專利名稱：海上有機污染物監(jiān)測報警系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種海上染物監(jiān)測報警系統(tǒng)，尤其涉及一種對港區(qū)海面污染物進行監(jiān)
測報警的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著我國經(jīng)濟快速增長，對外開放程度不斷提高，港口發(fā)展達到空前規(guī)模。進出港 船舶的日益增加，給港區(qū)水域的生態(tài)環(huán)境帶來巨大壓力，特別是港區(qū)發(fā)生溢油等污染的風(fēng) 險也更加突出。除了由于船舶航行、涉油作業(yè)、各種突發(fā)事故、船舶航修等環(huán)節(jié)中可能產(chǎn)生 嚴(yán)重的污染，而且一些違規(guī)和違法船舶偷排污油水、壓載水等會給港區(qū)海洋造成更巨大的 破壞，并可能嚴(yán)重影響港口的正常作業(yè)生產(chǎn)。 根據(jù)國家港口管理和海洋保護的有關(guān)規(guī)定，各港口碼頭均需要建立與港口業(yè)務(wù)規(guī) 模相適應(yīng)的港口溢油應(yīng)急反應(yīng)計劃，實現(xiàn)保護海洋環(huán)境，促進社會、經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略 目標(biāo)。同時，在目前全社會對海洋環(huán)境保護越來越重視的大形勢下，各涉海企業(yè)和海事部門 所肩負(fù)的責(zé)任也越來越重。如何能夠有效解決或者應(yīng)對這個問題，不僅得到了各相關(guān)部門 和企業(yè)的充分認(rèn)識和高度重視，還建立了完善的管理手段，從制度上盡可能的避免和減少 各種各樣的溢油事故的發(fā)生。但是現(xiàn)有的監(jiān)控裝置都需要同水面接觸，這樣就大大的降低 了裝置的使用壽命，在海洋天氣比較惡劣的情況下裝置也極易被損毀，另外裝置的安裝也 極為困難。 紫外光激發(fā)熒光選擇性好、靈敏度高，具有很強的識別能力，近幾年來在環(huán)境污染 監(jiān)測和檢測中越來越受到重視，很多實驗室都對其進行深入研究。其原理是當(dāng)某種物質(zhì)被 一束紫外光激發(fā)后，該物質(zhì)的分子吸收能量后從基態(tài)躍遷到某一激發(fā)態(tài)上，再以輻射躍遷 的形式發(fā)出熒光回到基態(tài)，根據(jù)不同物質(zhì)發(fā)出的熒光光譜分布的區(qū)別以及紫外光激發(fā)熒光 的壽命不同對物質(zhì)進行監(jiān)測和檢測。這樣就可以通過測量油類的紫外光誘導(dǎo)熒光光譜，利 用熒光譜的不同強度和形狀來鑒別是否存在油類污染物以及油的種類，以及利用油膜的紫 外光誘導(dǎo)熒光的時間特性來加以判別，測量其熒光壽命來實現(xiàn)對油膜的探測。這樣就為一 種新型的監(jiān)測報警系統(tǒng)提供了技術(shù)支持。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對以上問題的提出，而研制一種安裝便捷、使用靈活、結(jié)構(gòu)堅固的海上有 機污染物監(jiān)測報警系統(tǒng)。其工作原理是用現(xiàn)場監(jiān)測裝置對監(jiān)視港區(qū)海面情況，利用監(jiān)測裝 置中的發(fā)光裝置向海面發(fā)射一定波長的紫外光并接收反射的熒光，由于海水和污染物以及 不同污染物之間的熒光特征不相同，由監(jiān)測裝置中傳感器根據(jù)熒光光譜特征判斷海面是否 受到污染，并判斷污染物種類。 一旦發(fā)現(xiàn)污染事件立即發(fā)出警報，并對現(xiàn)場進行拍照，將獲 取的照片連同污染物種類、位置以及發(fā)生時間等信息通過無線通訊模塊向監(jiān)控中心發(fā)送， 由工作人員做進一步分析處理。本發(fā)明采用技術(shù)手段如下 —種海上有機污染物監(jiān)測報警系統(tǒng)，包括監(jiān)測裝置及監(jiān)控中心；其特征所述監(jiān)測
