基于大数据平台的船舶排放监测监管关键技术研究内容20170922V5

1、基于大数据平台的船舶排放监测监管关键技术研究内容目录1背景32总体要求52.1 船舶废气排放在线动态大数据采集管理52.2 船舶废气排放大数据中心设计52.3 基于大数据的船舶废气排放动态测度与评估52.4 研究船舶废气排放监测监管云平台63研究和建设服务的要求74进度要求75成果要求81背景在全球经济日益发展的环境下，人类对能源的需求量也日益增加。人类在大量使用能源的同时，能源的消耗过程也带来了严重的环境问题。20世纪后半叶以来，全球气候变暖问题逐渐成为国际社会关注焦点。据大量数据表明，近百年来全球平均地表温度升高了0.47C,并且逐年升温速度加快，同时全球平均海平面也不断上升。出于对日益严

2、峻的气候变化形势，国际社会加快了对气候变化的科学研究、政策制定和实施有效应对方案的步伐。国际海事组织(InternationalMaritimeOrganization,IMO)在2009年发布了第二次温室气体研究报告(SecondIMOGHGStudy2009后，又于2014年10月正式发布了第三次温室气体研究报告(ThirdIMOGHGStudy2014。该报告指出2012年国际航运排放的CO2达至U79.6亿吨，占当年全球CO2排放总量的2.2%。2007-2012年间，国际航运平均CO2排放总量约占全球总量的2.6%。虽然这一数据比2009年的计算数据略有下降，但根据研究报告的预测，随

3、着全球未来经济和能源的发展，如果不采取任何措施，船舶温室气体的排放量到2050年将会比2012年增加50%250%,国际航运产生的温室气体排放占全球总排放量的比例也将会显著升高，全球航运业需要为控制CO2排放做出贡献。可见，航运业温室气体减排已面临前所未有的压力，船舶废气排放的监测与监管已变得非常紧迫和必要，在这节能环保和绿色航运的大背景下，如何对船舶废气排放监测与监管已成为一个亟需解决的问题。监管体系作为对策的一部分旨在通过实现主管机关的有效监管来促进法规的实施并降低国内航行船舶废气排放的总体水平。通过完善立法强制限制船舶的排放，并辅以有助于法规有效实施的政策手段和监测监管体系，是控制船舶废

4、气排放的最有力措施。为有效控制船舶的废气排放，减少有害气体对环境以及人类健康造成的不利影响，国际海事组织(IMO)在1997年MEPC40次会议上通过了MARPOL73/78公名勺1997议定书，并以附则VI的形式新增防止船舶造成大气污染规则，该规则的生效时间是2005年5月19日。我国于2006年5月23日加入MARPOL公约附则VI,同年8月23日对我国生效。根据公约的要求，在附则VI生效后交通部海事局正式下发了关于实施73/38防污公约1997年议定书的通知（海船舶2006523号），完成了对国际航行船舶的国内立法程序，实现了对远洋船舶废气排放的有效控制。然而，对于国内航行的船舶来说，由

5、于历史以及船舶客观技术状况的原因，国内航行船舶废气排放的水平始终较高，所以，现行的针对国内航行船舶的排放控制法规并没有参照公约的要求，加之监管能力的不足等因素，导致了目前在国内航行船舶的废气排放控制上与国外存在较大差距。船舶的废气排放控制涉及到多个行业，包括航运公司、柴油机生产商和燃油供应商等，通过对国内船舶废气排放控制现状的研究和评估，能够掌握目前这些行业的技术水平，为国内法规的完善及排放控制的对策研究提供可靠依据。另外，我国防止船舶造成大气污染的工作一般是由各级海事机构负责落实，作为水上交通运输业的主要执法监管部门，海事管理机构为有效推动防污法规的实施，往往需要对所有船舶进行有效的监督和管

6、理。现阶段海事管理机构通常采取源头控制和检验过程控制的监督方式。源头控制即海事主管部门对船用柴油机出厂时的控制；检验过程控制是指对船舶营运期间的排放控制，即在航船在执行船上换证、年度或中间检验的同时，顺带完成船舶废气排放状况的检查和评估。这两种监督管理方式需要投入大量的时间和人力，随着航运业的快速发展以及船舶废气排放控制更加严格，传统监管方式的弊端更加凸显，因此，探索一种便捷、高效的监管措施迫在眉睫。便捷、高效的废气排放监测监管体系的建立是提出相应对策和规定立法的基础性工作。本的主要研究目的在于构建基于在线动态数据源的船舶废气排放监测监管体系，将传统的监管内容整合到大数据平台中，以大数据为支撑

7、，以智慧监管为手段，实现对船舶废气排放在整个船舶营运过程中全覆盖、全过程、全方位、全封闭的智慧监管，做到源头可溯、问题可控、全程监控的监管目标，实现科学、高效监管，从而为相应对策的提出和政策立法的制定提供理论支撑和参考依据，形成信息共享、实时监测、决策统一、过程跟踪、部门联动的智慧监管保障机制，创新船舶废气排放管理模式，以期进一步推动船舶节能减排工作的开展和“绿色航运”的发展。2总体要求研究的目的是深化现代信息技术在海事监管中的应用，实现船舶废气排放智慧监管，提高主管机关的监管能力、效率与水平。总体要求是研究突破利用大数据技术进行船舶排放监测监管的关键技术；主要围绕船舶废气排放在线动态大数据集

