一种船舶污水排放在线监控系统的制作方法

本实用新型涉及污水排放监控系统领域，具体是一种船舶污水排放在线监控系统。

背景技术：

船舶污水（主要包括船舶油污水和船舶生活污水）一旦违规排放进水（特别是饮用水源）中，对水资源的危害是巨大的，虽然近年来我国加大了对水资源的保护力度，逐步建立了分级分区的保护制度，即，针对不同级别的水资源建立相应的保护策略和排放标准，同时还在船舶上引进一些新型的污水净化技术（如油水分离技术、生物降解技术、生物膜处理技术等），试图对船舶污水进行有效的控制和监管，但是一些中小型船舶肆意排放污水导致水源地污染的报道仍屡见报端。

究其原因，船舶作为一种水上航行的交通工具，具有灵活性、随意性的活动特征，船舶在发生排放污水行为期间常常较为隐蔽，难以进行跟踪和监管，船主侥幸心理常伴，违排现象频发，给水资源环境的保护带来了巨大的压力；此外，在航运市场不景气的背景下，船主经营困难，由于新型污水净化技术实施成本较高，船主往往也鲜有在船上安装此类技术。

技术实现要素：

针对当前船舶违规排放污水存在的侥幸心理，本实用新型提供一种船舶污水排放在线监控系统，实现远程实时对船舶污油舱和污水舱处理后的污水质量和排放情况进行监控，有效防止船舶污水乱排乱放的现象。

本实用新型的具体方案为：一种船舶污水排放在线监控系统，至少包括采集船舶数据和控制船舶污水排放的船载监控子系统、负责存储和转发船舶数据与指令的云服务器平台以及监视船舶数据并向船载监控子系统发送控制指令的远程监控子系统；所述船载监控子系统至少包括上位机、下位机和执行器件，其中上位机至少包括单片机以及与单片机通讯连接的用于采集船舶位置信息的GPS模块、用于显示船舶航行水域地理信息的GIS模块、用于信息传输的通信模块；下位机至少包括安装在船舶污油舱内用于测量含油污水中含油量的油份计、安装在船舶污油舱内用于测量含油污水排放速度的流量计、安装在船舶污水舱内用于测量生活污水中有机污染物含量的生化需氧量传感器，所述油份计、流量计和生化需氧量传感器分别通讯连接单片机；所述执行器件至少包括位于污油舱的油水分离器、位于污水舱的污水泵和控制污油舱含油污水排放的舷外排放阀A以及控制污水舱含生活污水排放的舷外排放阀B；单片机通过开关量输入与输出模块控制舷外排放阀A和舷外排放阀B开关状态，所述上位机与下位机之间通过现场总线方式连接。

本实用新型所述的上位机至少还包括声光报警装置、单片机供电模块和显示器，所述通信模块包括GPRS模块和AIS船载设备，所述单片机供电模块具有隔离型DC/DC变换器和线性降压单元，其中隔离型DC/DC变换器用于将船舶电源转换为单片机、GPRS模块、显示器的工作电压，线性降压单元用于将隔离型DC/DC变换器转换后的电压继续降压为GPS模块的工作电压。

本实用新型所述的上位机与下位机之间通过CAN-BUS现场总线方式连接，所述下位机中油份计、流量计和生化需氧量传感器通过CSM100接口芯片接入至CAN-BUS现场总线并与上位机连接。

本实用新型所述的云服务器平台至少包括数据收发模块、数据存储模块、指令收发模块和指令存储模块，其中船载监控子系统与云服务器平台之间采用Socket服务实现信息传输，云服务器平台与远程监控子系统之间采用Web Service服务实现信息传输，所述数据存储模块至少包括船舶数据库、地图数据库和排放规则库。

本实用新型所述的远程监控子系统至少包括排放监控模块、船舶管理模块、地图管理模块和排放规则管理模块。

本实用新型中，GPRS模块是通用分组无线服务技术的简称，是一种基于当前全球移动通信系统（GSM）的无线网络通讯技术，具有覆盖地域广、传输速率高、接入时间短等特征，缺点在于全球移动通信系统（GSM）未能覆盖的水域不能进行通讯；

AIS船载设备是AIS系统（船舶自动识别系统）的一部分，该设备可以向AIS系统的岸上基站发送船舶航行状态、位置等信息或者从AIS岸上基站接收远程信息，传输距离可达到30海里左右；

Socket服务与Web Service服务为客户端与服务器之间的两种通讯方式，其中Socket服务侧重于已在客户端实现的功能传输至服务器储存，而Web Service服务则侧重于在服务器实现的功能传输至客户端进行调用。

本实用新型的工作过程为：当船舶行驶至某一水域时，船载监控子系统上位机中GPS模块和GIS模块将船舶位置信息和水域地理信息显示在船舶的显示器中，与此同时，GPS模块的船舶位置信息还将通过GPRS模块或者AIS船载设备（当全球移动通信系统信号覆盖时，采用GPRS通讯；当全球移动通信系统信号无法覆盖时，采用AIS通讯）基于Socket服务传输至云服务器平台，云服务器平台将接收到的船舶位置信息储存至船舶数据库中，远程监控子系统中的地图管理模块基于Web Service服务调用云服务器平台中的船舶位置信息，根据船舶位置信息，排放规则管理模块调用云服务器平台中的排放规则库，确定船舶所在水域的排放规则；

