基于物聯網的船舶生活垃圾閉環監管系統研究

吳富民 陳江平 李培正 陳岱岱 徐斌 連雪海

摘? ?要：隨著國內外海運和海洋經濟的快速發展，船舶生活垃圾劇增。為了減少船舶生活垃圾偷排、濫排對海洋環境造成的污染和破壞，文章提出了一種基于物聯網的船舶生活垃圾閉關監管系統，設計了基于具備數字標簽的船載物聯網垃圾桶、岸基物聯網垃圾回收站和監管平臺的“一桶、一站、一平臺”的閉環監管系統架構，能對船舶垃圾的產生和回收進行全過程監管，提高監管質量和效率。

關鍵詞：船舶污染物;生活垃圾;物聯網垃圾桶;監管系統

1? ? 海洋、河流生態問題簡要介紹

隨著我國社會經濟發展，內河運輸和海洋漁業船生產規模不斷擴大，同時，也帶來了船舶生活垃圾處理的問題。船舶生活垃圾大多難以降解，不僅會對海洋環境造成嚴重的污染，還將對海洋生物構成嚴重的威脅。在“綠水青山就是金山銀山”的理念指引下，有效處理船舶生活垃圾，保護海洋、河流生態刻不容緩。

對船舶生活垃圾的有效監管，定量地獲取船舶生活垃圾產生量、排放量，是當前政府和海事機構研究的熱點[1]。在內河船舶方面，嘉興在市內所有港口碼頭配置了垃圾接收桶、標示牌。在船舶裝卸貨物時，由船員將船上垃圾送至碼頭指定垃圾接收桶，碼頭企業免費統一進行回收，并登記蓋章，以備海事監管[2]。蘇州海事于2017年推出了船舶污染物管理平臺，對轄區237家碼頭設置的船舶污染物接收點進行統一編號管理，分配了專門的二維碼。船員在送交船舶生活垃圾、油廢水等船舶污染物的時候，可用手機掃描二維碼，按要求填報相關材料能自助獲取電子版《船舶污染物接收證明》[3]。但這種二維碼岸上數據獲取的方法存在明顯漏洞，通過遠程手機掃二維碼照片依然可以獲取接收證明，且沒有從船舶垃圾的源頭進行數據采集，形成的開放式監管容易滋生虛報等行為。在漁船方面，全國各地漁船出海垃圾處理的方式是船上收集、靠港后由船員自行投放到城鄉環保部門在港口碼頭設置的垃圾箱內。按相關規定要求，船上垃圾接收時，應有專職人員予以核實數量、重量后，記錄在《航行記錄簿》或《垃圾記錄簿》中。但各地實際執行與要求相距甚遠，無人管理或弄虛作假的現象普遍存在，難以實現有效監管。

我國經濟發展已由高速增長轉向高質量發展的新階段，利用物聯網、大數據等更加有效的信息技術手段，能夠有效、便捷地實現船舶生活垃圾的定量監測和閉環追蹤。深入推進“藍色大海”“綠色港航”國家戰略踐行，實現生態和諧持續發展。本文采用傳感、通信、網絡和大數據技術，設計了基于“一桶（船載物聯網垃圾桶）、一站（物聯網垃圾回收站）、一平臺（監管平臺）”架構的船舶生活垃圾全過程、信息化的閉環監管系統，該系統能實現船舶生活垃圾接收的自動監管，能很好地解決轄區內外環保檢查手段不一致帶來的兼容性問題，具有船舶生活垃圾產生過程和接收結果數據比對和分析功能，并能追蹤污染物去向，為監管部門提供強有力的執法依據。

2? ? 系統設計

本文設計的基于物聯網的船舶生活垃圾閉環監管系統如圖1所示，采用“一桶、一站、一平臺”構架。其中，船載物聯網垃圾桶與船舶進行身份綁定，使用貼有射頻標簽的垃圾袋，可實時監測船舶污染物產生的過程數據，通過4G公網將數據上傳至后臺。港口碼頭接收站接收船舶污染物，通過掃碼或者手動選擇船舶自動識別系統（Automatic Identification System，AIS）數據等方式與船舶身份綁定，并通過射頻標簽讀取器讀取垃圾袋編號，自動打印紙質憑證和推送電子憑證，并將接收數據通過4G公網上傳到后臺，后臺自動匹配同一射頻標簽下的重量數據，斷定船舶身份，自動分析船舶在一段時間內的污染物產生和接收量，從而實現船舶污染物的閉環監測功能。

