一种适用于船舶尾气监测站的船舶尾气信号自动识别方法转让专利
申请号 : CN202010240954.5
文献号 : CN111399082B
文献日 : 2020-12-18
发明人 : 胡健波 , 彭士涛 , 赵宏鑫 , 苏宁 , 熊红霞
申请人 : 交通运输部天津水运工程科学研究所
摘要 :
权利要求 :
1.一种适用于船舶尾气监测站的船舶尾气信号自动识别方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1.根据监测站和航道之间的相对位置关系、特定风向和最低风速界定船舶尾气监测站的适宜气象条件;
S2.识别有效监测时段:将需要监测的总时长T划分为n个监测时段,每个监测时段独立测量船舶尾气信号中一氧化氮的浓度数据;根据平均风速、特定风向平均值,得到特定风向条件对应的最低风速要求,判断所有n个监测时段中每个监测时段的监测数据是否有效,监测数据有效的时间段判断为有效监测时段,监测数据无效的时间段判断为无效监测时段;
S3.计算有效监测时段空气中一氧化氮的背景浓度:对于步骤S2中判断为有效监测时段的监测时段,取所述监测时段中监测的一氧化氮浓度数据c,将c进行中值滤波操作,得到结果c,将c作为所述有效监测时段内空气背景中一氧化氮的浓度;
S4.识别船舶尾气信号:当有效监测时段内的一氧化氮浓度高于空气背景中一氧化氮浓度时即为船舶尾气信号。
2.根据权利要求1所述的适用于船舶尾气监测站的船舶尾气信号自动识别方法,其特征在于,步骤S1的具体内容如下:
利用定位设备定位尾气监测站的经纬度,确定所述船舶尾气监测站与其所属航道之间的相对位置关系;在特定的风向条件a下,计算所述船舶尾气监测站与其所属航道边界之间的距离d,其中0≤a≤360;利用公式v=d/300计算待监测的船舶的尾气在5分钟内扩散d距离所需的风速,进而制定所述船舶尾气监测站特定风向a与最低风速要求Va之间关系的适宜气象条件二维表。
3.根据权利要求2所述的适用于船舶尾气监测站的船舶尾气信号自动识别方法,其特征在于,步骤S2的具体内容如下:
将需要监测的总时长T划分为n个等间隔的监测时段(t0,t1],(t1,t2],...,(tn-1,tn]的集合,对于监测时段(ti,ti+1],0≤i≤n-1,取所述监测时段(ti,ti+1]中任一时刻t的前
5分钟内风速v的平均值 和特定风向a的平均值 根据 查询步骤S1中的适宜气象条件二维表,得到特定风向条件 对应的最低风速要求Va,如果 则时刻t的监测数据有效且时刻t所属的监测时段(ti,ti+1]为有效监测时段,如果 则时刻t的监测数据无效且时刻t所属的监测时段(ti,ti+1]为无效监测时段,其中ti<t≤ti+1。
4.根据权利要求1所述的适用于船舶尾气监测站的船舶尾气信号自动识别方法,其特征在于,步骤S3的具体内容如下:
提取所述有效监测时段内任一时刻t1前后各10分钟内的所有一氧化氮浓度数据集合,将所述一氧化氮浓度数据集合内的所有数据按数值大小排序,将排序结果中处于中间的一氧化氮浓度作为所述t1时刻的中值滤波结果c作为所述有效监测时段内船舶尾气监测站周边空气中一氧化氮的背景浓度。
5.根据权利要求1所述的适用于船舶尾气监测站的船舶尾气信号自动识别方法,其特征在于,步骤S4的具体内容如下:计算步骤S3中所述有效监测时段中一氧化氮浓度数据c和所述中值滤波结果c的差值Δc=c-c;设定阈值Th,如果Δc小于Th,则判定所述有效监测时段测得的一氧化氮浓度与背景浓度无明显变化;如果Δc大于Th,则判定所述有效监测时段测得的一氧化氮浓度与背景浓度变化明显,是船舶尾气信号;在Δc大于Th时,进一步提取所述有效监测时段前后各N个共计2N+1个监测时段的监测结果,如果所述2N+1个监测时段都判定为有效监测时段,则视为同一个船舶尾气信号,否则视为不同船舶的尾气信号。
6.根据权利要求5所述的适用于船舶尾气监测站的船舶尾气信号自动识别方法,其特征在于,所述N值的大小根据步骤S2中每个监测时段的时长而定,即所述N值大小根据t间隔=t1-t0而定。
说明书 :
一种适用于船舶尾气监测站的船舶尾气信号自动识别方法
技术领域
背景技术
始在船舶航道边或者上跨桥梁上建设船舶尾气监测站,通过监测过往船舶的排放特征,从
而识别违规使用高硫油行为、故意关闭尾气后处理设施行为、船舶发动机劣化现象等违规
现象,为有针对性的监管提供监测数据支持。然而,船舶尾气监测站能否监测到船舶尾气受船舶吨位、距离、风速风向等影响,大多数时间监测到的大气污染物浓度是空气背景浓度,偶尔才能够监测到船舶尾气造成的大气污染物浓度先升后降的现象(此即为船舶尾气信
号)。
舶尾气监测的船舶尾气信号自动识别方法。
发明内容
测数据是否有效,监测数据有效的时间段判断为有效监测时段,监测数据无效的时间段判
断为无效监测时段;
得到的中值滤波结果c作为该有效监测时段内空气中一氧化氮的背景浓度;