此外，船载监控子系统下位机中油份计和生化需氧量传感器分别将油污水中含油量信息和生活污水中有机污染物含量信息显示在船舶的显示器中，船载监控子系统通过Socket服务调用云服务器平台中排放规则库，获取所在水域排放规则信息，并通过上位机中单片机控制开关量输入与输出模块，最终确定舷外排放阀A和舷外排放阀B的开关状态；与此同时，油份计、流量计和生化需氧量传感器和开关量输入与输出模块信息通过云服务器平台传输至远程监控子系统，远程监控子系统对船舶油污水和生活污水的排放进行实时监视，当远程监控子系统发现船舶违反排放规则排放时，还可以通过远程控制船舶舷外排放阀A和舷外排放阀B关闭，有效制止船舶的违规排放行为。

本实用新型具备的优势在于：

1、实现了对船舶污水的远程实时监控，有效制止了船户心存侥幸将污水任意排出的行为，为水资源环境的提升创造了良好的前提保障；

2、采用GPRS和AIS相结合的通讯方式，基本上对沿海、内河和湖泊做到了全覆盖，有效保证了本系统的可靠性；

3、采用云服务器平台对数据和指令进行上传和下达，对不同水域的排放规则实现自动判定，同时除船舶自身控制污水排放之外，远程监控子系统还可通过云服务器平台和船载监控子系统控制舷外控制阀的开关状态，体现了本系统具备较高的智能化程度。

附图说明

图1为本实用新型整体结构图；

图2为本实用新型中船载监控子系统结构图；

图3为本实用新型中云服务器平台结构图；

图4为本实用新型中远程监控子系统结构图。

具体实施方式

本实施例中，一种船舶污水排放在线监控系统，包括采集船舶数据和控制船舶污水排放的船载监控子系统、负责存储和转发船舶数据与指令的云服务器平台以及监视船舶数据并向船载监控子系统发送控制指令的远程监控子系统。

本实施中，所述船载监控子系统包括利用CAN-BUS总线通讯连接的上位机、下位机和执行器件；

其中下位机包括安装在船舶污油舱内用于测量含油污水中含油量的油份计、安装在船舶污油舱内用于测量含油污水排放速度的流量计、安装在船舶污水舱内用于测量生活污水中有机污染物含量的生化需氧量传感器，油份计和流量计采集的参数、生化需氧量传感器采集的参数通过CSM100接口芯片，CAN-BUS总线传到上位机，从上位机获得开关量输入输出信号，最终决定是否将船舶油污水从舷外排放阀A或船舶生活污水从舷外排放阀B中排出；

上位机包括单片机、GPS模块、GIS模块、GPRS模块、AIS船载设备、声光报警装置、LED显示器、SD卡模块和打印机和单片机供电模块，其中单片机与上位机、下位机和执行器件中各器件连接，并判断和控制各器件的状态和动作；

GPS模块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区域，指引船舶进行合法排放；

GIS模块显示船舶航行水域地理信息，对航行水域地理环境信息进行采集、存储、检索、分析和显示；

GPRS模块用于船载监控子系统与全球移动通信系统（GSM）的通讯连接；

AIS模块用于与AIS基站的通讯连接；

声光报警装置用于当油污水中含油量或生活污水中有机物污染量超出设定的阈值时进行报警；

LED显示器用于显示船舶污水排放过程中油量瞬间排放率、排油总量、油份浓度和各种报警信号的显示；

SD卡模块用于储存在排放船舶污水的过程中重要监控数据,保存排放记录以备检查；

打印机用于打印记录内容，包括排放过程中的实时参数、报警记录、参数修改记录；

单片机供电模块具有隔离型DC/DC变换器和线性降压单元，其中隔离型DC/DC变换器用于将船舶电源转换为单片机、GPRS模块、显示器的5V工作电压，线性降压单元用于将隔离型DC/DC变换器转换后的电压继续降压为GPS模块的3.3V工作电压；

执行器件包括位于污油舱的油水分离器、位于污水舱的污水泵和控制污油舱含油污水排放的舷外排放阀A以及控制污水舱含生活污水排放的舷外排放阀B；单片机通过开关量输入与输出模块控制舷外排放阀A和舷外排放阀B开关状态。

本实施例中，云服务器平台包括数据收发模块、数据存储模块、指令收发模块和指令存储模块，其中船载监控子系统与云服务器平台之间采用Socket服务实现信息传输，云服务器平台与远程监控子系统之间采用Web Service服务实现信息传输，所述数据存储模块包括船舶数据库、地图数据库和排放规则库。

本实施例中，远程监控子系统包括大屏显示器、业务接口模块、排放监控模块、船舶管理模块、地图管理模块和排放规则管理模块，排放监控模块、船舶管理模块、地图管理模块和排放规则管理模块通过对应的业务接口模块分别从云服务器平台中调取船载监控子系统中的实时监控信息、船舶数据库信息、地图数据信息和排放规则信息，并显示在大屏显示器中，供用户（环保部门、海事部门和渔业部门等）参考和监管，同时，用户根据在大屏显示器中获取的船舶排放信息，通过远程监控子系统和云服务器平台，将指令传输至船载监控子系统，控制单片机，进而对舷外排放阀A和舷外排放阀B的开关状态进行控制。