基于物聯(lián)網(wǎng)的船舶生活垃圾閉環(huán)監(jiān)管系統(tǒng)研究

吳富民 陳江平 李培正 陳岱岱 徐斌 連雪海

摘? ?要：隨著國內(nèi)外海運(yùn)和海洋經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，船舶生活垃圾劇增。為了減少船舶生活垃圾偷排、濫排對海洋環(huán)境造成的污染和破壞，文章提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的船舶生活垃圾閉關(guān)監(jiān)管系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了基于具備數(shù)字標(biāo)簽的船載物聯(lián)網(wǎng)垃圾桶、岸基物聯(lián)網(wǎng)垃圾回收站和監(jiān)管平臺的“一桶、一站、一平臺”的閉環(huán)監(jiān)管系統(tǒng)架構(gòu)，能對船舶垃圾的產(chǎn)生和回收進(jìn)行全過程監(jiān)管，提高監(jiān)管質(zhì)量和效率。

關(guān)鍵詞：船舶污染物;生活垃圾;物聯(lián)網(wǎng)垃圾桶;監(jiān)管系統(tǒng)

1? ? 海洋、河流生態(tài)問題簡要介紹

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，內(nèi)河運(yùn)輸和海洋漁業(yè)船生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，同時，也帶來了船舶生活垃圾處理的問題。船舶生活垃圾大多難以降解，不僅會對海洋環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，還將對海洋生物構(gòu)成嚴(yán)重的威脅。在“綠水青山就是金山銀山”的理念指引下，有效處理船舶生活垃圾，保護(hù)海洋、河流生態(tài)刻不容緩。

對船舶生活垃圾的有效監(jiān)管，定量地獲取船舶生活垃圾產(chǎn)生量、排放量，是當(dāng)前政府和海事機(jī)構(gòu)研究的熱點(diǎn)[1]。在內(nèi)河船舶方面，嘉興在市內(nèi)所有港口碼頭配置了垃圾接收桶、標(biāo)示牌。在船舶裝卸貨物時，由船員將船上垃圾送至碼頭指定垃圾接收桶，碼頭企業(yè)免費(fèi)統(tǒng)一進(jìn)行回收，并登記蓋章，以備海事監(jiān)管[2]。蘇州海事于2017年推出了船舶污染物管理平臺，對轄區(qū)237家碼頭設(shè)置的船舶污染物接收點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)一編號管理，分配了專門的二維碼。船員在送交船舶生活垃圾、油廢水等船舶污染物的時候，可用手機(jī)掃描二維碼，按要求填報(bào)相關(guān)材料能自助獲取電子版《船舶污染物接收證明》[3]。但這種二維碼岸上數(shù)據(jù)獲取的方法存在明顯漏洞，通過遠(yuǎn)程手機(jī)掃二維碼照片依然可以獲取接收證明，且沒有從船舶垃圾的源頭進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，形成的開放式監(jiān)管容易滋生虛報(bào)等行為。在漁船方面，全國各地漁船出海垃圾處理的方式是船上收集、靠港后由船員自行投放到城鄉(xiāng)環(huán)保部門在港口碼頭設(shè)置的垃圾箱內(nèi)。按相關(guān)規(guī)定要求，船上垃圾接收時，應(yīng)有專職人員予以核實(shí)數(shù)量、重量后，記錄在《航行記錄簿》或《垃圾記錄簿》中。但各地實(shí)際執(zhí)行與要求相距甚遠(yuǎn)，無人管理或弄虛作假的現(xiàn)象普遍存在，難以實(shí)現(xiàn)有效監(jiān)管。

