船舶大氣污染物排放評估與預警技術

周丹　文捷　耿雄飛

摘 要：為對船舶污染物排放進行在線監控，以基于AIS數據的動力法為基礎，利用AIS、BDS等船舶位置跟蹤技術，開展單船數據、多船數據和區域數據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海事監管技術體系。滿足對現代監管設備、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，因此對船舶尾氣監測方法的研究對海事監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了船岸一體化燃油消耗監控平臺。船舶油耗遠程實時監控管理系統綜合應用多項高新技術，可實時采集、運算并顯示數據。文獻基于內河船舶裝載的AIS終端進行擴展開發，利用傳感器、AIS/3G通信設備和軟件監控平臺設計一套污染物排放在線監控、報警系統。文獻對國際海事組織推廣的船舶能效設計指數和船舶能效營運指數進行了詳細的分析，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數據對系統設計、Demo開發等步驟，構建一套完整的船舶大氣污染物排放定量計算系統。

1 基于AIS數據的動力法船舶污染排放清單計算

本研究采用基于AIS數據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，將最大持續功率乘以其低負荷調整系數（LF），輔機功率依照不同船舶狀態需進行調整，具體調整措施為輔機功率乘以船舶輔機負荷比例系數；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，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公式。

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

2 功能設計

系統功能設計如表1所示。

3 交互設計

交互設計包括區域實時船舶污染排放量查看、區域污染物排放查看、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 系統應用

4.1 數據來源范圍與數據說明

數據來源地理范圍如圖1，東經120度至東經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。動態數據包括：航行狀態、轉向率、速度、經度、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；靜態數據包括：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）排放量統計（單位：克）。目標一在監控時間范圍內的污染物排放量統計結果如表3和圖2所示。

4.2.2 區域污染物排放量計算

（1）區域范圍。經度范圍：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）污染物統計（單位：克）。區域一在監控時間范圍內的污染物排放量統計結果如表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船舶大氣污染物排放清單建立技術。

（2）研發了船舶大氣污染物排放定量計算系統及DEMO開發，可進行單船數據、多船數據和區域數據的定量計算，并具備在電子海圖上模擬展示系統主要功能的能力。

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控系統[J].中國航海，2014，37（2）：93-96.

[4]鄭海林，王帥軍，劉虎.基于數據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，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].中國環境監測，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]. 安全與環境學報. 2012（5）：57-64.

基金項目：國家科技支撐計劃（2015BAG20B00）