周丹　文捷　耿雄飛

摘 要：為對船舶污染物排放進行在線監(jiān)控，以基于AIS數(shù)據(jù)的動力法為基礎，利用AIS、BDS等船舶位置跟蹤技術，開展單船數(shù)據(jù)、多船數(shù)據(jù)和區(qū)域數(shù)據(jù)的船舶污染物排放定量計算，以及船舶排放的空間分布狀況計算。提出一套高效率、低成本、易操作的船舶排放控制區(qū)海事監(jiān)管技術體系。滿足對現(xiàn)代監(jiān)管設備、快速反應設備、信息化建設設備以及船舶防污設備等的需求。

關鍵詞：大氣污染物評估；海事監(jiān)管；動力法；AIS

中圖分類號：U698.7 文獻標識碼：A 文章編號：1006—7973（2018）4-0053-04

近年來我國大氣環(huán)境面臨嚴峻考驗，大氣污染物排放總量居高不下，因此對船舶尾氣監(jiān)測方法的研究對海事監(jiān)管部門具有重要意義。中遠集運采用信息化及船岸通訊技術研發(fā)了船岸一體化燃油消耗監(jiān)控平臺。船舶油耗遠程實時監(jiān)控管理系統(tǒng)綜合應用多項高新技術，可實時采集、運算并顯示數(shù)據(jù)。文獻基于內河船舶裝載的AIS終端進行擴展開發(fā)，利用傳感器、AIS/3G通信設備和軟件監(jiān)控平臺設計一套污染物排放在線監(jiān)控、報警系統(tǒng)。文獻對國際海事組織推廣的船舶能效設計指數(shù)和船舶能效營運指數(shù)進行了詳細的分析，提出從船舶設計及營運管理的角度降低船舶碳排放。

本文以基于AIS的動力法為基礎，利用AIS數(shù)據(jù)對系統(tǒng)設計、Demo開發(fā)等步驟，構建一套完整的船舶大氣污染物排放定量計算系統(tǒng)。

1 基于AIS數(shù)據(jù)的動力法船舶污染排放清單計算

本研究采用基于AIS數(shù)據(jù)的動力法完成對中國海域的沿海和遠洋船舶排放量計算。

基于功率計算船舶排放量的基本公式船舶主機、船舶輔機和鍋爐輸出功率的計算公式（1）。

其中：Ei為某種類型的污染物的排放量，單位為：g；Load 為船舶主機、船舶輔機或者鍋爐在某種船舶運行狀態(tài)下的負荷功率。具體計算中，當主機負荷小于20%時，需對主機負荷功率進行調整，將最大持續(xù)功率乘以其低負荷調整系數(shù)（LF），輔機功率依照不同船舶狀態(tài)需進行調整，具體調整措施為輔機功率乘以船舶輔機負荷比例系數(shù)；鍋爐的負荷則指其功率，kW；Act 為船舶航行的時間，單位為：h。EF為該種污染物的排放因子，單位為：g/kW·h；FCF為燃油修正系數(shù)，無量綱單位；CFi 為排放修正因子，無量綱單位。

公式（2）是船舶船舶主機低負荷調整系數(shù)公式。

其中：LF為船舶主機低負荷調整系數(shù)，無量綱單位。Speed Actual 為船舶航行的實際航速，單位：節(jié)；Speed Maximum 為船舶的最大設計航速，單位：節(jié)。參數(shù)的獲取參考文獻。

2 功能設計

系統(tǒng)功能設計如表1所示。

3 交互設計

交互設計包括區(qū)域實時船舶污染排放量查看、區(qū)域污染物排放查看、船舶信息查看、單船污染物排放、目標快速定位、地圖操作6個功能的交互設計如表2所示。

4 系統(tǒng)應用

4.1 數(shù)據(jù)來源范圍與數(shù)據(jù)說明

數(shù)據(jù)來源地理范圍如圖1，東經(jīng)120度至東經(jīng)122度、北緯30度40分至北緯32度。時間為2017年8月15日7時59分38秒至2017年8月16日7時59分59秒。動態(tài)數(shù)據(jù)包括：航行狀態(tài)、轉向率、速度、經(jīng)度、緯度、對地航向、船首向、預計到達時間、目的港、目的港id、吃水深度；靜態(tài)數(shù)據(jù)包括：MMSI 船名、建造年代、設計航速、船型、載重噸、主機轉速、主機功率、燃油類型。

4.2 系統(tǒng)計算過程

4.2.1 單船污染物排放量計算

（1）基本信息。MMSI：413823691；船名：未知；IMO：未知。

（2）時間范圍。2017年8月15日7時59分38秒至2017年8月15日24時59分59秒。

（3）排放量統(tǒng)計（單位：克）。目標一在監(jiān)控時間范圍內的污染物排放量統(tǒng)計結果如表3和圖2所示。

4.2.2 區(qū)域污染物排放量計算

（1）區(qū)域范圍。經(jīng)度范圍：E121032′02″-E122003′43″；緯度范圍：N31036′06″-N31047′50″。

（2）時間范圍。2017年8月15日7時59分38秒至2017年8月15日24時59分59秒。

（3）污染物統(tǒng)計（單位：克）。區(qū)域一在監(jiān)控時間范圍內的污染物排放量統(tǒng)計結果如表4、5和圖3、4。

5 結語

（1）以船舶大氣排放源清單計算方法為基礎，提出高時間、高空間分辨率的實時動態(tài)船舶大氣污染物排放清單建立技術。

（2）研發(fā)了船舶大氣污染物排放定量計算系統(tǒng)及DEMO開發(fā)，可進行單船數(shù)據(jù)、多船數(shù)據(jù)和區(qū)域數(shù)據(jù)的定量計算，并具備在電子海圖上模擬展示系統(tǒng)主要功能的能力。

參考文獻：

[1]鄭士君，黃愛平，岳躍申.中遠集運能效管理信息系統(tǒng)與碳排放計算器[J].中國海事，2011，（1）：40-42.

[2]張海濱，胡永飛，張景奇等.二氧化碳排放量化方法探討[J].中外能源，2013，18（3）：96-100.

[3]鄧健，崔振威，楊獻朝等.內河船舶污染物排放在線監(jiān)控系統(tǒng)[J].中國航海，2014，37（2）：93-96.

[4]鄭海林，王帥軍，劉虎.基于數(shù)據(jù)的船舶碳排放量分析研究.中國水運，2014，14（3）：157-158

[5] 王征，張衛(wèi)，耿雄飛，彭傳圣，秦翠紅. 典型航線船舶排放清單及排放特征研究. 交通運輸部水運科學研究院，2015，（4）：44-49.

[6]Yang，D.Q，Kwan，S.H，Lu，Y. An emission inventory of marine vessels in Shanghai in 2003 . [J].Environmental Science& Technology，2007，41（15）.

[7]金陶勝，殷小鴿，許嘉，等.天津港運輸船舶大氣污染物排放清單[J].海洋環(huán)境科學，2009，28（06）：623-625.

[8]劉靜，王靜，宋傳真.青島市港口船舶大氣污染排放清單的建立及應用[A].2011，27（3）：50-53 . [J].中國環(huán)境監(jiān)測，2011，27（3）：50-53.

[9]伏晴艷，沈寅，張健. 上海港船舶大氣污染物排放清單研究[J]. 安全與環(huán)境學報. 2012（5）：57-64.

基金項目：國家科技支撐計劃（2015BAG20B00）