船舶大氣污染物排放評(píng)估與預(yù)警技術(shù)

周丹　文捷　耿雄飛

摘 要：為對(duì)船舶污染物排放進(jìn)行在線監(jiān)控，以基于AIS數(shù)據(jù)的動(dòng)力法為基礎(chǔ)，利用AIS、BDS等船舶位置跟蹤技術(shù)，開展單船數(shù)據(jù)、多船數(shù)據(jù)和區(qū)域數(shù)據(jù)的船舶污染物排放定量計(jì)算，以及船舶排放的空間分布狀況計(jì)算。提出一套高效率、低成本、易操作的船舶排放控制區(qū)海事監(jiān)管技術(shù)體系。滿足對(duì)現(xiàn)代監(jiān)管設(shè)備、快速反應(yīng)設(shè)備、信息化建設(shè)設(shè)備以及船舶防污設(shè)備等的需求。

關(guān)鍵詞：大氣污染物評(píng)估；海事監(jiān)管；動(dòng)力法；AIS

中圖分類號(hào)：U698.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006—7973（2018）4-0053-04

近年來我國大氣環(huán)境面臨嚴(yán)峻考驗(yàn)，大氣污染物排放總量居高不下，因此對(duì)船舶尾氣監(jiān)測方法的研究對(duì)海事監(jiān)管部門具有重要意義。中遠(yuǎn)集運(yùn)采用信息化及船岸通訊技術(shù)研發(fā)了船岸一體化燃油消耗監(jiān)控平臺(tái)。船舶油耗遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控管理系統(tǒng)綜合應(yīng)用多項(xiàng)高新技術(shù)，可實(shí)時(shí)采集、運(yùn)算并顯示數(shù)據(jù)。文獻(xiàn)基于內(nèi)河船舶裝載的AIS終端進(jìn)行擴(kuò)展開發(fā)，利用傳感器、AIS/3G通信設(shè)備和軟件監(jiān)控平臺(tái)設(shè)計(jì)一套污染物排放在線監(jiān)控、報(bào)警系統(tǒng)。文獻(xiàn)對(duì)國際海事組織推廣的船舶能效設(shè)計(jì)指數(shù)和船舶能效營運(yùn)指數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，提出從船舶設(shè)計(jì)及營運(yùn)管理的角度降低船舶碳排放。

本文以基于AIS的動(dòng)力法為基礎(chǔ)，利用AIS數(shù)據(jù)對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、Demo開發(fā)等步驟，構(gòu)建一套完整的船舶大氣污染物排放定量計(jì)算系統(tǒng)。

1 基于AIS數(shù)據(jù)的動(dòng)力法船舶污染排放清單計(jì)算

本研究采用基于AIS數(shù)據(jù)的動(dòng)力法完成對(duì)中國海域的沿海和遠(yuǎn)洋船舶排放量計(jì)算。

基于功率計(jì)算船舶排放量的基本公式船舶主機(jī)、船舶輔機(jī)和鍋爐輸出功率的計(jì)算公式（1）。

其中：Ei為某種類型的污染物的排放量，單位為：g；Load 為船舶主機(jī)、船舶輔機(jī)或者鍋爐在某種船舶運(yùn)行狀態(tài)下的負(fù)荷功率。具體計(jì)算中，當(dāng)主機(jī)負(fù)荷小于20%時(shí)，需對(duì)主機(jī)負(fù)荷功率進(jìn)行調(diào)整，將最大持續(xù)功率乘以其低負(fù)荷調(diào)整系數(shù)（LF），輔機(jī)功率依照不同船舶狀態(tài)需進(jìn)行調(diào)整，具體調(diào)整措施為輔機(jī)功率乘以船舶輔機(jī)負(fù)荷比例系數(shù)；鍋爐的負(fù)荷則指其功率，kW；Act 為船舶航行的時(shí)間，單位為：h。EF為該種污染物的排放因子，單位為：g/kW·h；FCF為燃油修正系數(shù)，無量綱單位；CFi 為排放修正因子，無量綱單位。

公式（2）是船舶船舶主機(jī)低負(fù)荷調(diào)整系數(shù)公式。

其中：LF為船舶主機(jī)低負(fù)荷調(diào)整系數(shù)，無量綱單位。Speed Actual 為船舶航行的實(shí)際航速，單位：節(jié)；Speed Maximum 為船舶的最大設(shè)計(jì)航速，單位：節(jié)。參數(shù)的獲取參考文獻(xiàn)。

2 功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)如表1所示。

3 交互設(shè)計(jì)

交互設(shè)計(jì)包括區(qū)域?qū)崟r(shí)船舶污染排放量查看、區(qū)域污染物排放查看、船舶信息查看、單船污染物排放、目標(biāo)快速定位、地圖操作6個(gè)功能的交互設(shè)計(jì)如表2所示。

4 系統(tǒng)應(yīng)用

4.1 數(shù)據(jù)來源范圍與數(shù)據(jù)說明

數(shù)據(jù)來源地理范圍如圖1，東經(jīng)120度至東經(jīng)122度、北緯30度40分至北緯32度。時(shí)間為2017年8月15日7時(shí)59分38秒至2017年8月16日7時(shí)59分59秒。動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)包括：航行狀態(tài)、轉(zhuǎn)向率、速度、經(jīng)度、緯度、對(duì)地航向、船首向、預(yù)計(jì)到達(dá)時(shí)間、目的港、目的港id、吃水深度；靜態(tài)數(shù)據(jù)包括：MMSI 船名、建造年代、設(shè)計(jì)航速、船型、載重噸、主機(jī)轉(zhuǎn)速、主機(jī)功率、燃油類型。

4.2 系統(tǒng)計(jì)算過程

4.2.1 單船污染物排放量計(jì)算

（1）基本信息。MMSI：413823691；船名：未知；IMO：未知。

（2）時(shí)間范圍。2017年8月15日7時(shí)59分38秒至2017年8月15日24時(shí)59分59秒。

（3）排放量統(tǒng)計(jì)（單位：克）。目標(biāo)一在監(jiān)控時(shí)間范圍內(nèi)的污染物排放量統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表3和圖2所示。

4.2.2 區(qū)域污染物排放量計(jì)算

（1）區(qū)域范圍。經(jīng)度范圍：E121032′02″-E122003′43″；緯度范圍：N31036′06″-N31047′50″。

（2）時(shí)間范圍。2017年8月15日7時(shí)59分38秒至2017年8月15日24時(shí)59分59秒。

（3）污染物統(tǒng)計(jì)（單位：克）。區(qū)域一在監(jiān)控時(shí)間范圍內(nèi)的污染物排放量統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表4、5和圖3、4。

5 結(jié)語

（1）以船舶大氣排放源清單計(jì)算方法為基礎(chǔ)，提出高時(shí)間、高空間分辨率的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)船舶大氣污染物排放清單建立技術(shù)。

（2）研發(fā)了船舶大氣污染物排放定量計(jì)算系統(tǒng)及DEMO開發(fā)，可進(jìn)行單船數(shù)據(jù)、多船數(shù)據(jù)和區(qū)域數(shù)據(jù)的定量計(jì)算，并具備在電子海圖上模擬展示系統(tǒng)主要功能的能力。

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基金項(xiàng)目：國家科技支撐計(jì)劃（2015BAG20B00）