监测数据是否有效,监测数据有效的时间段判断为有效监测时段,监测数据无效的时间段
判断为无效监测时段;
监测的船舶的尾气在5分钟内扩散d距离所需的风速,进而制定所述船舶尾气监测站特定风
向a与最低风速要求va之间关系的适宜气象条件二维表。
查询步骤S1中的适宜气象条件二维表,得到特定风向条件 对应的最低风速要求va,如果
则时刻t的监测数据有效且时刻t所属的监测时段(ti,ti+1]为有效监测时段,如果
则时刻t的监测数据无效且时刻t所属的监测时段(ti,ti+1]为无效监测时段,其中ti<
t≤ti+1。
大小排序,将排序结果中处于中间的一氧化氮浓度作为所述t时刻的中值滤波结果c作为所
述有效监测时段内船舶尾气监测站周边空气中一氧化氮的背景浓度。
测时段都判定为有效监测时段,则视为同一个船舶尾气信号,否则视为不同船舶的尾气信
号。
的目的,可以节省日常处理大量监测数据并识别船舶尾气信号所需的人力成本,提高了船
舶尾气监测站运行的自动化程度,提高船舶排放控制区内船舶尾气监测监管的效率。
附图说明
例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
具体实施方式
实施例,都属于本发明保护的范围。
果代表其周边的大气污染物本底值,一旦当有船舶经过时,由于船舶尾气监测站距离船舶
较近,船舶尾气会扩散至船舶尾气监测站,进而造成大气污染物浓度出现先升后降的波动,此即为船舶尾气信号。根据物料平衡原理(尾气中各污染物浓度的比值与燃油中对应各元
素的比例一致),可以用浓度变化信号反推燃油硫含量和单位燃油的硫氧化物、氮氧化物的排放情况,监测船舶尾气排放的指标数据,达到不登船监测的目的,提前筛选出嫌疑目标,让船舶大气污染防治检查更具针对性。
扩散时间最长不超过5分钟。因此,如果需要监测的船舶距离船舶尾气监测站很远,即便其位于上风向,船舶尾气监测站也无法感应到船舶尾气的存在,即监测到的大气污染物浓度
未发生明显变化。本实施例选择一氧化氮作为船舶尾气示踪物,是因为大气污染物中一氧
化氮十分活跃,基本上,燃烧产生一氧化氮后,其会一直和空气中的氧气发生化学反应,从而所产生的一氧化氮会很快消失。所以,除了距离较近的船舶外,远距离的其它燃烧污染源产生的一氧化氮不容易对船舶尾气监测结果产生干扰。所以本发明以一氧化氮气体作为对
船舶尾气信号进行监测的示踪物。
行说明。
测站1所属区域的电子航道图,可知该船舶尾气监测站1呈东西向,并且位于其所属航道2南侧的岸边,距离此航道2南侧边界最近距离为da为211米。船舶尾气监测站1在监测船舶尾气信号时,其距离需要监测的船舶越远,则需要越大的风才能将需要监测的船舶排放的尾气
刮到该监测站,则该监测站在运行时需要一个最低风速,才能确保所监测的船舶排放的尾
气扩散到该监测站处,根据经验,此最低风速规定为Vmin=0.7米/秒,然而如果风速过大,会将需要监测的船舶尾气迅速稀释到空气背景中,即便有尾气扩散至该监测站处,此尾气信
号也无意义,所以最大风速要求为Vmax=10米/秒。在剔除了不满足风速要求的数据后,该船舶尾气监测站1的适宜风向为0~85度和275~359度,具体内容如下表1所示:
维表,得到特定风向条件 对应的最低风速要求va,如果 则时刻t的监测数据有效
且时刻t所属的监测时段(ti,ti+1]为有效监测时段,如果 则时刻t的监测数据无效且时
刻t所属的监测时段(ti,ti+1]为无效监测时段,其中ti<t≤ti+1。
(20s,30s],…,(86380s,86390s],(86390s,86400s]共计8640个时间段的集合,每个时间段时间长度为10秒。然后由计算机分别判断每个监测时段是否为有效监测时段,由于此实施
例要求计算监测时段(ti,ti+1]中任一时刻t的前5分钟内风速v的平均值 和特定风向a的
平均值 而采样监测时长为10秒钟,所以存在部分采样监测时段不存在各监测时段前5分
钟的监测数据,对于这些采样监测时段,本领域技术人员此时根据需要可做适应性处理,比如将5分钟的要求设定为10秒钟、20秒钟等数据,而且这些监测时段所占比例几乎可以忽略不计,不影响全局过程中的监测过程。
的一氧化氮浓度作为所述t时刻的中值滤波结果作为所述有效监测时段内船舶尾气监测站
周边空气中一氧化氮的背景浓度。此步骤中同样存在有部分监测时段不存在前10分钟监测
数据或后10分钟监测数据,对于这些监测时段本领域技术人员可将此处的10分钟要求做适
应性处理,而且这些监测时段所占比例几乎可以忽略不计,不影响全局过程中的监测过程。
视为同一个船舶尾气信号,否则视为不同船舶的尾气信号。
量监测数据并识别船舶尾气信号所需的人力成本,提高了船舶尾气监测站运行的自动化程
度,提高船舶排放控制区内船舶尾气监测监管的效率。
的各种变形和改进,均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。