船舶气体污染物和温室气体监管大数据平台及监管方法

本发明属于排放管理领域，具体涉及一种船舶气体污染物和温室气体监管大数据平台及监管方法。

背景技术：

1、水路运输在综合交通运输体系中占据重要地位。截至2021年末，全国拥有水上运输船舶12.59万艘，其中内河船舶11.36万艘、沿海船舶1.09万艘、远洋船舶0.14万艘。目前，95％以上的船舶采用柴油为主动力能源。海事管理部门需要对排放控制区水域内停泊、作业的船舶大气污染物排放进行监管，包括船用燃料油含硫量及尾气中sox(硫氧化物)、nox(氮氧化物)、pm(颗粒物)。

2、现有技术中存在以下问题：

3、1、缺乏营运船舶能耗和排放的实时监测手段，难以对不同船型的排放进行科学、精确、可信的统计计算。

4、2、缺乏有效识别高排放源的方法，难以准确判断和追溯造成大气环境污染的责任主体，难以促进跨部门、跨地区的协同治理。

5、3、缺乏对海事系统内部和外部数据的整合和分析能力，难以为碳交易等市场机制提供可靠的数据支撑。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供一种船舶气体污染物和温室气体监管大数据平台及监管方法，能实现营运船舶排放监控、碳排放监测统计和污染分析功能，能够有效解决现有技术中存在的排放监控不足、缺乏船舶能耗和排放监测体系等问题，为我国船舶绿色智能发展提供技术保障，具有较高的实用价值和社会效益。

2、为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：船舶气体污染物和温室气体监管大数据平台，包括设置于船舶端的船载数据采集单元、船载数据传输单元、船载排放数据管理单元和船载5g无线通信单元，以及设置于海事监管端的云端智能平台服务器和海事排放监管平台，船舶端与海事监管端通过运营商传输单元进行信息交互；其中，

3、所述船载数据采集单元，用于获取船舶运行的实时排放数据以及与排放相关的实时辅助数据；所述实时排放数据至少包括：氮氧化物浓度、硫氧化物浓度、碳氢浓度、二氧化碳浓度、颗粒物浓度和船舶尾气流量；所述实时辅助数据至少包括：当前船舶的航行位置、对地航速，发动机的燃料消耗量、转速和扭矩；

4、所述船载数据传输单元，用于通过can总线将目标船舶的实时排放数据以及与排放相关的实时辅助数据传输到船载排放数据管理单元；

5、所述船载排放数据管理单元，用于储存目标船舶的实时排放数据以及与排放相关的实时辅助数据，显示和监测船舶的实时排放和发动机的状态；

6、所述船载5g无线通信单元，用于将储存在船载排放数据管理单元的目标船舶实时排放数据以及与排放相关的实时辅助数据发送给运营商传输单元，船载5g无线通信单元与运营商传输设备双向数据交换；

7、所述运营商传输单元，用于与船载5g无线通信单元、云端智能平台服务器的双向数据交换，将船舶实时排放数据以及与排放相关的实时辅助数据传输给云端智能平台服务器；

8、所述云端智能平台服务器，用于接收和存储来自船载5g无线通信单元传输的船舶实时排放数据以及与排放相关的实时辅助数据，并对船舶实时排放数据以及与排放相关的实时辅助数据进行分类、统计、分析，对分类、统计、分析后得到的碎片化数据进行重组，得到重组信息；

9、所述海事排放监管平台，用于通过云端智能平台服务器提供的重组信息，对船舶排放情况进行监管和管理。

10、所述船载数据采集单元具体包括：氮氧化物传感器、硫氧化物传感器、碳氢传感器、二氧化碳传感器、颗粒物传感器、空气流量传感器、测速仪和ecu采集器；其中，所述氮氧化物传感器用于采集船舶尾气中氮氧化物浓度，所述硫氧化物传感器用于采集船舶尾气中硫氧化物浓度，所述碳氢传感器用于采集船舶尾气中碳氢浓度，所述二氧化碳传感器用于采集船舶尾气中二氧化碳浓度，所述颗粒物传感器用于采集船舶尾气中颗粒物浓度，所述空气流量传感器用于采集船舶尾气的实时质量流量，所述测速仪用于采集船舶的航行位置及对地航速，所述ecu采集器用于采集发动机燃料消耗量、发动机转速和发动机轴扭矩。

