本實(shí)用新型涉及污水排放監(jiān)控系統(tǒng)領(lǐng)域，具體是一種船舶污水排放在線監(jiān)控系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

船舶污水（主要包括船舶油污水和船舶生活污水）一旦違規(guī)排放進(jìn)水（特別是飲用水源）中，對(duì)水資源的危害是巨大的，雖然近年來(lái)我國(guó)加大了對(duì)水資源的保護(hù)力度，逐步建立了分級(jí)分區(qū)的保護(hù)制度，即，針對(duì)不同級(jí)別的水資源建立相應(yīng)的保護(hù)策略和排放標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)還在船舶上引進(jìn)一些新型的污水凈化技術(shù)（如油水分離技術(shù)、生物降解技術(shù)、生物膜處理技術(shù)等），試圖對(duì)船舶污水進(jìn)行有效的控制和監(jiān)管，但是一些中小型船舶肆意排放污水導(dǎo)致水源地污染的報(bào)道仍屢見(jiàn)報(bào)端。

究其原因，船舶作為一種水上航行的交通工具，具有靈活性、隨意性的活動(dòng)特征，船舶在發(fā)生排放污水行為期間常常較為隱蔽，難以進(jìn)行跟蹤和監(jiān)管，船主僥幸心理常伴，違排現(xiàn)象頻發(fā)，給水資源環(huán)境的保護(hù)帶來(lái)了巨大的壓力；此外，在航運(yùn)市場(chǎng)不景氣的背景下，船主經(jīng)營(yíng)困難，由于新型污水凈化技術(shù)實(shí)施成本較高，船主往往也鮮有在船上安裝此類(lèi)技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)當(dāng)前船舶違規(guī)排放污水存在的僥幸心理，本實(shí)用新型提供一種船舶污水排放在線監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)對(duì)船舶污油艙和污水艙處理后的污水質(zhì)量和排放情況進(jìn)行監(jiān)控，有效防止船舶污水亂排亂放的現(xiàn)象。

本實(shí)用新型的具體方案為：一種船舶污水排放在線監(jiān)控系統(tǒng)，至少包括采集船舶數(shù)據(jù)和控制船舶污水排放的船載監(jiān)控子系統(tǒng)、負(fù)責(zé)存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)船舶數(shù)據(jù)與指令的云服務(wù)器平臺(tái)以及監(jiān)視船舶數(shù)據(jù)并向船載監(jiān)控子系統(tǒng)發(fā)送控制指令的遠(yuǎn)程監(jiān)控子系統(tǒng)；所述船載監(jiān)控子系統(tǒng)至少包括上位機(jī)、下位機(jī)和執(zhí)行器件，其中上位機(jī)至少包括單片機(jī)以及與單片機(jī)通訊連接的用于采集船舶位置信息的GPS模塊、用于顯示船舶航行水域地理信息的GIS模塊、用于信息傳輸?shù)耐ㄐ拍K；下位機(jī)至少包括安裝在船舶污油艙內(nèi)用于測(cè)量含油污水中含油量的油份計(jì)、安裝在船舶污油艙內(nèi)用于測(cè)量含油污水排放速度的流量計(jì)、安裝在船舶污水艙內(nèi)用于測(cè)量生活污水中有機(jī)污染物含量的生化需氧量傳感器，所述油份計(jì)、流量計(jì)和生化需氧量傳感器分別通訊連接單片機(jī)；所述執(zhí)行器件至少包括位于污油艙的油水分離器、位于污水艙的污水泵和控制污油艙含油污水排放的舷外排放閥A以及控制污水艙含生活污水排放的舷外排放閥B；單片機(jī)通過(guò)開(kāi)關(guān)量輸入與輸出模塊控制舷外排放閥A和舷外排放閥B開(kāi)關(guān)狀態(tài)，所述上位機(jī)與下位機(jī)之間通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線方式連接。

本實(shí)用新型所述的上位機(jī)至少還包括聲光報(bào)警裝置、單片機(jī)供電模塊和顯示器，所述通信模塊包括GPRS模塊和AIS船載設(shè)備，所述單片機(jī)供電模塊具有隔離型DC/DC變換器和線性降壓?jiǎn)卧?，其中隔離型DC/DC變換器用于將船舶電源轉(zhuǎn)換為單片機(jī)、GPRS模塊、顯示器的工作電壓，線性降壓?jiǎn)卧糜趯⒏綦x型DC/DC變換器轉(zhuǎn)換后的電壓繼續(xù)降壓為GPS模塊的工作電壓。