4裝置包括 紫外光源，用于發(fā)射一定頻率的紫外線光脈沖； 光學(xué)會聚元件，用于對紫外光源發(fā)出的紫外線光進行光學(xué)會聚，把紫外光源發(fā)出 的紫外光會聚到水面特定面積范圍內(nèi)； 光學(xué)收集元件，用于將熒光光譜收集起來耦合到紫外光探測器中； 紫外光探測器，用于對光學(xué)收集元件收集的熒光光譜進行光電轉(zhuǎn)換； 主控制器，用于對紫外光探測器傳輸過來的熒光光譜信號進行光譜特征分析，以
鑒別分析探測物的類別， 一旦發(fā)現(xiàn)污染事件立即發(fā)出警報信號給聲光報警器，并將污染物
種類、位置以及發(fā)生時間信息發(fā)往無線通信模塊； 聲光報警器，用于接收主控制器發(fā)送過來的警報信號，并且在接收到報警信號后 進行聲光報警； 無線通訊天線，用于接收主控制器發(fā)送過來的污染物種類、位置以及發(fā)生時間信 息，并將其發(fā)送到監(jiān)控中心中； 所述紫外光源和光學(xué)會聚元件組成的發(fā)射端照射于探測物表面產(chǎn)生的各個發(fā)散 角的發(fā)散光的區(qū)域同光學(xué)收集元件收集的范圍能夠重疊，然后紫外光探測器對光學(xué)收集元 件收集的熒光光譜進行光電轉(zhuǎn)換后發(fā)送到同其相連接的主控制器中進行處理；一旦發(fā)現(xiàn)污 染事件，主控制器發(fā)出報警信號給同其相連接的聲光報警器進行報警，同時主控制器還將 將污染物種類、位置以及發(fā)生時間信息發(fā)送到同其相連接的無線通信模塊中，再由無線通 訊天線以無線的方式發(fā)送到監(jiān)控中心。 還包括具有夜間拍攝功能的攝像頭同主控制器相連接，當(dāng)主控制器發(fā)現(xiàn)污染事件
后控制攝像頭對現(xiàn)場進行拍照，并通過無線通訊天線將照片發(fā)送到監(jiān)控中心。 所述監(jiān)控中心集成報警信息管理系統(tǒng)，用于監(jiān)測裝置的遠程操控進行觸發(fā)報警、
解除報警、設(shè)置監(jiān)測頻率和控制拍照；并且提供給用戶一個簡捷的操作界面，用于處理存儲
相應(yīng)數(shù)據(jù)，并能夠查看和統(tǒng)計分析歷史數(shù)據(jù)；同時集成GIS系統(tǒng)，在電子海圖上進行監(jiān)控點
位的操作。 所述監(jiān)控中心通過GPRS/CDMA或3G網(wǎng)絡(luò)將報警信息以短信的形式發(fā)送給用戶。
—種利用上述海上有機污染物監(jiān)測報警系統(tǒng)進行海上有機污染物監(jiān)控的方法，其 特征在于包括如下步驟 (1)設(shè)置監(jiān)測系統(tǒng)中的紫外光頻率，向海面發(fā)射一定波長的紫外光，后接收反射的 熒光； (2)利用監(jiān)測系統(tǒng)中的主控制器對反射回來的熒光進行光譜特征分析，鑒別分析 探測物的類別； (3)發(fā)現(xiàn)污染物，聲光報警器警報器報警，拍攝現(xiàn)場照片，并自動向監(jiān)控中心發(fā)送
報警信息，同時向負(fù)責(zé)人發(fā)出短信提示； (4)監(jiān)控中心接收報警信息后，發(fā)出警報音提醒； (5)負(fù)責(zé)人根據(jù)接收的報警信息制定應(yīng)急方案，趕往現(xiàn)場處理。 所述步驟(4)還包括對歷史數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，生成報表的步驟。 所述報警信息包括現(xiàn)場照片、污染物種類、位置以及發(fā)生時間信息。 該海上有機污染物監(jiān)測報警系統(tǒng)同現(xiàn)有報警系統(tǒng)相比其優(yōu)點是顯而易見的，其監(jiān)控裝置不與水面接觸，保證了在惡劣的海洋環(huán)境下儀器的最大使用壽命，采用無線數(shù)據(jù)傳 輸方式，具有安裝便捷、使用靈活的特點，而且未來擴展用戶不必花費很多用于網(wǎng)絡(luò)改造， 另外，與計算機系統(tǒng)結(jié)合，具智能分析處理的功能，同時也方便功能的拓展，并可配合組態(tài) 類軟件，實現(xiàn)可視化時時監(jiān)控。由于其結(jié)構(gòu)簡單，便于生產(chǎn)，而且成本低廉適于廣泛推廣。


圖1為本發(fā)明所述監(jiān)測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明所述監(jiān)控報警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本發(fā)明利用所述監(jiān)控報警系統(tǒng)進行水面污染監(jiān)控的流程圖； 圖4為本發(fā)明實施例中測得海水熒光光譜圖； 圖5為本發(fā)明實施例中測得海面污染柴油熒光光譜圖。