11、所述船载排放数据管理单元具体包括：船载排放数据控制模块、船载排放数据存储模块和船载排放数据客户端；其中，

12、所述船载排放数据控制模块，用于接收和解析来自船载数据传输单元传输的船舶实时排放数据以及与排放相关的实时辅助数据，并对船舶实时排放数据以及与排放相关的实时辅助数据进行分类、统计、分析，对分类、统计、分析后得到的碎片化数据进行重组，得到重组信息；

13、所述船载数据存储模块，用于存储重组信息；

14、所述船载排放数据客户端，基于windows、android和ios三种操作系统开发，船载排放数据客户端安装在船舶上，用于提供决策支持，对用户进行身份核验，以对实时排放数据起到安全保护作用。

15、所述船载排放数据客户端具体包括：船舶排放数据可视化模块、数据报表生成模块、用户管理和权限控制模块；其中，

16、所述的船舶排放数据可视化模块，与船载排放数据存储模块连接，用于获取船载排放数据存储模块的实时排放数据，并将实时排放数据更新于展示界面；

17、所述数据报表生成模块，用于查询船载排放数据存储模块中的历史数据，并根据历史数据生成相应的报表，方便用户查询船舶的历史排放信息；

18、所述用户管理和权限控制模块，用于管理客户端的用户，对用户进行身份核验，以对实时排放数据起到安全保护作用。

19、所述运营商传输单元包括：运营商基站和运营商交换机；所述运营商基站为用于接收和发送5g无线信号的设备，其信号覆盖特定区域内的所有船舶，通过5g网络将实时排放数据以及与排放相关的实时辅助数据发送给云端智能平台服务器，且接收来自云端智能平台服务器的数据和指令；所述运营商交换机为用于连接运营商基站和云端智能平台服务器的设备，用于对传输的数据进行转发、路由和缓存，保证数据的传输。

20、所述云端智能平台服务器为用于接收、存储、处理和分析来自船舶的实时排放数据以及与排放相关的实时辅助数据的设备，其具体包括：云端数据处理模块、云端存储模块；其中，

21、所述云端数据处理模块，用于对船舶实时排放数据以及与排放相关的实时辅助数据进行分类、统计、分析、重组操作，对船舶排放情况进行智能化的管理和优化，为海事排放监管平台提供数据支持；

22、所述云端存储模块，用于存储来自云端数据处理模块的数据，为海事排放监管平台提供数据来源。

23、所述海事排放监管平台实时监测和记录各个港口、水域、区域的船舶排放情况，包括氮氧化物浓度、硫氧化物浓度、碳氢浓度、二氧化碳浓度、颗粒物浓度和船舶尾气流量，当前船舶的航行位置、对地航速、发动机的燃料消耗量、转速和扭矩；根据不同的时间、地点、港口、水域、区域、航线和船型，对船舶排放量进行统计和对比，分析不同因素对船舶排放的影响，评估不同措施对船舶排放的效果，预测未来的排放趋势；根据用户需求，对各个港口、水域、区域的排放情况、达标情况、问题情况生成相应的报告，以及针对报告的不同情况提出相应的整改建议和处罚措施；实时提供预警信息，预警信息至少包括超标排放、非法排放、设备故障的异常情况信息以及相应的应急响应方案。

24、所述海事排放监管平台具体包括船舶排放实时监测模块、船舶信息模块、报表统计模块、提醒报警模块、系统参数管理模块、可视化模块、电子围栏模块和用户管理模块；其中，

25、所述船舶排放实时监测模块，用于实时接收和显示来自云端智能平台服务器的实时排放数据和实时辅助数据；该模块可通过地图、曲线图或柱状图的方式展示船舶的排放情况，对比不同船舶、不同区域、不同时间段的实时排放数据，分析得到排放趋势和规律；

26、所述船舶信息模块，用于管理和查询特定区域内的船舶信息，船舶信息至少包括船名、船籍、类型、吨位、发动机型号、功率以及船舶的历史排放数据和违规记录；该模块可根据不同的条件进行筛选、排序和搜索操作，方便用户查找目标船舶；

27、所述报表统计模块，用于根据船舶信息生成和导出特定区域内的船舶排放报表；该模块可根据用户的需求，根据选择不同的时间范围、区域范围、污染物种类以生成相应的报表；

28、所述提醒报警模块，用于对特定区域内的船舶排放情况进行监控和预警，当发现某一艘或多艘船舶的排放数据超过设定的阈值或标准时，及时向用户发送提醒或报警信息；该模块可根据用户的需求，设置不同的阈值或标准，以及不同的提醒或报警方式；该模块还可通过分析船舶排放历史数据预测船舶未来排放情况，对预测结果为超排船舶进行标记并及时通知海事监管部门；