本實(shí)用新型所述的上位機(jī)與下位機(jī)之間通過(guò)CAN-BUS現(xiàn)場(chǎng)總線方式連接，所述下位機(jī)中油份計(jì)、流量計(jì)和生化需氧量傳感器通過(guò)CSM100接口芯片接入至CAN-BUS現(xiàn)場(chǎng)總線并與上位機(jī)連接。

本實(shí)用新型所述的云服務(wù)器平臺(tái)至少包括數(shù)據(jù)收發(fā)模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、指令收發(fā)模塊和指令存儲(chǔ)模塊，其中船載監(jiān)控子系統(tǒng)與云服務(wù)器平臺(tái)之間采用Socket服務(wù)實(shí)現(xiàn)信息傳輸，云服務(wù)器平臺(tái)與遠(yuǎn)程監(jiān)控子系統(tǒng)之間采用Web Service服務(wù)實(shí)現(xiàn)信息傳輸，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊至少包括船舶數(shù)據(jù)庫(kù)、地圖數(shù)據(jù)庫(kù)和排放規(guī)則庫(kù)。

本實(shí)用新型所述的遠(yuǎn)程監(jiān)控子系統(tǒng)至少包括排放監(jiān)控模塊、船舶管理模塊、地圖管理模塊和排放規(guī)則管理模塊。

本實(shí)用新型中，GPRS模塊是通用分組無(wú)線服務(wù)技術(shù)的簡(jiǎn)稱(chēng)，是一種基于當(dāng)前全球移動(dòng)通信系統(tǒng)（GSM）的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，具有覆蓋地域廣、傳輸速率高、接入時(shí)間短等特征，缺點(diǎn)在于全球移動(dòng)通信系統(tǒng)（GSM）未能覆蓋的水域不能進(jìn)行通訊；

AIS船載設(shè)備是AIS系統(tǒng)（船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)）的一部分，該設(shè)備可以向AIS系統(tǒng)的岸上基站發(fā)送船舶航行狀態(tài)、位置等信息或者從AIS岸上基站接收遠(yuǎn)程信息，傳輸距離可達(dá)到30海里左右；

Socket服務(wù)與Web Service服務(wù)為客戶(hù)端與服務(wù)器之間的兩種通訊方式，其中Socket服務(wù)側(cè)重于已在客戶(hù)端實(shí)現(xiàn)的功能傳輸至服務(wù)器儲(chǔ)存，而Web Service服務(wù)則側(cè)重于在服務(wù)器實(shí)現(xiàn)的功能傳輸至客戶(hù)端進(jìn)行調(diào)用。

本實(shí)用新型的工作過(guò)程為：當(dāng)船舶行駛至某一水域時(shí)，船載監(jiān)控子系統(tǒng)上位機(jī)中GPS模塊和GIS模塊將船舶位置信息和水域地理信息顯示在船舶的顯示器中，與此同時(shí)，GPS模塊的船舶位置信息還將通過(guò)GPRS模塊或者AIS船載設(shè)備（當(dāng)全球移動(dòng)通信系統(tǒng)信號(hào)覆蓋時(shí)，采用GPRS通訊；當(dāng)全球移動(dòng)通信系統(tǒng)信號(hào)無(wú)法覆蓋時(shí)，采用AIS通訊）基于Socket服務(wù)傳輸至云服務(wù)器平臺(tái)，云服務(wù)器平臺(tái)將接收到的船舶位置信息儲(chǔ)存至船舶數(shù)據(jù)庫(kù)中，遠(yuǎn)程監(jiān)控子系統(tǒng)中的地圖管理模塊基于Web Service服務(wù)調(diào)用云服務(wù)器平臺(tái)中的船舶位置信息，根據(jù)船舶位置信息，排放規(guī)則管理模塊調(diào)用云服務(wù)器平臺(tái)中的排放規(guī)則庫(kù)，確定船舶所在水域的排放規(guī)則；

