[發(fā)明專利]分子旋光濾光船舶排放污染氣體成像遙感監(jiān)測裝置及方法

有效

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• 申請日: 2018-09-17
• 公開（公告）號: CN109187358B
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發(fā)明（設計）人: 武魁軍;李發(fā)泉;熊遠輝;劉林美;艾勇;李穎;陳晶;劉鵬;祁昶;陳振威;于光保;段為民
• 申請（專利權）人: 中國科學院武漢物理與數(shù)學研究所
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所 42001
• 代理人: 李鵬;王敏鋒

本發(fā)明公開了分子旋光濾光船舶排放污染氣體成像遙感監(jiān)測裝置，包括經緯儀，還包括安置在經緯儀上的成像遙感監(jiān)測單元、信號處理單元、激光測距儀和攝像機，成像遙感監(jiān)測單元包括成像鏡頭，透過成像鏡頭的光依次經過第一偏振棱鏡、分子泡、第二偏振棱鏡、濾光片后由成像探測器成像，分子泡的外側設置有磁體，成像探測器、激光測距儀和攝像機分別與信號處理單元連接，第一偏振棱鏡和第二偏振棱鏡的偏振方向正交，分子泡內填充有填充氣體。還公開了分子旋光濾光船舶排放污染氣體成像遙感監(jiān)測方法。本發(fā)明具有監(jiān)測準確度高、數(shù)據離散度小、抗干擾抑制能力強、環(huán)境適應能力強、監(jiān)測靈敏度高和結果可視性好等優(yōu)點。

技術領域

本發(fā)明涉及船舶污排放染氣體監(jiān)測，具體涉及分子旋光濾光船舶排放污染氣體成像遙感監(jiān)測裝置，還涉及分子旋光濾光船舶排放污染氣體成像遙感監(jiān)測方法。

背景技術

隨著交通運輸技術與需求的發(fā)展，船舶污染氣體排放對大氣污染的比重日益增加，但是船舶分布廣、流動性強，且所排放的污染氣體無形影、變化快，為船舶煙氣排放的實時、工況檢測帶來很大的難度，是監(jiān)管制度建設的技術瓶頸。

由于對船舶污染氣體排放的檢測難度較大，MARPOL公約便要求采用油品檢測的方式，即通過檢測燃油中污染物含量，如：規(guī)定燃油含硫量不得超過4.5％m/m。這樣的規(guī)定實屬不得已，也存在不合理性，因為船舶燃油即便是含硫量較高，如果船舶采取了脫硫技術措施，只要做到了低硫污染氣體排放，減少了對大氣的污染，也應該是允許的才對。采取這一規(guī)定也不能控制氮氧化物的排放，因為氮氧化物的產生一方面來自于燃油中的氮元素含量，另一方面空氣中78％的氮氣進入燃燒室，在高溫高壓條件下，也產氮氧化物，還是需要通過檢測船舶污染氣體排放中的氮氧化物才能更合理的控制氮氧化物的排放，于是MARPOL公約還規(guī)定如：發(fā)動機額定轉速n130rpm時，第Ⅰ級要求氮氧化物排放限值17.0g/kwh，等等。通過煙囪取樣進行化學、光譜或稱量等方法檢測，雖然精度高、超標認定準確，但是船舶從煙囪取樣檢測難度很大，行駛工況下檢測人員難以上下船檢測，也比較耗時、費力、效率低下，且絕大多數(shù)無辜的非超標船舶也被迫檢測，消耗了大量無謂的人力物力。

文獻1(Plume Segmentation from UV Camera Images for SO₂Emission RateQuantification on Cloud Days，remote sensing，2017，9，517)采用一種煙囪SO₂排放紫外光譜成像遙感檢測的方法，這種方法對天空背景條件要求比較苛刻，需要在天空中有均勻云分布條件下使用，若天空背景光不均勻則難以準確測量。

文獻2(車載二氧化硫差分吸收激光雷達系統(tǒng)，光子學報，2017，第46卷第7期)采用一種激光差分吸收技術探測大氣中的SO₂。但由于船舶排放煙羽空間分布具有不確定性，而且煙羽形狀也變化多端、極不均勻，有時激光束所穿過船舶排放的煙羽，有時甚至激光束甚至沒有準確的穿過煙羽，這樣監(jiān)測的結果便是：如果激光束穿過煙羽較濃的部位，則監(jiān)測到尾氣排放量很大；如果激光束穿過煙羽較稀薄的部位，則監(jiān)測到尾氣排放量很小；如果激光束沒有準確穿過煙羽，則監(jiān)測不到尾氣排放。如此一來，即便是對同一船舶、相同的行駛條件和環(huán)境條件下，監(jiān)測結果也有很大差異，造成監(jiān)測數(shù)據的離散度非常大，難以對行駛中的船舶根據一次性監(jiān)測結果得出準確的尾氣污染排放量值。

文獻3(An Infrared Hyperspectral Sensor for Remote Sensing of Gases inthe Atmosphere，Proc.of SPIE Vol.7827 78270J，2010)采用傅里葉變換光譜技術，實現(xiàn)了對船舶排放的SO₂成像探測，探測結果直觀可見，但核心組件傅里葉變換光譜儀加工精度要求極高、造價昂貴，且對環(huán)境溫度變化和震動極敏感，工作時還需要深度制冷，應用推廣的難度很大。