具體實施例方式
如圖1所述監(jiān)測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，該監(jiān)測裝置包括紫外光源1為紫外線脈沖光 源，用于發(fā)射一定頻率的紫外線光脈沖；光學(xué)會聚元件2為光學(xué)會聚元件，用于對紫外光源 1發(fā)出的紫外線光進行光學(xué)會聚，把紫外光源1發(fā)出的紫外光會聚到水面特定面積范圍內(nèi)； 光學(xué)收集元件3為光學(xué)耦合元件，用于將熒光光譜收集起來耦合到紫外光探測器中；紫外 光探測器4為一種光電轉(zhuǎn)換元件，用于對光學(xué)收集元件3收集的熒光光譜進行光電轉(zhuǎn)換；主 控制器5為一種具有處理能力的處理器(可以為ARM、 MCU、 FPGA等邏輯處理器)，用于對 紫外光探測器傳輸過來的熒光光譜信號進行光譜特征分析，以鑒別分析探測物的類別，一 旦發(fā)現(xiàn)污染事件立即發(fā)出警報信號給聲光報警器，并將污染物種類、位置以及發(fā)生時間信 息發(fā)往無線通信模塊；聲光報警器6，用于接收主控制器5發(fā)送過來的警報信號，并且在接 收到報警信號后進行聲光報警；無線通訊天線7為一種無線傳輸通訊裝置，用于接收主控 制器5發(fā)送過來的污染物種類、位置以及發(fā)生時間信息，并將其發(fā)送到監(jiān)控中心中。該監(jiān)測 裝置的工作過程為紫外光源1和光學(xué)會聚元件2組成的發(fā)射端照射于探測物表面產(chǎn)生的 各個發(fā)散角的發(fā)散光的區(qū)域同光學(xué)收集元件3收集的范圍能夠重疊，然后紫外光探測器對 光學(xué)收集元件3收集的熒光光譜進行光電轉(zhuǎn)換后發(fā)送到同其相連接的主控制器5中進行處 理；一旦發(fā)現(xiàn)污染事件，主控制器5發(fā)出報警信號給同其相連接的聲光報警器6進行報警， 同時主控制器5還將將污染物種類、位置以及發(fā)生時間信息發(fā)送到同其相連接的無線通信 模塊中，再由無線通訊天線7以無線的方式發(fā)送到監(jiān)控中心；另外，監(jiān)測裝置還包括具有夜 間拍攝功能的攝像頭8同主控制器5相連接，當(dāng)主控制器5發(fā)現(xiàn)污染事件后控制攝像頭8 對現(xiàn)場進行拍照，該攝像頭8為帶LED燈，紅外感光的攝像頭，并通過無線通訊天線7將照 片發(fā)送到監(jiān)控中心。 如圖2所示監(jiān)控報警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，其中監(jiān)控中心集成報警信息管理系統(tǒng)， 用于監(jiān)測裝置的遠程操控進行觸發(fā)報警、解除報警、設(shè)置監(jiān)測頻率和控制拍照；并且提供 給用戶一個簡捷的操作界面，用于處理存儲相應(yīng)數(shù)據(jù)，并能夠查看和統(tǒng)計分析歷史數(shù)據(jù)；同 時集成GIS系統(tǒng)，在電子海圖上進行監(jiān)控點位的操作。該監(jiān)控中心包括無線Modemll為 mGSM/GPRS modem,服務(wù)器9連接無線modem和交換機，用于通訊和數(shù)據(jù)存儲，交換機10為 以太網(wǎng)交換機，計算機12(集成報警信息管理系統(tǒng))并通過交換機可連接多臺，無線AP 13為一無線接入點，無線連接交換機和計算機。監(jiān)控中心通過無線Mode接收警報信息，并將 報警信息(溢油位置、照片、溢油時間、種類等)存儲到服務(wù)器中后，由計算機(報警信息管 理系統(tǒng))進行處理。監(jiān)控系統(tǒng)中的多臺計算機通過行線和無線方式連接，無線Modem接收 數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成計算機可處理的格式存儲于服務(wù)器內(nèi)，服務(wù)器通過交換機連接直接計算機，也 可以通過無線AP，無線連接計算機，解決一些特殊環(huán)境下無法布線的問題。