此外，船載監(jiān)控子系統(tǒng)下位機(jī)中油份計(jì)和生化需氧量傳感器分別將油污水中含油量信息和生活污水中有機(jī)污染物含量信息顯示在船舶的顯示器中，船載監(jiān)控子系統(tǒng)通過(guò)Socket服務(wù)調(diào)用云服務(wù)器平臺(tái)中排放規(guī)則庫(kù)，獲取所在水域排放規(guī)則信息，并通過(guò)上位機(jī)中單片機(jī)控制開(kāi)關(guān)量輸入與輸出模塊，最終確定舷外排放閥A和舷外排放閥B的開(kāi)關(guān)狀態(tài)；與此同時(shí)，油份計(jì)、流量計(jì)和生化需氧量傳感器和開(kāi)關(guān)量輸入與輸出模塊信息通過(guò)云服務(wù)器平臺(tái)傳輸至遠(yuǎn)程監(jiān)控子系統(tǒng)，遠(yuǎn)程監(jiān)控子系統(tǒng)對(duì)船舶油污水和生活污水的排放進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，當(dāng)遠(yuǎn)程監(jiān)控子系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)船舶違反排放規(guī)則排放時(shí)，還可以通過(guò)遠(yuǎn)程控制船舶舷外排放閥A和舷外排放閥B關(guān)閉，有效制止船舶的違規(guī)排放行為。

本實(shí)用新型具備的優(yōu)勢(shì)在于：

1、實(shí)現(xiàn)了對(duì)船舶污水的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控，有效制止了船戶(hù)心存僥幸將污水任意排出的行為，為水資源環(huán)境的提升創(chuàng)造了良好的前提保障；

2、采用GPRS和AIS相結(jié)合的通訊方式，基本上對(duì)沿海、內(nèi)河和湖泊做到了全覆蓋，有效保證了本系統(tǒng)的可靠性；

3、采用云服務(wù)器平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)和指令進(jìn)行上傳和下達(dá)，對(duì)不同水域的排放規(guī)則實(shí)現(xiàn)自動(dòng)判定，同時(shí)除船舶自身控制污水排放之外，遠(yuǎn)程監(jiān)控子系統(tǒng)還可通過(guò)云服務(wù)器平臺(tái)和船載監(jiān)控子系統(tǒng)控制舷外控制閥的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，體現(xiàn)了本系統(tǒng)具備較高的智能化程度。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型整體結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本實(shí)用新型中船載監(jiān)控子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

圖3為本實(shí)用新型中云服務(wù)器平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖；

圖4為本實(shí)用新型中遠(yuǎn)程監(jiān)控子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

本實(shí)施例中，一種船舶污水排放在線監(jiān)控系統(tǒng)，包括采集船舶數(shù)據(jù)和控制船舶污水排放的船載監(jiān)控子系統(tǒng)、負(fù)責(zé)存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)船舶數(shù)據(jù)與指令的云服務(wù)器平臺(tái)以及監(jiān)視船舶數(shù)據(jù)并向船載監(jiān)控子系統(tǒng)發(fā)送控制指令的遠(yuǎn)程監(jiān)控子系統(tǒng)。

本實(shí)施中，所述船載監(jiān)控子系統(tǒng)包括利用CAN-BUS總線通訊連接的上位機(jī)、下位機(jī)和執(zhí)行器件；

其中下位機(jī)包括安裝在船舶污油艙內(nèi)用于測(cè)量含油污水中含油量的油份計(jì)、安裝在船舶污油艙內(nèi)用于測(cè)量含油污水排放速度的流量計(jì)、安裝在船舶污水艙內(nèi)用于測(cè)量生活污水中有機(jī)污染物含量的生化需氧量傳感器，油份計(jì)和流量計(jì)采集的參數(shù)、生化需氧量傳感器采集的參數(shù)通過(guò)CSM100接口芯片，CAN-BUS總線傳到上位機(jī)，從上位機(jī)獲得開(kāi)關(guān)量輸入輸出信號(hào)，最終決定是否將船舶油污水從舷外排放閥A或船舶生活污水從舷外排放閥B中排出；

上位機(jī)包括單片機(jī)、GPS模塊、GIS模塊、GPRS模塊、AIS船載設(shè)備、聲光報(bào)警裝置、LED顯示器、SD卡模塊和打印機(jī)和單片機(jī)供電模塊，其中單片機(jī)與上位機(jī)、下位機(jī)和執(zhí)行器件中各器件連接，并判斷和控制各器件的狀態(tài)和動(dòng)作；

