長江船舶污染物智能化監(jiān)管體系研究

施展 張煒

摘 要：分析了當(dāng)前長江干線船舶污染物排放的現(xiàn)狀及存在的問題，提出船舶污染物智能化監(jiān)管及防治體系框架，對尾氣遙測管理、水污染物監(jiān)管以及污染物綜合研判等三方面的框架和業(yè)務(wù)流程進(jìn)行了詳細(xì)分析，對體系建設(shè)產(chǎn)生的社會效益進(jìn)行了分析。最后，對后續(xù)綜合監(jiān)管發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：船舶污染物;智能化監(jiān)管;綜合研判

中圖分類號：U66? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2022）02-0017-04

共抓大保護(hù)，不搞大開發(fā)，推動長江經(jīng)濟帶發(fā)展是以習(xí)近平同志為核心的黨中央作出的重大決策，是關(guān)系國家發(fā)展全局的重大戰(zhàn)略。長江大保護(hù)政策要求各地深入推進(jìn)船舶與港口污染防治工作，以減少污染物排放和強化污染物處置為重點，努力實現(xiàn)水運綠色、循環(huán)、低碳、可持續(xù)發(fā)展，將長江打造成環(huán)境優(yōu)美、生態(tài)良好的綠色長廊。

1船舶污染物監(jiān)管現(xiàn)狀

隨著我國港口貨運量不斷攀升，船舶在航行過程以及在港口的排放量不斷增加。長三角、珠三角、環(huán)渤海和長江等沿海沿江通航里程較長的區(qū)域以及港口規(guī)模較大地區(qū)，船舶的水污染物排放以及船舶尾氣排放是造成污染的最主要的兩個排放來源。

1.1船舶水污染物治理情況

近年來，大規(guī)模的航運活動導(dǎo)致進(jìn)出港船舶數(shù)量不斷增加，船舶在航行、停泊、裝卸過程中會產(chǎn)生含油污水、生活污水、垃圾、船舶洗艙水等污染物，不可避免地對周圍環(huán)境產(chǎn)生污染，船舶逐漸成為交通運輸行業(yè)的重點流動污染源。

海事管理部門近年來也不斷加強管控力度和手段，長江海事局發(fā)布《關(guān)于嚴(yán)控長江干線船舶污染物排放的通告》，對防污違法行為依法實施“五個一律”的嚴(yán)格監(jiān)管措施，建立過閘船舶環(huán)保達(dá)標(biāo)正面清單。

以江蘇海事局為例，近年來以推進(jìn)高質(zhì)量貨主（碼頭）選船機制和船舶污染物“一零兩全四免費”治理模式兩項工作作為雙核心，不斷提高轄區(qū)危險品船舶的準(zhǔn)入門檻和轄區(qū)船舶污染物接收能力，取得了較好的成效。

1.2船舶尾氣治理情況

船舶尾氣中包含氮氧化物和顆粒物，前者是導(dǎo)致PM2.5的重要前體物，后者是PM2.5的直接來源。

2019年10月，交通運輸部海事局印發(fā)《中華人民共和國關(guān)于發(fā)布〈2020年全球船用燃油限硫令實施方案〉的通告》明確自2020年1月1日起，國際航行船舶進(jìn)入中華人民共和國管轄水域應(yīng)使用硫含量不超過0.5%m/m的燃油，進(jìn)入我國內(nèi)河船舶大氣排放控制區(qū)的，應(yīng)當(dāng)使用硫含量不超過0.1%m/m的燃油。

近年來，江蘇海事局基于“船E行”電子江圖，為船舶提供污染物接收站點信息查詢，以及污染物排放需求信息發(fā)布、預(yù)約、移交、轉(zhuǎn)運服務(wù)。為港口提供船舶污染物排放信息獲取服務(wù)，初步實現(xiàn)了船舶污染物排放、接收、轉(zhuǎn)運、處置的過程留痕。

