無人機(jī)在船舶污染防治監(jiān)管中的關(guān)鍵技術(shù)研究

黃健

摘 要：近年來，隨著水上交通快速發(fā)展，對(duì)于船舶污染防治監(jiān)管工作，逐漸受到水域巡查及動(dòng)態(tài)監(jiān)管發(fā)現(xiàn)難、取證難等因素的嚴(yán)峻考驗(yàn)。無人機(jī)具有靈活性高、覆蓋面廣、拓展性強(qiáng)等特點(diǎn)，可提升船舶污染防治監(jiān)管信息化智能化能力。本文從無人機(jī)在船舶污染防治監(jiān)管的應(yīng)用需求出發(fā)，提出無人機(jī)在船舶污染防治監(jiān)管中需解決的途徑和關(guān)鍵問題。

關(guān)鍵詞：無人機(jī);船舶污染;防治監(jiān)管

中圖分類號(hào)：U698? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2019）07-0033-02

1背景

按照長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶“不搞大開發(fā)，共抓大保護(hù)”要求，水污染防治逐步加碼，水環(huán)境提升已經(jīng)作為一項(xiàng)重要政治任務(wù)來抓，而船舶污染防治作為水污染防治中不可或缺的一部分，其重要性日益突出，因此，對(duì)于通航水域船舶污染防治工作就顯得更加迫切需要。目前，水上船舶污染防治主要作業(yè)方式有以下兩種：一是采用固定的視頻監(jiān)控設(shè)備、錄像器材對(duì)水上航行船只進(jìn)行拍攝取證;二是采用水上執(zhí)法船艇開展船舶污染防治監(jiān)管工作，依靠人工登船檢查的方式來進(jìn)行調(diào)查取證，存在發(fā)現(xiàn)難、取證難等問題，亟待探索便捷高效的快速污染監(jiān)測(cè)裝備用于水上船舶污染防治執(zhí)法工作。因此，開展有針對(duì)性的研究和應(yīng)用適合于船舶污染防治監(jiān)管作業(yè)的一整套智能化技術(shù)手段是有必要的。

2017-2018年，以南京地方海事為代表的部分地區(qū)已經(jīng)在基于無人機(jī)的智能化水上作業(yè)領(lǐng)域做出有益嘗試并獲得初步成效，在此基礎(chǔ)上，本文擬研究智能化巡查、智能化監(jiān)測(cè)和智能化管理技術(shù)手段，從全過程更深入地提高智能化程度，進(jìn)一步減少人力投入和人工干預(yù)，提高作業(yè)效率、效果，促進(jìn)生態(tài)經(jīng)濟(jì)和諧發(fā)展。

2現(xiàn)狀問題分析

目前要從無人機(jī)巡航采集的數(shù)據(jù)分析識(shí)別是否污染，則需要將航拍圖像帶回地面進(jìn)一步分析處理才能得出結(jié)果，導(dǎo)致數(shù)據(jù)的反饋時(shí)效性較低，在針對(duì)不同類別的污染源監(jiān)測(cè)需求，無人機(jī)普通巡航采集的數(shù)據(jù)無法滿足相關(guān)要求，其次無人機(jī)用于船舶污染監(jiān)測(cè)沒有成套化的設(shè)備、操作規(guī)程和安全技術(shù)指南，導(dǎo)致在進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，對(duì)人員和設(shè)備產(chǎn)生了不確定的安全因素。

2.1缺乏針對(duì)船舶污染防治的成套化監(jiān)測(cè)設(shè)備

目前海事部門巡查所采用的無人機(jī)設(shè)備，由于兼容性問題，無法搭載相關(guān)污染監(jiān)測(cè)設(shè)備，尚不能真正作為船舶污染監(jiān)測(cè)的專業(yè)化設(shè)備。

2.2缺乏多維度的船舶污染防治數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)體系

無人機(jī)和岸基監(jiān)測(cè)設(shè)備所監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)信息，目前通過各自的傳輸通道回傳，相互獨(dú)立，無法融合應(yīng)用，甚至部分存在數(shù)據(jù)信息的相互干擾，妨礙執(zhí)法人員分析判斷。

