无人机在船舶污染防治监管中的关键技术研究

    黄健

    

    

    摘 要：近年来，随着水上交通快速发展，对于船舶污染防治监管工作，逐渐受到水域巡查及动态监管发现难、取证难等因素的严峻考验。无人机具有灵活性高、覆盖面广、拓展性强等特点，可提升船舶污染防治监管信息化智能化能力。本文从无人机在船舶污染防治监管的应用需求出发，提出无人机在船舶污染防治监管中需解决的途径和关键问题。

    关键词：无人机;船舶污染;防治监管

    中图分类号：U698? ? ? ? ? ? 文獻标识码：A? ? ? ? ? ? 文章编号：1006—7973（2019）07-0033-02

    1背景

    按照长江经济带“不搞大开发，共抓大保护”要求，水污染防治逐步加码，水环境提升已经作为一项重要政治任务来抓，而船舶污染防治作为水污染防治中不可或缺的一部分，其重要性日益突出，因此，对于通航水域船舶污染防治工作就显得更加迫切需要。目前，水上船舶污染防治主要作业方式有以下两种：一是采用固定的视频监控设备、录像器材对水上航行船只进行拍摄取证;二是采用水上执法船艇开展船舶污染防治监管工作，依靠人工登船检查的方式来进行调查取证，存在发现难、取证难等问题，亟待探索便捷高效的快速污染监测装备用于水上船舶污染防治执法工作。因此，开展有针对性的研究和应用适合于船舶污染防治监管作业的一整套智能化技术手段是有必要的。

    2017-2018年，以南京地方海事为代表的部分地区已经在基于无人机的智能化水上作业领域做出有益尝试并获得初步成效，在此基础上，本文拟研究智能化巡查、智能化监测和智能化管理技术手段，从全过程更深入地提高智能化程度，进一步减少人力投入和人工干预，提高作业效率、效果，促进生态经济和谐发展。

    2现状问题分析

    目前要从无人机巡航采集的数据分析识别是否污染，则需要将航拍图像带回地面进一步分析处理才能得出结果，导致数据的反馈时效性较低，在针对不同类别的污染源监测需求，无人机普通巡航采集的数据无法满足相关要求，其次无人机用于船舶污染监测没有成套化的设备、操作规程和安全技术指南，导致在进行监测时，对人员和设备产生了不确定的安全因素。

    2.1缺乏针对船舶污染防治的成套化监测设备

    目前海事部门巡查所采用的无人机设备，由于兼容性问题，无法搭载相关污染监测设备，尚不能真正作为船舶污染监测的专业化设备。

    2.2缺乏多维度的船舶污染防治数据监测体系

    无人机和岸基监测设备所监测的数据信息，目前通过各自的传输通道回传，相互独立，无法融合应用，甚至部分存在数据信息的相互干扰，妨碍执法人员分析判断。

    2.3缺乏大气污染基础性数据库

    监测回传的大量数据信息，目前基本通过电子表格进行存储管理，数据较为分散，二次应用难度大，难以为后续的决策指挥、长效管理发挥价值。

    3研究目的及意义

    （1）研发基于无人机的船舶污染监测成套技术，提高执法监管能力。结合无人机高机动性、强拓展性和超便捷性特点，对水上船舶进行全过程动态跟踪、执法取证，可以有效提升效率效果，降低人力财力投入，对水上污染防治工作高效低耗可持续发展，具有良好的意义。

    （2）结合现有设备和技术，研究船舶污染防治数据监测体系，更好促进综合运用。内河航道现有船舶污染监测设备主要是以点状进行数据采集，如沿线气体监测仪、岸基污染监测器等设备，在实际使用中由于数据分析延时性，很难对行驶中的船舶进行精准监测，运用无人机搭载污染监测器，实现从点到线、由线成面的多数据监测。

    （3）研究船舶大气污染基础性数据库建设需求，提升船舶污染防治巡查执法工作信息智能化管理能力。通过信息数字化对污染数据进行长期累积，结合地理信息系统和大数据分析技术，将无形的大气污染形成可视化动态问题分布，并运用智能分析技术形成多维度的可查询、可分析、可追溯的船舶污染防治数据中心。

    4核心装备技术和拟解决的关键问题

    4.1核心装备技术

    （1）船舶污染防治执法无人机。无人机飞行平台从形态上分类主要有多旋翼无人机、固定翼无人机、无人直升机以及复合翼无人机，考虑到无人机在进行船舶污染气体监测时，需要在船舶尾气排放位置能够实现精准悬停、同步移动的特点，需要无人机具有机动性强、便携性优、拓展性广等特性，研究建议采用多旋翼无人机进行巡查执法取证的飞行平台。

    图1 船舶污染防治执法无人机系统构成

    （2）船舶污染监测仪。船舶污染监测仪目前社会上已有研究成果和成套设备，其主要是利用气体传感器监测环境中存在的气体成分和含量。通过无人机搭载污染监测仪，监测的数据通过数传或传输单元传送至地面平台进行实时远程分析，可实现内河航道沿线环境带状分析、单个船舶污染监测点状分析，后台通过环境监测体系，建立污染监测的动态跟踪。

    （3）大气污染基础性数据库建立。建立大气污染源排放清单数据库是船舶污染防治执法中一项重要的基础性工作。通过对各类污染源信息进行模式化加工处理、存储，将大气污染源基础数据转换成用于船舶污染防治执法中的清单数据。通过建立完善的基础数据库，在后期大量无人机信息采集的积累下，利用大数据分析技术结合GIS形成可视化大气污染分布预警，为船舶污染防治执法提供丰富的决策依据。

    （4）海空一体化船舶污染监测体系。构建海空一体化船舶污染监测体系，能够使无人机与现有海事监测设备有效配合，充分发挥各自作用，提高综合使用效率，提升船舶污染防治监管成效。利用AIS、CCTV以及其他各类污染监测设备，海事监管中心可以合理地分析各种信息资料并做出正确指令，以实现船舶污染监管精准、机动、实时的目标。

    4.2? 拟解决的关键问题

    （1）无人机与污染监测设备的匹配。根据无人机的性能和作业方式，集成无人机飞行平台、摄像、污染监测器、数据链路和地面子系统，运用新技术方式解决污染监测设备和无人机平台匹配运用问题，形成综合信息分析共享模式，有利于实现高效率、高精度、高实时性的要求。

    （2）大气污染源数据与地理信息系统融合的问题。污染监测设备采集的气体样本源数据以数值的方式呈现，在实际运用过程中，解决将大气污染源数据与GIS技术相结合的问题，形成多维度、可视化、可量化的全方位数据呈现，为水上执法提供高效便捷的数据分析手段。

    （3）无人机及搭载设备与监管中心的数据信息交互通道建立的问题。目前无人机及所搭载的监测设备采集数据信息，由于受接收装置、监管中心内部网络等因素限制，无法直接回传至监管中心进行处理分析，需要解决数据传输渠道问题;同时需要建立对多渠道提供的各类数据信息综合分析系统，帮助指挥中心及时作出决策。

    5结束语

    随着水上科学执法、安全保障、创新研究的需求在不断的提高，本文基于无人机的精度定位、数据融合、深度学习为技术支撑，提出了海空一体化船舶污染监测体系研究关键技术。基于无人机的智能识别技术作为创新、绿色的新技术手段，不仅在监管效率和效果方面相较于人工巡查有显著提升，还可大幅降低执法人员工作负担、保障人身安全，并在改善提升监管方式的同时，对促进水上交通事业“提质增效、节能减排”发展具有重大意义，社会效益显著，具备较强的推广应用价值。

    参考文献：

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