3? ? 物聯網底座設計

“一桶一站”中的船載物聯網垃圾桶、物聯網垃圾回收桶采用相同的物聯網底座設計。物聯網底座控制板包含供電模塊、稱重模塊、4G通信模塊、射頻標簽讀取模塊、電池組和太陽能電池板，如圖2所示。具有船電DC24V或電池組兩種供電方式。為達到低功耗目的，各模塊供電支路設計為可控的，采用開蓋觸發，當垃圾桶蓋打開又閉合時，將觸發一次稱重功能。同時，換袋動作決定是否打開射頻標簽讀取功能，讀取完畢后通過4G模塊將底座編號、射頻標簽編號、垃圾重量信息、時間及位置信息一起發往監管平臺。

4? ? 監管平臺

監管平臺收到物聯網垃圾桶和物聯網垃圾回收站的信息后，依據垃圾袋射頻標簽編號進行消息匹配，確定生活垃圾來源船舶的身份。同時，記錄物聯網垃圾回收站位置信息，對比同一射頻標簽下船載物聯網垃圾桶上發的重量數據和物聯網垃圾回收站收到的重量數據。若收到的重量數據小于上發重量，并達到預設值時，即認為有偷排嫌疑，管理平臺自動標記，排除禁漁期。監管平臺若在兩個月內仍然檢測不到船舶投放垃圾的數據，即標記該船舶存在偷拍嫌疑，監管部門可依據監管平臺標記信息約談對應船舶船東，進行進一步排查和思想教育。

5? ? 實際測試

所設計的50 L船載物聯網垃圾桶與240 L港口碼頭物聯網回收桶的樣機實物如圖3—4所示。在底部均嵌入了所設計的物聯網底座。測試時，射頻標簽黏貼于垃圾袋底部中央，船載桶開蓋更換垃圾袋投放1 kg砝碼再關蓋后，監管平臺船載桶管理/污染物信息列表下，即接收到一幀帶有船載桶底座編號、射頻標簽編號、重量信息、時間及位置信息的數據，反復投遞10次，測得的重量在50 g±1 kg范圍內，如表1所示。將該垃圾袋投遞到港口/碼頭回收桶后，監管平臺岸桶管理/投放信息列表下即接收到一幀帶有岸桶底座編號、射頻標簽編號、重量信息、時間及位置信息的數據，并自動根據射頻標簽編號匹配預留在監管平臺里的船舶AIS 9位碼信息，綁定船舶排放信息，經過反復10次測試，測得的重量在1 kg±80 g范圍內。

為減少誤報警，并考慮部分液態垃圾蒸發特性，偷排判定重量預設值可適當上調。

6? ? 結語

本文設計了一種基于物聯網的船舶生活垃圾閉環監管系統，采用“一船、一站、一平臺”的船舶生活垃圾閉環監管架構，系統能夠有效解決船舶生活垃圾船上產生和岸上搜集過程的閉環監管問題。

[參考文獻]

[1]謝瓊.內河船舶污染物岸上接收模式分析[J].科技信息，2011（19）：360.

[2]李朝敏.“五水共治”背景下嘉興綠色內河航運物流發展研究[J].嘉興學院學報，2015（3）：43-47.

[3]湯連幫，楊曉陽，齊敏.江蘇省內河港口船舶污染物接收轉運處置的問題及建議[J].水運管理，2018（9）：20-22.

Research on closed-loop supervision system of

ship municipal solid waste based on Internet of Things

Wu Fumin， Chen Jiangping， Li Peizheng， Chen Daidai， Xu Bin， Lian Xuehai

（CETC Maritime Electronics Research Institute Co.， Ltd.， Ningbo 315040， China）

Abstract：With the rapid development of shipping and marine economy， ships domestic garbage has increased dramatically. In order to reduce the pollution to the oceans and rivers caused by the smuggling and discharge of domestic garbage， we present an Internet of Things （IoT） based closed-loop ship domestic garbage supervision system. The system architecture is establishedbased on shipborne IoT trash can， shore IoT garbage collection station and supervision platform. Test proves that quality and efficiency of supervision can be conducted by employing this system.

Key words：ship pollutant; domestic waste; Internet of Things trash can; supervision system