我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展已由高速增長轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展的新階段，利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等更加有效的信息技術(shù)手段，能夠有效、便捷地實(shí)現(xiàn)船舶生活垃圾的定量監(jiān)測和閉環(huán)追蹤。深入推進(jìn)“藍(lán)色大海”“綠色港航”國家戰(zhàn)略踐行，實(shí)現(xiàn)生態(tài)和諧持續(xù)發(fā)展。本文采用傳感、通信、網(wǎng)絡(luò)和大數(shù)據(jù)技術(shù)，設(shè)計(jì)了基于“一桶（船載物聯(lián)網(wǎng)垃圾桶）、一站（物聯(lián)網(wǎng)垃圾回收站）、一平臺（監(jiān)管平臺）”架構(gòu)的船舶生活垃圾全過程、信息化的閉環(huán)監(jiān)管系統(tǒng)，該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)船舶生活垃圾接收的自動監(jiān)管，能很好地解決轄區(qū)內(nèi)外環(huán)保檢查手段不一致帶來的兼容性問題，具有船舶生活垃圾產(chǎn)生過程和接收結(jié)果數(shù)據(jù)比對和分析功能，并能追蹤污染物去向，為監(jiān)管部門提供強(qiáng)有力的執(zhí)法依據(jù)。

2? ? 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的基于物聯(lián)網(wǎng)的船舶生活垃圾閉環(huán)監(jiān)管系統(tǒng)如圖1所示，采用“一桶、一站、一平臺”構(gòu)架。其中，船載物聯(lián)網(wǎng)垃圾桶與船舶進(jìn)行身份綁定，使用貼有射頻標(biāo)簽的垃圾袋，可實(shí)時監(jiān)測船舶污染物產(chǎn)生的過程數(shù)據(jù)，通過4G公網(wǎng)將數(shù)據(jù)上傳至后臺。港口碼頭接收站接收船舶污染物，通過掃碼或者手動選擇船舶自動識別系統(tǒng)（Automatic Identification System，AIS）數(shù)據(jù)等方式與船舶身份綁定，并通過射頻標(biāo)簽讀取器讀取垃圾袋編號，自動打印紙質(zhì)憑證和推送電子憑證，并將接收數(shù)據(jù)通過4G公網(wǎng)上傳到后臺，后臺自動匹配同一射頻標(biāo)簽下的重量數(shù)據(jù)，斷定船舶身份，自動分析船舶在一段時間內(nèi)的污染物產(chǎn)生和接收量，從而實(shí)現(xiàn)船舶污染物的閉環(huán)監(jiān)測功能。

3? ? 物聯(lián)網(wǎng)底座設(shè)計(jì)

“一桶一站”中的船載物聯(lián)網(wǎng)垃圾桶、物聯(lián)網(wǎng)垃圾回收桶采用相同的物聯(lián)網(wǎng)底座設(shè)計(jì)。物聯(lián)網(wǎng)底座控制板包含供電模塊、稱重模塊、4G通信模塊、射頻標(biāo)簽讀取模塊、電池組和太陽能電池板，如圖2所示。具有船電DC24V或電池組兩種供電方式。為達(dá)到低功耗目的，各模塊供電支路設(shè)計(jì)為可控的，采用開蓋觸發(fā)，當(dāng)垃圾桶蓋打開又閉合時，將觸發(fā)一次稱重功能。同時，換袋動作決定是否打開射頻標(biāo)簽讀取功能，讀取完畢后通過4G模塊將底座編號、射頻標(biāo)簽編號、垃圾重量信息、時間及位置信息一起發(fā)往監(jiān)管平臺。

4? ? 監(jiān)管平臺

監(jiān)管平臺收到物聯(lián)網(wǎng)垃圾桶和物聯(lián)網(wǎng)垃圾回收站的信息后，依據(jù)垃圾袋射頻標(biāo)簽編號進(jìn)行消息匹配，確定生活垃圾來源船舶的身份。同時，記錄物聯(lián)網(wǎng)垃圾回收站位置信息，對比同一射頻標(biāo)簽下船載物聯(lián)網(wǎng)垃圾桶上發(fā)的重量數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)垃圾回收站收到的重量數(shù)據(jù)。若收到的重量數(shù)據(jù)小于上發(fā)重量，并達(dá)到預(yù)設(shè)值時，即認(rèn)為有偷排嫌疑，管理平臺自動標(biāo)記，排除禁漁期。監(jiān)管平臺若在兩個月內(nèi)仍然檢測不到船舶投放垃圾的數(shù)據(jù)，即標(biāo)記該船舶存在偷拍嫌疑，監(jiān)管部門可依據(jù)監(jiān)管平臺標(biāo)記信息約談對應(yīng)船舶船東，進(jìn)行進(jìn)一步排查和思想教育。