2.3缺乏大氣污染基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)庫

監(jiān)測(cè)回傳的大量數(shù)據(jù)信息，目前基本通過電子表格進(jìn)行存儲(chǔ)管理，數(shù)據(jù)較為分散，二次應(yīng)用難度大，難以為后續(xù)的決策指揮、長(zhǎng)效管理發(fā)揮價(jià)值。

3研究目的及意義

（1）研發(fā)基于無人機(jī)的船舶污染監(jiān)測(cè)成套技術(shù)，提高執(zhí)法監(jiān)管能力。結(jié)合無人機(jī)高機(jī)動(dòng)性、強(qiáng)拓展性和超便捷性特點(diǎn)，對(duì)水上船舶進(jìn)行全過程動(dòng)態(tài)跟蹤、執(zhí)法取證，可以有效提升效率效果，降低人力財(cái)力投入，對(duì)水上污染防治工作高效低耗可持續(xù)發(fā)展，具有良好的意義。

（2）結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備和技術(shù)，研究船舶污染防治數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)體系，更好促進(jìn)綜合運(yùn)用。內(nèi)河航道現(xiàn)有船舶污染監(jiān)測(cè)設(shè)備主要是以點(diǎn)狀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，如沿線氣體監(jiān)測(cè)儀、岸基污染監(jiān)測(cè)器等設(shè)備，在實(shí)際使用中由于數(shù)據(jù)分析延時(shí)性，很難對(duì)行駛中的船舶進(jìn)行精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)，運(yùn)用無人機(jī)搭載污染監(jiān)測(cè)器，實(shí)現(xiàn)從點(diǎn)到線、由線成面的多數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)。

（3）研究船舶大氣污染基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)庫建設(shè)需求，提升船舶污染防治巡查執(zhí)法工作信息智能化管理能力。通過信息數(shù)字化對(duì)污染數(shù)據(jù)進(jìn)行長(zhǎng)期累積，結(jié)合地理信息系統(tǒng)和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，將無形的大氣污染形成可視化動(dòng)態(tài)問題分布，并運(yùn)用智能分析技術(shù)形成多維度的可查詢、可分析、可追溯的船舶污染防治數(shù)據(jù)中心。

4核心裝備技術(shù)和擬解決的關(guān)鍵問題

4.1核心裝備技術(shù)

（1）船舶污染防治執(zhí)法無人機(jī)。無人機(jī)飛行平臺(tái)從形態(tài)上分類主要有多旋翼無人機(jī)、固定翼無人機(jī)、無人直升機(jī)以及復(fù)合翼無人機(jī)，考慮到無人機(jī)在進(jìn)行船舶污染氣體監(jiān)測(cè)時(shí)，需要在船舶尾氣排放位置能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)懸停、同步移動(dòng)的特點(diǎn)，需要無人機(jī)具有機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、便攜性優(yōu)、拓展性廣等特性，研究建議采用多旋翼無人機(jī)進(jìn)行巡查執(zhí)法取證的飛行平臺(tái)。

圖1 船舶污染防治執(zhí)法無人機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成

（2）船舶污染監(jiān)測(cè)儀。船舶污染監(jiān)測(cè)儀目前社會(huì)上已有研究成果和成套設(shè)備，其主要是利用氣體傳感器監(jiān)測(cè)環(huán)境中存在的氣體成分和含量。通過無人機(jī)搭載污染監(jiān)測(cè)儀，監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)通過數(shù)傳或傳輸單元傳送至地面平臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程分析，可實(shí)現(xiàn)內(nèi)河航道沿線環(huán)境帶狀分析、單個(gè)船舶污染監(jiān)測(cè)點(diǎn)狀分析，后臺(tái)通過環(huán)境監(jiān)測(cè)體系，建立污染監(jiān)測(cè)的動(dòng)態(tài)跟蹤。

