[發(fā)明專利]一種移動(dòng)船舶廢氣排放溯源裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010065669.4
• 申請日: 2020-01-20
• 公開（公告）號: CN111256755B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 文元橋;彭鑫;肖長詩
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 胡琳萍

1.一種移動(dòng)船舶廢氣排放溯源方法，其特征在于包括如下步驟：

1)確定固定監(jiān)測站點(diǎn)布設(shè)位置，將移動(dòng)船舶廢氣排放溯源裝置設(shè)置在岸基固定監(jiān)測站點(diǎn)，采集船舶排放的各組分氣體的實(shí)時(shí)監(jiān)測濃度數(shù)據(jù)；

2)采集參數(shù)，所述參數(shù)包括氣象環(huán)境參數(shù)、被監(jiān)測船舶的靜態(tài)信息、被監(jiān)測船舶動(dòng)態(tài)活動(dòng)信息、和固定監(jiān)測站點(diǎn)所在處的氣體濃度監(jiān)測信息，其中氣象環(huán)境參數(shù)包括風(fēng)向、風(fēng)速、溫度、濕度和氣壓，船舶的靜態(tài)信息包括船名、呼號、主機(jī)功率、輔機(jī)功率、煙囪高度、煙囪半徑、煙囪口平均排放溫度，船舶動(dòng)態(tài)活動(dòng)信息包括航向、航速、位置信息，氣體濃度監(jiān)測信息包括二氧化硫濃度、二氧化碳濃度、氮氧化物濃度；

3)確定有效船舶航行軌跡的起點(diǎn)和終點(diǎn)，設(shè)航行的起點(diǎn)時(shí)間為0，終點(diǎn)時(shí)間為n；

4)建立風(fēng)向坐標(biāo)系，構(gòu)建以船舶航行軌跡點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)、以下風(fēng)向?yàn)閤軸，以橫風(fēng)向?yàn)閥軸的風(fēng)向坐標(biāo)系，將固定監(jiān)測站點(diǎn)的坐標(biāo)從大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換至風(fēng)向坐標(biāo)系；

5)模擬移動(dòng)船舶廢氣排放源強(qiáng)的候選解集，即對船舶廢氣排放的濃度、船舶排放源的三維空間坐標(biāo)位置進(jìn)行模擬，確定候選解集以進(jìn)一步在候選解集中確定最優(yōu)解；

6)基于高斯煙團(tuán)擴(kuò)散模型，建立廢氣排放擴(kuò)散濃度分布場與步驟1)采集到的所述參數(shù)間的函數(shù)關(guān)系，建立移動(dòng)船舶廢氣排放擴(kuò)散模型；所述移動(dòng)船舶廢氣排放擴(kuò)散模型如下：

6.1)對船舶排放和擴(kuò)散進(jìn)行條件假設(shè)和約束，基于高斯模型建立船舶廢氣排放擴(kuò)散模型時(shí)，作出以下條件假設(shè)：(1)當(dāng)船舶航速小于1m/s時(shí)，大氣環(huán)境風(fēng)速應(yīng)大于1m/s；(2)船舶在擴(kuò)散模擬時(shí)間步長范圍內(nèi)，船舶煙囪口排放的廢氣是連續(xù)、穩(wěn)定且均勻(3)擴(kuò)散模擬過程中忽略重力和浮力的影響，擴(kuò)散模型不考慮任何化學(xué)反應(yīng)過程；(4)擴(kuò)散氣體到達(dá)水面被全部反射，水面沒有任何吸收作用；(5)擴(kuò)散模型只考慮氣團(tuán)朝下風(fēng)向的擴(kuò)散，忽略朝其他方向的擴(kuò)散；

6.2)根據(jù)步驟5)中模擬的移動(dòng)船舶廢氣排放源強(qiáng)的候選解集，建立廢氣排放擴(kuò)散濃度分布場與步驟1)采集到的參數(shù)間的函數(shù)關(guān)系為：

C_i(x',y',z',t_n)＝f(x',y',z',Q,u,d_w,T,t_i,t_n,H_s,T_s,R_s,V_s)

其中，C_i(x',y',z',t_n)是船舶在t_i時(shí)刻排放的廢氣擴(kuò)散至所述固定監(jiān)測站點(diǎn)位置(x,y,z)處，在t_n時(shí)刻的質(zhì)量濃度；x為經(jīng)度，y為緯度，z為高程；t_n為船舶的有效航行時(shí)間，n的取值范圍為船舶航行的有效起點(diǎn)時(shí)間和終點(diǎn)時(shí)間；

6.3)根據(jù)步驟5)中模擬的移動(dòng)船舶廢氣排放源強(qiáng)的候選解集，將解集內(nèi)的解以迭代的方式依次帶入移動(dòng)船舶廢氣排放擴(kuò)散模型，求解船舶在有效航行軌跡范圍排放的大氣污染物，在t₁,t₂,t₃......t_n多個(gè)時(shí)刻，擴(kuò)散至所述固定監(jiān)測站點(diǎn)位置(x,y,z)的多組濃度值；

7)在步驟5)的候選解集范圍內(nèi)，對比多組模擬濃度值與監(jiān)測站實(shí)際監(jiān)測濃度值，確定最接近的模擬濃度值為移動(dòng)船舶的廢氣排放源強(qiáng)的最優(yōu)解；即建立關(guān)于求解移動(dòng)船舶廢氣排放源強(qiáng)最優(yōu)解的優(yōu)化函數(shù)f(Q)，求解滿足優(yōu)化函數(shù)f(Q)的最小值條件下的船舶廢氣排放源強(qiáng)Q的最優(yōu)解；優(yōu)化函數(shù)f(Q)由多個(gè)時(shí)刻的氣體擴(kuò)散模擬濃度值與實(shí)際濃度監(jiān)測值的差的平方表示；

步驟7)中：優(yōu)化函數(shù)f(Q)由t₁,t₂,t₃......t_n多個(gè)時(shí)刻的氣體擴(kuò)散模擬濃度值與實(shí)際濃度監(jiān)測值的差的平方表示，具體如下：

其中，C(x,y,z,t_i)為船舶在t₁,t₂,t₃......t_i時(shí)刻排放的i個(gè)煙團(tuán)，在t_i時(shí)刻擴(kuò)散至固定監(jiān)測站點(diǎn)位置的氣體濃度之和；obs(x,y,z,t_i)為固定監(jiān)測站點(diǎn)在t_i時(shí)刻的氣體濃度實(shí)際監(jiān)測數(shù)據(jù)。