基于长江北斗的智慧船舶防污染体系构建

裴卯

摘要：当前北斗系统已完成全球组网，长江北斗地基增强系统作为中国北斗的重要组成部分，在长江上将发挥重要作用。本文从基于长江北斗的信息化体系分析入手，对长江船舶智慧防污染体系构建进行了分析，提出了构建方案。通过智能化、可扩展的综合解决方案，初步论述了北斗系统在长江船舶防污染管理上的应用，希望以此为长江水域环境保护提供有益的建议和帮助。

关键词：北斗系统；智慧；船舶防污染；长江

引言

北斗系统完成全球组网，是中国着眼于国家安全和经济社会发展需要，自主建设、独立运行的卫星导航系统，可以为用户提供高质量的定位、导航、授时以及短消息服务。《中国北斗导航系统》白皮书指出，“鼓励 “长江经济带”以及智慧城市发展等国家区域发展战略需求，开展北斗区域示范，推进北斗系统市场化、规模化应用，促进北斗产业和区域经济社会发展。”[1]

1、研究背景

随着长江经济带建设的逐步开展，长江航运将迎来新一轮的发展高潮。现有信息化系统现状无法满足航道测量、航标定位等业务需求，航运管理精细化程度受到制约。北斗地基增强系统是北斗卫星导航系统应用的重要组成部分，能够向用户提供厘米级至米级精密导航定位和终端辅助增强服务，加大北斗导航系统在内河航运及更大范围的应用推广，提升对内河船舶、引航、港口等机构的服务质量，为长江航运转型升级发展提供技术支撑。

2、现状分析

2.1长江船舶污染

长江船舶污染主要是指船舶在长江航行、停泊港口、装卸货物的过程中对周围水环境和大气环境产生的污染，主要包括含油污水、生活污水、船舶垃圾这3类。

2.2长江海事信息化现状

长江海事局信息化建设起步于2000年，通过十一到十三五期的建设，紧密结合海事业务发展及安全管理需求，以网络建设为基础， VTS、 CCTV、北斗等监管系统、业务应用系统建设为重点，以队伍建设和制度建设为保障，信息化建设取得了成就，结合十四五规划，长江海事信息化顶层设总体框架基本成型。针对具体问题的具体应用还需我们进一步研究探讨。

3、问题分析

长江航运是沿岸经济发展的动力和支撑，沿线船舶多、船舶类型复杂、船舶流量大，船舶排放重要的污染源之一，也因诸多因素导致以下四点问题的产生：

3.1现有系统功能不足

3.2防污染监测技术手段匮乏

3.3港口船舶污染物接收系统不完善

3.4 内河船员环保意识不够

4、基于长江北斗的智慧船舶防污染体系构建

为解决存在的问题，利用长江海事现有信息化体系，将北斗系统有机融入海事信息化系统，以北斗通道作为各类感知源的承载及支撑，发挥信息化系统在船舶防污染中的作用，构建智慧船舶防污染体系构建。

4.1北斗系统对体系支撑

北斗地基增强系统作为“基础性”工程，能够修正以北斗卫星定位为基准数据信息，可以为以位置定位为基础的系统提供改正信息。因此，若采用一定手段将定位精度提高，将大大提升以定位为基础的各项业务的支撑能力，从而助于长江航运的发展。利用远程在线监控等科技手段，实现对船舶油污水、生活污水、尾气排放的实时监控。构建从国家到省、市层面的船舶污染监控平台，“采用先进设备、先进技术把船上现有监测设备整合起来，不仅摸清长江水域船舶污染排放底数，同时也能实时掌握排放情况。”

4.2智慧船舶防污染体系感知构成

根据基于北斗传感器的船舶防污染构建策略，提出基于北斗的智慧船舶防污染体系感知构成为：

●航行船舶污染北斗感知智能终端

●岸基北斗智慧污染监测塔

●北斗探测污染物浮筒

●探测污染物北斗水上机器人

●北斗探测污染物无人机

4.2.1航行船舶污染北斗感知智能终端

北斗智能终端可作为船舶的大脑接入船舶相关数据，需扩充驾驶台数据的接口，音视频采集的接口和短报文数据传输的接口，终端显示屏更多用于操船航道显示，形成完整的数据应用终端，进行数据的传输处理，为后续机舱设备维护保养、污染物体排放监测和物流等进行了平台搭建。