5? ? 實(shí)際測試

所設(shè)計(jì)的50 L船載物聯(lián)網(wǎng)垃圾桶與240 L港口碼頭物聯(lián)網(wǎng)回收桶的樣機(jī)實(shí)物如圖3—4所示。在底部均嵌入了所設(shè)計(jì)的物聯(lián)網(wǎng)底座。測試時，射頻標(biāo)簽黏貼于垃圾袋底部中央，船載桶開蓋更換垃圾袋投放1 kg砝碼再關(guān)蓋后，監(jiān)管平臺船載桶管理/污染物信息列表下，即接收到一幀帶有船載桶底座編號、射頻標(biāo)簽編號、重量信息、時間及位置信息的數(shù)據(jù)，反復(fù)投遞10次，測得的重量在50 g±1 kg范圍內(nèi)，如表1所示。將該垃圾袋投遞到港口/碼頭回收桶后，監(jiān)管平臺岸桶管理/投放信息列表下即接收到一幀帶有岸桶底座編號、射頻標(biāo)簽編號、重量信息、時間及位置信息的數(shù)據(jù)，并自動根據(jù)射頻標(biāo)簽編號匹配預(yù)留在監(jiān)管平臺里的船舶AIS 9位碼信息，綁定船舶排放信息，經(jīng)過反復(fù)10次測試，測得的重量在1 kg±80 g范圍內(nèi)。

為減少誤報(bào)警，并考慮部分液態(tài)垃圾蒸發(fā)特性，偷排判定重量預(yù)設(shè)值可適當(dāng)上調(diào)。

6? ? 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的船舶生活垃圾閉環(huán)監(jiān)管系統(tǒng)，采用“一船、一站、一平臺”的船舶生活垃圾閉環(huán)監(jiān)管架構(gòu)，系統(tǒng)能夠有效解決船舶生活垃圾船上產(chǎn)生和岸上搜集過程的閉環(huán)監(jiān)管問題。

[參考文獻(xiàn)]

[1]謝瓊.內(nèi)河船舶污染物岸上接收模式分析[J].科技信息，2011（19）：360.

[2]李朝敏.“五水共治”背景下嘉興綠色內(nèi)河航運(yùn)物流發(fā)展研究[J].嘉興學(xué)院學(xué)報(bào)，2015（3）：43-47.

[3]湯連幫，楊曉陽，齊敏.江蘇省內(nèi)河港口船舶污染物接收轉(zhuǎn)運(yùn)處置的問題及建議[J].水運(yùn)管理，2018（9）：20-22.

Research on closed-loop supervision system of

ship municipal solid waste based on Internet of Things

Wu Fumin， Chen Jiangping， Li Peizheng， Chen Daidai， Xu Bin， Lian Xuehai

（CETC Maritime Electronics Research Institute Co.， Ltd.， Ningbo 315040， China）

Abstract：With the rapid development of shipping and marine economy， ships domestic garbage has increased dramatically. In order to reduce the pollution to the oceans and rivers caused by the smuggling and discharge of domestic garbage， we present an Internet of Things （IoT） based closed-loop ship domestic garbage supervision system. The system architecture is establishedbased on shipborne IoT trash can， shore IoT garbage collection station and supervision platform. Test proves that quality and efficiency of supervision can be conducted by employing this system.

Key words：ship pollutant; domestic waste; Internet of Things trash can; supervision system