29、所述系统参数管理模块，用于管理和设置系统的相关参数，相关参数包括数据流数据参数、系统阈值参数、区域配置和其他参数；其中，系统阈值参数来源于《船舶发动机排气污染物排放限值及测量方法》，其他参数至少包括系统语言、时间格式、数据单位，云端智能平台服务器的ip地址、端口号，以及运营商传输单元的位置和状态；该模块可根据用户的需求，修改或更新系统的相关参数，保证系统的正常运行；

30、所述可视化模块，用于对特定区域内的船舶排放情况进行可视化展示，可视化展示方法包括地图视图、仪表盘视图、图表视图；其中，地图视图可在地图上显示各个船舶的位置和排放数据，以及电子围栏的范围和状态；仪表盘视图可显示特定区域内的总体排放情况，对特定区域内排放的总量、平均值、最大值和最小值进行展示；图表视图可显示特定区域内的排放趋势和分布，展示方式包括折线图、柱状图和饼图；该模块可根据用户的需求，选择不同的视图和参数，进行动态的可视化展示；

31、所述电子围栏模块，用于设置和管理特定区域内的电子围栏，根据不同的目的和要求，设置电子围栏的属性，包括不同的形状、大小、位置和颜色等；该模块可根据用户的需求，对电子围栏进行添加、删除、修改、激活、禁用的操作，以及设置电子围栏内的排放标准或限制和设置提醒或报警方式；

32、所述用户管理模块，用于实现权限分级管理，权限的分级至少包括高级管理员、中级管理员和初级管理员三个等级；该模块可根据用户的需求，分配不同的角色和权限给不同的用户，实现对系统的安全和有效的管理。

33、还提供一种船舶气体污染物和温室气体监管方法，应用于如上述任一项所述的一种船舶气体污染物和温室气体监管大数据平台；该方法包括以下步骤：

34、通过船载数据采集单元获取船舶运行的实时排放数据以及与排放相关的实时辅助数据；

35、通过船载数据传输单元将目标船舶的实时排放数据以及与排放相关的实时辅助数据传输到船载排放数据管理单元；

36、通过船载排放数据管理单元储存目标船舶的实时排放数据以及与排放相关的实时辅助数据，显示和监测船舶的实时排放和发动机的状态；

37、通过船载5g无线通信单元将储存在船载排放数据管理单元的目标船舶实时排放数据以及与排放相关的实时辅助数据发送给运营商传输单元，船载5g无线通信单元与运营商传输设备双向数据交换；

38、通过运营商传输单元与船载5g无线通信单元、云端智能平台服务器进行双向数据交换，将船舶实时排放数据以及与排放相关的实时辅助数据传输给云端智能平台服务器；

39、通过云端智能平台服务器接收和存储来自船载5g无线通信单元传输的船舶实时排放数据以及与排放相关的实时辅助数据，并对船舶实时排放数据以及与排放相关的实时辅助数据进行分类、统计、分析，对分类、统计、分析后得到的碎片化数据进行重组，得到重组信息；

40、通过海事排放监管平台，根据重组信息对船舶排放情况进行监管和管理。

41、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

42、本发明能够实现对营运船舶能耗和排放的实时监测，通过船载监控终端、船岸通讯模块、大数据平台等技术手段，收集和分析船舶的燃料油消耗、尾气排放、航行状态等数据，计算出船舶的能效指数、碳强度指标、碳排放量等指标，为不同船型的碳排放进行科学、精确、可信的统计计算，为海事管理部门提供可靠的数据支撑。

43、本发明能够有效识别高排放源，通过对船舶尾气中sox(硫氧化物)、nox(氮氧化物)、pm(颗粒物)等污染物进行在线监测，结合imo的强制性能效法规和国家环保法规要求，对不符合标准的船舶进行预警和处罚，准确判断和追溯造成大气环境污染的责任主体，促进跨部门、跨地区的协同治理。

44、本发明能够对海事系统内部和外部数据进行整合和分析，通过与imo的温室气体清单、国家温室气体清单信息及排放数据综合管理平台等数据源进行对接，建立全国船舶能耗中心，实现船舶温室气体减排监测、报告和核算体系，为碳交易等市场机制提供可靠的数据支撑。

45、综上所述，本发明能够有效解决现有技术中存在的排放监控不足、缺乏船舶能耗和排放监测体系等问题，为我国船舶绿色智能发展提供技术保障，具有较高的实用价值和社会效益。