另外，所述監(jiān)控 中心通過GPRS/CDMA或3G網(wǎng)絡(luò)將將照片與污染物種類，事故發(fā)生時間、方位等信息通過無 線通訊模塊傳輸至計算機并發(fā)短信至負(fù)責(zé)人手機中。 使用時監(jiān)測裝置安裝位于港區(qū)碼頭沿岸，距離水面5m處，保證監(jiān)測的有效安全進 行。如圖3所示具體操作步驟為(1)通過計算機(報警信息管理系統(tǒng))校正監(jiān)測裝置的 系統(tǒng)時間，使其與計算機時鐘同步，設(shè)置通訊端口 ；(2)設(shè)置監(jiān)測裝置中的紫外光頻率，向 海面發(fā)射一定波長的紫外光，接收反射的熒光；(3)發(fā)現(xiàn)污染物，警報器報警，拍攝現(xiàn)場照 片，并自動向報警信息管理系統(tǒng)發(fā)送報警信息，同時向聯(lián)系人發(fā)出短信提示；(4)報警信息 管理系統(tǒng)接收報警信息(時間、圖片、污染物種類等)，發(fā)出警報音提醒(同時還可對歷史數(shù) 據(jù)進行統(tǒng)計分析，生成報表便于負(fù)責(zé)人形成處理預(yù)案)；(6)負(fù)責(zé)人根據(jù)接收的報警信息制 定應(yīng)急方案，趕往現(xiàn)場處理。 設(shè)備安裝配置后，紫外燈以355nm波長向海面發(fā)射紫外光，光學(xué)收集元件3接收反 射的熒光；無污染時，通過紫外光探測器對生成海水的熒光光譜進行光電轉(zhuǎn)換，獲取峰值和 波形特征(圖4);純海水的熒光光譜具兩個峰值，較高峰位于頻道1和2之間，相對強度為 15，較低峰位于頻道3和4之間，相對強度為7 ;—旦監(jiān)測海面發(fā)生污染，如柴油泄漏，光學(xué) 收集元件3獲取的光譜特征產(chǎn)生明顯變化(圖5)，這時由主控制器5分析污染物類別，控制 警報器自動報警，拍攝現(xiàn)場照片，并自動向報警信息管理系統(tǒng)發(fā)送報警信息，同時向聯(lián)系人 發(fā)出短信提示；本實例中污染物為柴油，其熒光光譜具一個明顯的波峰，位于頻道1和2之 間，相對強度為5 ;設(shè)置相對強度O. 5為閾值，低于此閾值將不進行報警；監(jiān)控指揮中心內(nèi)的 報警信息管理系統(tǒng)接收報警信息(時間、圖片、污染物種類等)，發(fā)出警報音提醒；如主要負(fù) 責(zé)人不在指揮中心內(nèi)，可以通過手機短信及時得到報警信息；指揮中心人員利用計算機集 成的報警信息管理系統(tǒng)對歷史數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，生成報表；相關(guān)負(fù)責(zé)人根據(jù)接收的報警 信息制定應(yīng)急方案，趕往現(xiàn)場處理。 以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其 發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種海上有機污染物監(jiān)測報警系統(tǒng)，包括監(jiān)測裝置及監(jiān)控中心；其特征所述監(jiān)測裝置包括紫外光源，用于發(fā)射一定頻率的紫外線光脈沖；光學(xué)會聚元件，用于對紫外光源發(fā)出的紫外線光進行光學(xué)會聚，把紫外光源發(fā)出的紫外光會聚到水面特定面積范圍內(nèi)；光學(xué)收集元件，用于將熒光光譜收集起來耦合到紫外光探測器中；紫外光探測器，用于對光學(xué)收集元件收集的熒光光譜進行光電轉(zhuǎn)換；主控制器，用于對紫外光探測器傳輸過來的熒光光譜信號進行光譜特征分析，以鑒別分析探測物的類別，一旦發(fā)現(xiàn)污染事件立即發(fā)出警報信號給聲光報警器，并將污染物種類、位置以及發(fā)生時間信息發(fā)往無線通信模塊；聲光報警器，用于接收主控制器發(fā)送過來的警報信號，并且在接收到報警信號后進行聲光報警；無線通訊天線，用于接收主控制器發(fā)送過來的污染物種類、位置以及發(fā)生時間信息，并將其發(fā)送到監(jiān)控中心中；所述紫外光源和光學(xué)會聚元件組成的發(fā)射端照射于探測物表面產(chǎn)生的各個發(fā)散角的發(fā)散光的區(qū)域同光學(xué)收集元件收集的范圍能夠重疊，然后紫外光探測器對光學(xué)收集元件收集的熒光光譜進行光電轉(zhuǎn)換后發(fā)送到同其相連接的主控制器中進行處理；一旦發(fā)現(xiàn)污染事件，主控制器發(fā)出報警信號給同其相連接的聲光報警器進行報警，同時主控制器還將將污染物種類、位置以及發(fā)生時間信息發(fā)送到同其相連接的無線通信模塊中，再由無線通訊天線以無線的方式發(fā)送到監(jiān)控中心。