GPS模塊用于采集船舶位置信息，指示船舶所在位置和含油污水排放的合法區(qū)域，指引船舶進(jìn)行合法排放；

GIS模塊顯示船舶航行水域地理信息，對(duì)航行水域地理環(huán)境信息進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、檢索、分析和顯示；

GPRS模塊用于船載監(jiān)控子系統(tǒng)與全球移動(dòng)通信系統(tǒng)（GSM）的通訊連接；

AIS模塊用于與AIS基站的通訊連接；

聲光報(bào)警裝置用于當(dāng)油污水中含油量或生活污水中有機(jī)物污染量超出設(shè)定的閾值時(shí)進(jìn)行報(bào)警；

LED顯示器用于顯示船舶污水排放過(guò)程中油量瞬間排放率、排油總量、油份濃度和各種報(bào)警信號(hào)的顯示；

SD卡模塊用于儲(chǔ)存在排放船舶污水的過(guò)程中重要監(jiān)控?cái)?shù)據(jù),保存排放記錄以備檢查；

打印機(jī)用于打印記錄內(nèi)容，包括排放過(guò)程中的實(shí)時(shí)參數(shù)、報(bào)警記錄、參數(shù)修改記錄；

單片機(jī)供電模塊具有隔離型DC/DC變換器和線性降壓?jiǎn)卧?，其中隔離型DC/DC變換器用于將船舶電源轉(zhuǎn)換為單片機(jī)、GPRS模塊、顯示器的5V工作電壓，線性降壓?jiǎn)卧糜趯⒏綦x型DC/DC變換器轉(zhuǎn)換后的電壓繼續(xù)降壓為GPS模塊的3.3V工作電壓；

執(zhí)行器件包括位于污油艙的油水分離器、位于污水艙的污水泵和控制污油艙含油污水排放的舷外排放閥A以及控制污水艙含生活污水排放的舷外排放閥B；單片機(jī)通過(guò)開(kāi)關(guān)量輸入與輸出模塊控制舷外排放閥A和舷外排放閥B開(kāi)關(guān)狀態(tài)。

本實(shí)施例中，云服務(wù)器平臺(tái)包括數(shù)據(jù)收發(fā)模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、指令收發(fā)模塊和指令存儲(chǔ)模塊，其中船載監(jiān)控子系統(tǒng)與云服務(wù)器平臺(tái)之間采用Socket服務(wù)實(shí)現(xiàn)信息傳輸，云服務(wù)器平臺(tái)與遠(yuǎn)程監(jiān)控子系統(tǒng)之間采用Web Service服務(wù)實(shí)現(xiàn)信息傳輸，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊包括船舶數(shù)據(jù)庫(kù)、地圖數(shù)據(jù)庫(kù)和排放規(guī)則庫(kù)。

本實(shí)施例中，遠(yuǎn)程監(jiān)控子系統(tǒng)包括大屏顯示器、業(yè)務(wù)接口模塊、排放監(jiān)控模塊、船舶管理模塊、地圖管理模塊和排放規(guī)則管理模塊，排放監(jiān)控模塊、船舶管理模塊、地圖管理模塊和排放規(guī)則管理模塊通過(guò)對(duì)應(yīng)的業(yè)務(wù)接口模塊分別從云服務(wù)器平臺(tái)中調(diào)取船載監(jiān)控子系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)監(jiān)控信息、船舶數(shù)據(jù)庫(kù)信息、地圖數(shù)據(jù)信息和排放規(guī)則信息，并顯示在大屏顯示器中，供用戶(hù)（環(huán)保部門(mén)、海事部門(mén)和漁業(yè)部門(mén)等）參考和監(jiān)管，同時(shí)，用戶(hù)根據(jù)在大屏顯示器中獲取的船舶排放信息，通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控子系統(tǒng)和云服務(wù)器平臺(tái)，將指令傳輸至船載監(jiān)控子系統(tǒng)，控制單片機(jī)，進(jìn)而對(duì)舷外排放閥A和舷外排放閥B的開(kāi)關(guān)狀態(tài)進(jìn)行控制。