但由于水資源具有動態(tài)性、流域性、多功能等特點，對主管部門的協(xié)調(diào)管理能力提出了較高要求，這意味著在確定一個主管部門的同時，其他諸如發(fā)展改革、自然資源、規(guī)劃、農(nóng)業(yè)農(nóng)村、衛(wèi)生健康、城市管理等具有相關(guān)監(jiān)督管理權(quán)限的部門必須同時在其職責(zé)范圍內(nèi)進(jìn)行協(xié)助配合、通力合作[1]。

推動內(nèi)河船舶生活污水上岸處置是一個系統(tǒng)工程，不是僅僅依靠行政執(zhí)法就能解決的。而應(yīng)按照“誰產(chǎn)生，誰消除;誰管理，誰負(fù)責(zé)”的原則[2]，綜合解決船舶、港口碼頭、接收單位和監(jiān)管等單位面臨的難題。

2 船舶污染物監(jiān)管體系框架

黨中央、國務(wù)院大力推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)，實施新環(huán)保法，推進(jìn)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，部署打好污染防治攻堅戰(zhàn)，著力保護(hù)長江經(jīng)濟帶生態(tài)環(huán)境，對生態(tài)環(huán)境監(jiān)測監(jiān)控提出了新任務(wù)和新要求[3]。

船舶具有數(shù)量多，流動性強，監(jiān)管難度大等特點，隨著船舶排放控制區(qū)的實施，監(jiān)管范圍也進(jìn)一步擴大，這就要求監(jiān)管部門不斷摸索新監(jiān)管方式以應(yīng)對船舶污染防治、污染監(jiān)測、油品質(zhì)量監(jiān)管等[4]。

對長江船舶重點污染物中的船舶尾氣和水污染物進(jìn)行有效、及時和精確監(jiān)管是能否保證長江流域生態(tài)環(huán)境長久保持良好狀態(tài)的關(guān)鍵，而如果能及早發(fā)現(xiàn)排放這兩大類污染物的船舶甚至提前進(jìn)行排污預(yù)警，那么就能使得相關(guān)部門進(jìn)行針對性處置，大大提升管理效能。

體系技術(shù)架構(gòu)自下而上包括以下幾個方面：

感知層：主要指前端感知設(shè)備，包括嗅探尾氣遙測設(shè)備、光譜分析尾氣遙測設(shè)備、黑煙抓拍設(shè)備以及接收感知等。

基礎(chǔ)設(shè)施層：主要是指系統(tǒng)軟硬件支撐體系，包括硬件支撐、應(yīng)用軟件支撐，以及海事局通信網(wǎng)絡(luò)支撐等。

數(shù)據(jù)資源層：主要是指數(shù)據(jù)資源體系，包括運行數(shù)據(jù)庫、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫，以及數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)交換接入組件等。

應(yīng)用支撐層：主要是指系統(tǒng)支撐體系，包括電子海圖、AIS/北斗、終端通信等支撐應(yīng)用以及各類接口服務(wù)等。

應(yīng)用層：主要是指系統(tǒng)應(yīng)用功能，包括三個方面：船舶尾氣遙感管理、船舶水污染物監(jiān)管和船舶污染物綜合研判。

用戶層：主要指系統(tǒng)用戶，包括政府部門、海事監(jiān)管部門、環(huán)衛(wèi)部門、船舶/船員及其他相關(guān)部門和人員等。

其中，基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)據(jù)資源等已經(jīng)比較完善，可支撐各類綜合業(yè)務(wù)的開展，這里重點分析應(yīng)用層的建設(shè)。

2.1船舶尾氣遙測管理

船舶尾氣排放遙測管理主要由嗅探船舶尾氣遙測、光譜分析船舶尾氣遙測和船舶尾氣黑煙抓拍三部分構(gòu)成。遙測管理接入監(jiān)測的結(jié)果數(shù)據(jù)，如監(jiān)測結(jié)果超過閾值，并經(jīng)過人工核查確認(rèn)后，進(jìn)行鎖定并形成證據(jù);同時，可通過船名、地點、時間等進(jìn)行綜合信息檢索和展示。另外，遙測初篩工作由機器承擔(dān)，提高船舶抽檢率，產(chǎn)生明顯的威懾力，間接減少船舶大氣污染[5]。