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于還包括具有夜間拍攝功能的攝像頭同主控制器相連接，當(dāng)主控制器發(fā)現(xiàn)污染事件后控制攝像頭對現(xiàn)場進行拍照，并通過無線通訊天線將照片發(fā)送到監(jiān)控中心。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于所述監(jiān)控中心集成報警信息管理系統(tǒng)，用于監(jiān)測裝置的遠程操控進行觸發(fā)報警、解除報警、設(shè)置監(jiān)測頻率和控制拍照；并且提供給用戶一個簡捷的操作界面，用于處理存儲相應(yīng)數(shù)據(jù)，并能夠查看和統(tǒng)計分析歷史數(shù)據(jù)；同時集成GIS系統(tǒng)，在電子海圖上進行監(jiān)控點位的操作。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于所述監(jiān)控中心通過GPRS/CDMA或3G網(wǎng)絡(luò)將報警信息以短信的形式發(fā)送給用戶。
5. —種利用權(quán)利要求3所述海上有機污染物監(jiān)測報警系統(tǒng)進行海上有機污染物監(jiān)控的方法，其特征在于包括如下步驟(1) 設(shè)置監(jiān)測系統(tǒng)中的紫外光頻率，向海面發(fā)射一定波長的紫外光，后接收反射的熒光；(2) 利用監(jiān)測系統(tǒng)中的主控制器對反射回來的熒光進行光譜特征分析，鑒別分析探測物的類別；(3) 發(fā)現(xiàn)污染物，聲光報警器警報器報警，拍攝現(xiàn)場照片，并自動向監(jiān)控中心發(fā)送報警信息，同時向負(fù)責(zé)人發(fā)出短信提示；(4) 監(jiān)控中心接收報警信息后，發(fā)出警報音提醒；(5) 負(fù)責(zé)人根據(jù)接收的報警信息制定應(yīng)急方案，趕往現(xiàn)場處理。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述步驟(4)還包括對歷史數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，生成報表的步驟。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述報警信息包括現(xiàn)場照片、污染物種類、位置以及發(fā)生時間信息。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種海上有機污染物監(jiān)測報警系統(tǒng)，包括監(jiān)測裝置及監(jiān)控中心；其中紫外光源和光學(xué)會聚元件組成的發(fā)射端照射于探測物表面產(chǎn)生的各個發(fā)散角的發(fā)散光的區(qū)域同光學(xué)收集元件收集的范圍能夠重疊，然后紫外光探測器對光學(xué)收集元件收集的熒光光譜進行光電轉(zhuǎn)換后發(fā)送到同其相連接的主控制器中進行處理；一旦發(fā)現(xiàn)污染事件，主控制器發(fā)出報警信號給同其相連接的聲光報警器進行報警，同時主控制器還將將污染物種類、位置以及發(fā)生時間信息發(fā)送到同其相連接的無線通信模塊中，再由無線通訊天線以無線的方式發(fā)送到監(jiān)控中心。該系統(tǒng)具有使用壽命長、安裝便捷和使用靈活的特點。另外，其結(jié)構(gòu)簡單，便于生產(chǎn)，而且成本低廉適于廣泛推廣。
文檔編號G01N21/64GK101794497SQ201010128930
公開日2010年8月4日 申請日期2010年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月19日
發(fā)明者亓洪興, 李穎, 薛永琪, 陳澎 申請人:大連海事大學(xué)