散模型，實現船舶尾氣排放污染物源強反演，同時通過繪制的航跡濃度圖快速甄別嫌疑船舶，并實現在線超標判定。

（1）尾氣信息實時接入。主要將二氧化碳濃度信息、二氧化硫濃度信息、風向信息、風速信息、船舶編號信息、船舶名稱信息、船舶時間信息、船舶定位信息等實時接入到數據庫中，并進行統計分析。

（2）船舶尾氣信息實時監測。主要是實時監測尾氣氣體曲線，查看最近時間段內空氣中二氧化碳、二氧化硫濃度情況，根據其波峰波谷異常值判斷船舶燃油硫含量是否符合排放控制區標準。船舶尾氣信息實時監測的功能組成，主要包括二氧化碳濃度、二氧化硫濃度等尾氣信息的實時監測和船舶編號、船舶經緯度、船舶經過時間等船舶具體信息的實時監測兩部分內容。

（3）船舶尾氣歷史信息監測。船舶尾氣信息歷史監測功能模塊，全天候監測尾氣排放情況，可查看一天內任意時間的二氧化碳、二氧化硫濃度，并計算二氧化碳、二氧化硫平均值。

2.1.3船舶尾氣黑煙抓拍

對監測點的船舶尾氣進行監測，利用抓拍設備對船舶抓拍取證，結合大數據分析、圖像智能分析技術對經過監測點的船舶進行尾氣監測，黑煙識別，找出可疑的冒黑煙船舶。

（1）視頻實時檢測和抓拍。基于視頻分析檢測到船舶經過和船舶位置，利用“槍球聯動”觸發抓拍，確保拍到船名、黑煙狀態和船舶全貌。

（2）黑煙狀態智能識別。采用圖像處理算法、深度學習方法對船舶抓拍照片進行煙羽檢測，智能識別船舶黑煙狀態及黑度。

（3）黑煙船舶報警。當有船舶自動識別為黑煙船舶時，發出報警，并將信息推送給相關工作人員，提醒工作人員及時核查確認。

2.2船舶水污染物監管

船舶水污染物監管通過對接現有航道、港口、海事等信息系統，實現航道、港口、船舶等數據的互聯互通，與交通（港口）、環保、住建等單位進行數據交換和共享，為航運綜合信用管理提供數據支撐。為長江干線船舶垃圾、生活污水、含油污水、洗艙水等水污染物接收處置全流程提供服務。

《船舶水污染物接收轉運處置聯單》（簡稱電子聯單）登記船舶水污染物排放申請、接收、轉運、處置各個環節的信息，包括參與方信息、污染物的信息、作業信息等，從船舶污染物排放申請開始，到處置完畢。電子聯單將污染物排放、接收的流程串在一起，保證數據不可篡改。流程如圖3所示：

2.3船舶污染物綜合研判

船舶污染物綜合研判通過風險船舶監測研判模型，綜合分析尾氣遙測數據、水污染物排放數據，結合船舶基本信息、船員配置、貨物類型等及航程、AIS等動態數據，當轄區內船舶超過一定時間未申報污染物排放或檢測到尾氣排放超標，將該船舶設置為污染風險船舶，進入預警船舶列表。

對于這些船舶，列入現場檢查對象名單，及時派發現場檢查監管任務，進行現場核查排除并消除隱患。

3 主要效益評價

項目實施主要為社會效益，體現在以下方面：

（1）有利于建立船舶污染物治理管理模式。有助于推動海事、環保、交通（港口）、住建、環衛等部門相互協調、共治共建共享的船舶污染物治理的新模式，有效控制船舶污染物排放。

（2）有利于推進船舶污染物接收設施持續完善。體系建設有助于推進港口碼頭建設過程中，從傳統的重視港口碼頭的裝卸能力、安全水平，轉變到加大對船舶污染物接收設施的建設投入。

（3）有利于廣大船員獲得感顯著增強。基于移動互聯網，提高船舶污染物排放操作、管理的信息化水平，可增進船舶船員對船舶污染物治理水平提升的獲得感，并提供助航、交通、安全消息等增值服務。

4展望

需要加強不同層面的管理協調，取得各方面共同支持，協調好包括海事監管、生態環境、航道、港口管理及相關實施單位的關系，健全規章制度和工作流程，規范建設程序;同時重視標準的制定和實施工作，充分利用目前已有的行業標準和接口規范，建立健全標準規范體系，實現各種類型的終端與軟件平臺兼容。

另外，在技術層面包括遠程尾氣遙測方法存在不同程度的缺陷，監測點位的選擇受制于安裝高度等影響，可能有較大誤差等，后續需要研究根據局部氣象環境考慮氣體擴散的影響等對結果進行進一步優化。

參考文獻：

[1]楊開元，孫芳城，郭海藍.面向流域的飲用水水源污染防治機制改革_以長江經濟帶為分析對象[J].西部論壇，2018（05）.

[2]徐正兵，李克強.長江內河船舶生活污水上岸處置存在問題及對策探討[J].中國海事，2019（11）.

[3]蘇政辦發[2019]27號.江蘇省生態環境監測監控系統三年建設規劃（2018-2020）[A]，2019.

[4]王蔭蔭，張雷波，尹立峰等.船舶大氣污染防治現狀及可實現路徑探討[J].資源節約與環保，2020（10）.

[5]胡健波，張鐵軍，彭士濤.船舶大氣污染物排放控制區遙測監管技術[J].中國海事，2020（01）.