2.1.1嗅探船舶尾氣遙測

實時測量空氣中CO2、SO2濃度和風(fēng)向風(fēng)速參數(shù)，并獲取船號、船名、經(jīng)緯度等信息，實現(xiàn)在線超標(biāo)判定。

（1）船舶尾氣信息實時接入。將監(jiān)測點周圍的船舶AIS信息、風(fēng)速風(fēng)向、CO2濃度、SO2濃度通過專用傳感器傳輸至監(jiān)測設(shè)備解析后上傳到遠(yuǎn)端（云端）數(shù)據(jù)庫。

（2）船舶尾氣信息實時監(jiān)測。對船舶尾氣實時接入系統(tǒng)上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行實時顯示，通過圖表等形式直觀快速了解最近時間段的尾氣濃度、風(fēng)速風(fēng)向、AIS信息等變化情況。

（3）船舶尾氣歷史信息分析。對尾氣歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，采用嗅探算法計算硫含量和識別誤差，得出該時間段內(nèi)所有行駛船舶的嫌疑程度，綜合計算結(jié)果和人工經(jīng)驗判斷最可能違規(guī)的船舶。對嫌疑船舶可進(jìn)行電子鎖定，并結(jié)合管理程序進(jìn)行后一步處理。

2.1.2光譜分析船舶尾氣遙測

光譜分析船舶尾氣遙測通過光譜分析等技術(shù)實時測量空氣中二氧化硫、二氧化氮、二氧化碳濃度，通過與靠近船舶進(jìn)行AIS實時數(shù)據(jù)通信，獲取船舶編號、船舶經(jīng)緯度、船舶名稱等詳細(xì)信息，結(jié)合尾氣高斯線源擴散模型、氣體湍流擴散模型，實現(xiàn)船舶尾氣排放污染物源強反演，同時通過繪制的航跡濃度圖快速甄別嫌疑船舶，并實現(xiàn)在線超標(biāo)判定。

（1）尾氣信息實時接入。主要將二氧化碳濃度信息、二氧化硫濃度信息、風(fēng)向信息、風(fēng)速信息、船舶編號信息、船舶名稱信息、船舶時間信息、船舶定位信息等實時接入到數(shù)據(jù)庫中，并進(jìn)行統(tǒng)計分析。

（2）船舶尾氣信息實時監(jiān)測。主要是實時監(jiān)測尾氣氣體曲線，查看最近時間段內(nèi)空氣中二氧化碳、二氧化硫濃度情況，根據(jù)其波峰波谷異常值判斷船舶燃油硫含量是否符合排放控制區(qū)標(biāo)準(zhǔn)。船舶尾氣信息實時監(jiān)測的功能組成，主要包括二氧化碳濃度、二氧化硫濃度等尾氣信息的實時監(jiān)測和船舶編號、船舶經(jīng)緯度、船舶經(jīng)過時間等船舶具體信息的實時監(jiān)測兩部分內(nèi)容。

（3）船舶尾氣歷史信息監(jiān)測。船舶尾氣信息歷史監(jiān)測功能模塊，全天候監(jiān)測尾氣排放情況，可查看一天內(nèi)任意時間的二氧化碳、二氧化硫濃度，并計算二氧化碳、二氧化硫平均值。

2.1.3船舶尾氣黑煙抓拍

對監(jiān)測點的船舶尾氣進(jìn)行監(jiān)測，利用抓拍設(shè)備對船舶抓拍取證，結(jié)合大數(shù)據(jù)分析、圖像智能分析技術(shù)對經(jīng)過監(jiān)測點的船舶進(jìn)行尾氣監(jiān)測，黑煙識別，找出可疑的冒黑煙船舶。

（1）視頻實時檢測和抓拍。基于視頻分析檢測到船舶經(jīng)過和船舶位置，利用“槍球聯(lián)動”觸發(fā)抓拍，確保拍到船名、黑煙狀態(tài)和船舶全貌。