（3）大氣污染基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)庫建立。建立大氣污染源排放清單數(shù)據(jù)庫是船舶污染防治執(zhí)法中一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)性工作。通過對(duì)各類污染源信息進(jìn)行模式化加工處理、存儲(chǔ)，將大氣污染源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成用于船舶污染防治執(zhí)法中的清單數(shù)據(jù)。通過建立完善的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，在后期大量無人機(jī)信息采集的積累下，利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)結(jié)合GIS形成可視化大氣污染分布預(yù)警，為船舶污染防治執(zhí)法提供豐富的決策依據(jù)。

（4）?？找惑w化船舶污染監(jiān)測(cè)體系。構(gòu)建?？找惑w化船舶污染監(jiān)測(cè)體系，能夠使無人機(jī)與現(xiàn)有海事監(jiān)測(cè)設(shè)備有效配合，充分發(fā)揮各自作用，提高綜合使用效率，提升船舶污染防治監(jiān)管成效。利用AIS、CCTV以及其他各類污染監(jiān)測(cè)設(shè)備，海事監(jiān)管中心可以合理地分析各種信息資料并做出正確指令，以實(shí)現(xiàn)船舶污染監(jiān)管精準(zhǔn)、機(jī)動(dòng)、實(shí)時(shí)的目標(biāo)。

4.2? 擬解決的關(guān)鍵問題

（1）無人機(jī)與污染監(jiān)測(cè)設(shè)備的匹配。根據(jù)無人機(jī)的性能和作業(yè)方式，集成無人機(jī)飛行平臺(tái)、攝像、污染監(jiān)測(cè)器、數(shù)據(jù)鏈路和地面子系統(tǒng)，運(yùn)用新技術(shù)方式解決污染監(jiān)測(cè)設(shè)備和無人機(jī)平臺(tái)匹配運(yùn)用問題，形成綜合信息分析共享模式，有利于實(shí)現(xiàn)高效率、高精度、高實(shí)時(shí)性的要求。

（2）大氣污染源數(shù)據(jù)與地理信息系統(tǒng)融合的問題。污染監(jiān)測(cè)設(shè)備采集的氣體樣本源數(shù)據(jù)以數(shù)值的方式呈現(xiàn)，在實(shí)際運(yùn)用過程中，解決將大氣污染源數(shù)據(jù)與GIS技術(shù)相結(jié)合的問題，形成多維度、可視化、可量化的全方位數(shù)據(jù)呈現(xiàn)，為水上執(zhí)法提供高效便捷的數(shù)據(jù)分析手段。

（3）無人機(jī)及搭載設(shè)備與監(jiān)管中心的數(shù)據(jù)信息交互通道建立的問題。目前無人機(jī)及所搭載的監(jiān)測(cè)設(shè)備采集數(shù)據(jù)信息，由于受接收裝置、監(jiān)管中心內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)等因素限制，無法直接回傳至監(jiān)管中心進(jìn)行處理分析，需要解決數(shù)據(jù)傳輸渠道問題;同時(shí)需要建立對(duì)多渠道提供的各類數(shù)據(jù)信息綜合分析系統(tǒng)，幫助指揮中心及時(shí)作出決策。

5結(jié)束語

隨著水上科學(xué)執(zhí)法、安全保障、創(chuàng)新研究的需求在不斷的提高，本文基于無人機(jī)的精度定位、數(shù)據(jù)融合、深度學(xué)習(xí)為技術(shù)支撐，提出了?？找惑w化船舶污染監(jiān)測(cè)體系研究關(guān)鍵技術(shù)?；跓o人機(jī)的智能識(shí)別技術(shù)作為創(chuàng)新、綠色的新技術(shù)手段，不僅在監(jiān)管效率和效果方面相較于人工巡查有顯著提升，還可大幅降低執(zhí)法人員工作負(fù)擔(dān)、保障人身安全，并在改善提升監(jiān)管方式的同時(shí)，對(duì)促進(jìn)水上交通事業(yè)“提質(zhì)增效、節(jié)能減排”發(fā)展具有重大意義，社會(huì)效益顯著，具備較強(qiáng)的推廣應(yīng)用價(jià)值。

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