[发明专利]船舶排放污染气体差量吸收滤光成像遥感监测装置及方法

说明书

本发明公开了船舶排放污染气体差量吸收滤光成像遥感监测装置，包括经纬仪、安装在经纬仪上的成像遥感监测单元、信号处理单元、激光测距仪和摄像头；成像遥感监测单元包括成像镜头，透过成像镜头的光经分光镜分为反射光和透射光，反射光依次经过第一分子泡、第一滤光片后由第一成像探测器成像；透射光依次经过第二分子泡、第二滤光片后由第二成像探测器成像。还公开了船舶排放污染气体差量吸收滤光成像遥感监测方法，本发明具有监测准确度高、数据离散度小、抗干扰抑制能力强、环境适应能力强、监测灵敏度高和结果可视性好等优点。

技术领域

本发明涉及船舶污染气体排放监测领域，具体涉及船舶排放污染气体差量吸收滤光成像遥感监测装置,还涉及船舶排放污染气体差量吸收滤光成像遥感监测方法。

背景技术

随着交通运输技术与需求的发展，船舶污染气体排放对大气污染的比重日益增加，但是船舶分布广、流动性强，且所排放的污染气体无形影、变化快，为船舶烟气排放的实时、工况检测带来很大的难度，是监管制度建设的技术瓶颈。

由于对船舶污染气体排放的检测难度较大，MARPOL公约便要求采用油品检测的方式，即通过检测燃油中污染物含量，如：规定燃油含硫量不得超过4.5％m/m。这样的规定实属不得已，也存在不合理性，因为船舶燃油即便是含硫量较高，如果船舶采取了脱硫技术措施，只要做到了低硫污染气体排放，减少了对大气的污染，也应该是允许的才对。采取这一规定也不能控制氮氧化物的排放，因为氮氧化物的产生一方面来自于燃油中的氮元素含量，另一方面空气中78％的氮气进入燃烧室，在高温高压条件下，也产氮氧化物，还是需要通过检测船舶污染气体排放中的氮氧化物才能更合理的控制氮氧化物的排放，于是MARPOL公约还规定如：发动机额定转速n<130rpm时，第Ⅰ级要求氮氧化物排放限值17.0<g/kwh，等等。通过烟囱取样进行化学、光谱或称量等方法检测，虽然精度高、超标认定准确，但是船舶从烟囱取样检测难度很大，行驶工况下检测人员难以上下船检测，也比较耗时、费力、效率低下，且绝大多数无辜的非超标船舶也被迫检测，消耗了大量无谓的人力物力。

文献1(Plume Segmentation from UV Camera Images for SO₂Emission RateQuantification on Cloud Days，remote sensing，2017，9，517)采用一种烟囱SO₂排放紫外光谱成像遥感检测的方法，这种方法对天空背景条件要求比较苛刻，需要在天空中有均匀云分布条件下使用，若天空背景光不均匀则难以准确测量。

文献2(车载二氧化硫差分吸收激光雷达系统，光子学报，2017，第46卷第7期)采用一种激光差分吸收技术探测大气中的SO₂。但由于船舶排放烟羽空间分布具有不确定性，而且烟羽形状也变化多端、极不均匀，有时激光束穿过船舶排放的烟羽，有时激光束甚至没有准确的穿过烟羽，这样监测的结果便是：如果激光束穿过烟羽较浓的部位，则监测到尾气排放量很大；如果激光束穿过烟羽较稀薄的部位，则监测到尾气排放量很小；如果激光束没有准确穿过烟羽，则监测不到尾气排放。如此一来，即便是对同一船舶、相同的行驶条件和环境条件下，监测结果也有很大差异，造成监测数据的离散度非常大，难以对行驶中的船舶根据一次性监测结果得出准确的尾气污染排放量值。

文献3(An Infrared Hyperspectral Sensor for Remote Sensing of Gases inthe Atmosphere，Proc.of SPIE Vol.7827 78270J，2010)采用傅里叶变换光谱技术，实现了对船舶排放的SO₂成像探测，探测结果直观可见，但核心组件傅里叶变换光谱仪加工精度要求极高、造价昂贵，且对环境温度变化和震动极敏感，工作时还需要深度制冷，应用推广的难度很大。