船机参数是研究船舶能效影响因素的重要基础，同时也是实现船舶能效管理和分析的重要基础，而目前数据来源大部分靠人工记录和定期报告，而智能监测终端可以为内河船舶提供可靠有效的运营能效监测手段。

本论文模拟进行了实验，模拟借鉴设备设备提供了NMEA0183_1通道发出数据，数据输出语句包括：RMC、VTG、GGA、GLL，将NMEA接口处的TX1-/TX1+接入RS422转USB转接器端的RX-/RX+，此时设备有报文发出，打开串口可以看到串口调试助手有数据接收，经检查输出和输入数据相同，如图1所示。串口接收数据如图2所示。

 

图1 终端数据接收测试                           图2 PC串口接收测试

4.2.2岸基北斗智慧污染监测塔

基于北斗高精度定位和无线传输技术监测塔，可以利用现有VTS雷达站和AIS站及执法大队趸船上桅杆为监测塔载体，加装基于北斗的污染物探测设备，对周边水域进行污染物监测。并将数据传送至基于北斗的物联网船舶防污染平台系统。          

4.2.3北斗探测污染物浮筒

在监测塔、航标覆盖不到的位置，增加浮筒。利用搭载北斗定位设备和探测设备的浮筒等设施，可以实现在江河湖泊水面溢油和含油排污重点区域对水上环境的实时监测。并将数据传送至基于北斗的智慧船舶防污染平台系统。

4.2.4探测污染物北斗水上机器人

基于北斗运行的水上机器人在巡航中发现识别溢油、处理溢油的应用：

●人工目视（现场、屏幕远程）；

●搭载监测水中油及危化品等测油的仪器；

●多个水上机器人拉挂围油栏，远程操控进行围收。

根据海面油膜的光谱特性，海面油膜和正常海面的光谱特征参数差异，可以进行水面油膜检测。

4.2.5北斗探测污染物无人机

基于北斗的无人机拥有速度快、视角广、不易被发现的优点，能够隐蔽的追踪高航速的目标船舶，通过机载录像设备，可以及时进行溢油监测以及船舶硫化物监测，使监管人员记录相关船舶的污染过程，为依法监管提供了证据。

5、结束语

本文从基于长江海事信息化入手，从北斗地基增强系统融入长江海事信息化体系可行性分析，对智慧船舶防污染体系构建进行了分析，提出了技术构建体系建议及一些切实可行的解决办法，构建了基于北斗的智慧船舶防污染体系，相比传统的海事监管体系，基于北斗的智慧船舶防污染体系有效地应用了信息化、物联网与大数据分析技术，可以提高海事大数据处理能力、防污染监管能力。

参考文献

[1]杨元喜. 北斗卫星导航系统的进展、贡献与挑战[J]. 测绘学报, 2010(01):5-10.

[2]陈飞. 刍议船舶对长江水域造成的污染及其防治策略[J]. 珠江水运, 2016, 000(001):92-93.

[3]吉仁, 王玉平. 长江船舶污染现状及防治对策[J]. 中国水运, 2011(12):56-57.

[4]江璐,潘沪湘,袁海霞. 我国海洋船舶污染现状及防治措施[J]. 化工管理,2013,02:46-47.

[5]李伟鹏. 我国防治船舶污染海洋环境法律问题研究[D].东北林业大学,2012.

[6]蒋萍,姜丽丽,于晓丹,张洪涛. 我国船舶污染海洋环境防治立法现状及对策[A].山东省科协重点学术研讨活动成果——山东生态省建设与发展论文汇编[C].2004:4.

[7]李红梅. 物联网在船舶安全监测系统中的应用研究[J]. 舰船科学技术,2019(04):175-177.

[8]郑宇平. 基于物联网和嵌入式技术的船舶远程监控系统开发[J]. 舰船科学技术,2020(04):191-193.

裴卯（1991.11），男 汉族 安徽芜湖人，本科，从事通信信息化应用研究工作

毕业院校：安庆师范学院