8、成与管理、基于大数据的船舶废气排放动态测度与评估、船舶废气排放监测监管云平台的建设开展。三个研究内容涉及船舶废气排放大数据的采集、存储、管理、处理、测度、监管服务全过程。研究船舶废气排放在线动态大数据支持系统功能和构成，本部分主要实现对船舶排放监测设备及其监测数据进行接入、存储、管理和融合，建立各类数据及衍生船舶排放主题知识的资源目录，为船舶排放监测监管提供所需数据资源。主要研究内容包括：2.1 船舶废气排放在线动态大数据采集管理本部分内容实现与船舶废气排放相关的多源海事大数据采集管理，涉及船舶基础数据、燃油数据、船舶营运数据、AIS数据等多种数据源，设计各种数据源的接入方式方法及相应的预处理

9、操作，建立多源异构数据之间的关联关系。2.2 船舶废气排放大数据中心设计本部分内容实现船舶废气排放大数据的存储和管理方法，包括不同数据源的存储模式、数据结构、时空索引和元数据，面向船舶排放监测监管需求实现多样化的数据发布和访问机制。2.3 基于大数据的船舶废气排放动态测度与评估本部分主要实现多样化的船舶排放计算模式和方法工具，能够根据不同类型船舶排放数据的内容，设计多种形式的船舶排放测度方法，多角度、多层次的全面评估船舶实际排放情况。主要研究内容包括：(1)基于AIS信息船舶废气排放计算本部分内容基于AIS数据和船舶档案数据库的相关信息，以及相关文献资料和实地调研的结果对船舶活动水平进行收集，

10、基于航行状态辨识测度船舶废气排放量。(2)基于油耗量的船舶废气排放计算本部分内容根据统计数据和在线监测得到多种类型船舶的燃料消耗水平，同时假定发动机设备保持在正常工作状态，获取某一类型船舶的基于燃油消耗量的平均排放因子，然后将燃料消耗量乘以平均排放因子得到船舶排放总量。(3)基于GIS的船舶废气排放可视化分析本部分内容基于GIS空间统计分析技术对区域进行网格化处理，将基于AIS的船舶废气排放计算与评估模型与GIS的可视化功能相结合，实现区域船舶废气排放的可视化显示，包括空间分布可视化，时间分布可视化，和基于船舶属性的可视化，可为对船舶废气排放数据的进一步研究提供更直观的途径。(4)基于图像模式

11、识别的船舶废气排放检测本部分内容在各个废气测点，使用网络化视频图像采集方式，把采集到的多路模拟视频信号通过网络视频服务器就地数字化，并转化为数字图像，利用虚拟的局域网进行网络传输。图像经过处理后，从图像中提取特征信息构成污染物图像环境评价科技分析的样本向量，使用边缘检测、阈值分析等方法来分析图像，识别图像中的污染区域或目标。2.4 研究船舶废气排放监测监管云平台本部分内容主要以水域典型港口为对象，实现满足主管机关监管要求的船舶废气排放监测监管云平台，包括平台架构、功能模块和原型实现。主要研究内容包括：(1)船舶废气排放监测监管云平台架构及功能依据船舶排放大数据的特点和应用需求，综合考虑现有云存

12、储、云计算等云基础设施能力，设计满足船舶废气排放监测监管要求的云平台架构，从存储、计算、安全、维护等方面考虑云平台具备的功能模块。(2)船舶废气排放监测监管网络和应用模式为了避免单一监测方式、单一监测手段受通航环境、天气等因素干扰导致的船舶废气排放计算误差，研究建立海-空协同的船舶排放立体监测网络，采用多数据源交叉计算验证的方式，从多个维度对船舶排放结果进行综合评估。(3)船舶废气排放监测监管云服务船舶排放信息云服务平台是船舶排放监测监管应用的基础支撑，应能够根据对象、位置、时间、偏好等条件提供全方位的船舶排放信息查询、分析、预警、可视化等多样化服务，包括多条件组合的船舶原始排放数据服务查询服

13、务、船舶排放主题知识查询服务、船舶排放动态地图服务、船舶排放实时监测与预警服务、船舶减排社会化服务等。3研究和建设服务的要求通过设计建立全方位、多层次的船舶污染排放立体监测模式，获取海量船舶污染排放大数据，进而充分发挥大数据技术在存储、计算和分析挖掘方面的优势，智能监测水域船舶非法污染排放，可为智慧海事监管及信息服务奠定理论和技术基础。研究和建设服务应达到以下要求：(1)研究成果可用于海事部门、港航管理部门、环保部门及航运相关企业有效开展船舶废气排放监测监管工作，并可进一步用于当地政府和主管机关对船舶废气排放控制管理措施和相应政策法规的制定。的研究成果对于提高水域船舶废气排放监测监管水平，提高监测监管效率，降低水域船舶废气排放总体水平具有重要的意义。(2)研究成果能够通过专家评审会的评审，研究水平能够达到国内领先、国际先进水平；(3)在推广应用后，能够产生良好的社会和直接经济效益，能够有效促进船舶废气排放的监管水平与能力的提高。4进度要求15个月内完