（2）黑煙狀態(tài)智能識別。采用圖像處理算法、深度學(xué)習(xí)方法對船舶抓拍照片進(jìn)行煙羽檢測，智能識別船舶黑煙狀態(tài)及黑度。

（3）黑煙船舶報警。當(dāng)有船舶自動識別為黑煙船舶時，發(fā)出報警，并將信息推送給相關(guān)工作人員，提醒工作人員及時核查確認(rèn)。

2.2船舶水污染物監(jiān)管

船舶水污染物監(jiān)管通過對接現(xiàn)有航道、港口、海事等信息系統(tǒng)，實現(xiàn)航道、港口、船舶等數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通，與交通（港口）、環(huán)保、住建等單位進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和共享，為航運綜合信用管理提供數(shù)據(jù)支撐。為長江干線船舶垃圾、生活污水、含油污水、洗艙水等水污染物接收處置全流程提供服務(wù)。

《船舶水污染物接收轉(zhuǎn)運處置聯(lián)單》（簡稱電子聯(lián)單）登記船舶水污染物排放申請、接收、轉(zhuǎn)運、處置各個環(huán)節(jié)的信息，包括參與方信息、污染物的信息、作業(yè)信息等，從船舶污染物排放申請開始，到處置完畢。電子聯(lián)單將污染物排放、接收的流程串在一起，保證數(shù)據(jù)不可篡改。流程如圖3所示：

2.3船舶污染物綜合研判

船舶污染物綜合研判通過風(fēng)險船舶監(jiān)測研判模型，綜合分析尾氣遙測數(shù)據(jù)、水污染物排放數(shù)據(jù)，結(jié)合船舶基本信息、船員配置、貨物類型等及航程、AIS等動態(tài)數(shù)據(jù)，當(dāng)轄區(qū)內(nèi)船舶超過一定時間未申報污染物排放或檢測到尾氣排放超標(biāo)，將該船舶設(shè)置為污染風(fēng)險船舶，進(jìn)入預(yù)警船舶列表。

對于這些船舶，列入現(xiàn)場檢查對象名單，及時派發(fā)現(xiàn)場檢查監(jiān)管任務(wù)，進(jìn)行現(xiàn)場核查排除并消除隱患。

3 主要效益評價

項目實施主要為社會效益，體現(xiàn)在以下方面：

（1）有利于建立船舶污染物治理管理模式。有助于推動海事、環(huán)保、交通（港口）、住建、環(huán)衛(wèi)等部門相互協(xié)調(diào)、共治共建共享的船舶污染物治理的新模式，有效控制船舶污染物排放。

（2）有利于推進(jìn)船舶污染物接收設(shè)施持續(xù)完善。體系建設(shè)有助于推進(jìn)港口碼頭建設(shè)過程中，從傳統(tǒng)的重視港口碼頭的裝卸能力、安全水平，轉(zhuǎn)變到加大對船舶污染物接收設(shè)施的建設(shè)投入。

（3）有利于廣大船員獲得感顯著增強。基于移動互聯(lián)網(wǎng)，提高船舶污染物排放操作、管理的信息化水平，可增進(jìn)船舶船員對船舶污染物治理水平提升的獲得感，并提供助航、交通、安全消息等增值服務(wù)。

4展望

需要加強不同層面的管理協(xié)調(diào)，取得各方面共同支持，協(xié)調(diào)好包括海事監(jiān)管、生態(tài)環(huán)境、航道、港口管理及相關(guān)實施單位的關(guān)系，健全規(guī)章制度和工作流程，規(guī)范建設(shè)程序;同時重視標(biāo)準(zhǔn)的制定和實施工作，充分利用目前已有的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和接口規(guī)范，建立健全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系，實現(xiàn)各種類型的終端與軟件平臺兼容。

另外，在技術(shù)層面包括遠(yuǎn)程尾氣遙測方法存在不同程度的缺陷，監(jiān)測點位的選擇受制于安裝高度等影響，可能有較大誤差等，后續(xù)需要研究根據(jù)局部氣象環(huán)境考慮氣體擴散的影響等對結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。

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