一種海上有機汙染物監測報警系統的製作方法

2023-06-18 21:50:36 1

專利名稱：一種海上有機汙染物監測報警系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種海上染物監測報警系統，尤其涉及一種對港區海面汙染物進 行監測報警的系統。
背景技術：
隨著我國經濟快速增長，對外開放程度不斷提高，港口發展達到空前規模。進出港 船舶的日益增加，給港區水域的生態環境帶來巨大壓力，特別是港區發生溢油等汙染的風 險也更加突出。除了由於船舶航行、涉油作業、各種突發事故、船舶航修等環節中可能產生 嚴重的汙染，而且一些違規和違法船舶偷排汙油水、壓載水等會給港區海洋造成更巨大的 破壞，並可能嚴重影響港口的正常作業生產。根據國家港口管理和海洋保護的有關規定，各港口碼頭均需要建立與港口業務規 模相適應的港口溢油應急反應計劃，實現保護海洋環境，促進社會、經濟可持續發展的戰略 目標。同時，在目前全社會對海洋環境保護越來越重視的大形勢下，各涉海企業和海事部門 所肩負的責任也越來越重。如何能夠有效解決或者應對這個問題，不僅得到了各相關部門 和企業的充分認識和高度重視，還建立了完善的管理手段，從制度上儘可能的避免和減少 各種各樣的溢油事故的發生。但是現有的監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。紫外光激發螢光選擇性好、靈敏度高，具有很強的識別能力，近幾年來在環境汙染 監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。其原理是當某種物質被 一束紫外光激發後，該物質的分子吸收能量後從基態躍遷到某一激發態上，再以輻射躍遷 的形式發出螢光回到基態，根據不同物質發出的螢光光譜分布的區別以及紫外光激發螢光 的壽命不同對物質進行監測和檢測。這樣就可以通過測量油類的紫外光誘導螢光光譜，利 用螢光譜的不同強度和形狀來鑑別是否存在油類汙染物以及油的種類，以及利用油膜的紫 外光誘導螢光的時間特性來加以判別，測量其螢光壽命來實現對油膜的探測。這樣就為一 種新型的監測報警系統提供了技術支持。
發明內容本實用新型針對以上問題的提出，而研製一種安裝便捷、使用靈活、結構堅固的海 上有機汙染物監測報警系統。其工作原理是用現場監測裝置對監視港區海面情況，利用監 測裝置中的發光裝置向海面發射一定波長的紫外光並接收反射的螢光，由於海水和汙染物 以及不同汙染物之間的螢光特徵不相同，由監測裝置中傳感器根據螢光光譜特徵判斷海面 是否受到汙染，並判斷汙染物種類。一旦發現汙染事件立即發出警報，並對現場進行拍照， 將獲取的照片連同汙染物種類、位置以及發生時間等信息通過無線通訊模塊向監控中心發 送，由工作人員做進一步分析處理。本實用新型採用技術手段如下一種海上有機汙染物監測報警系統，包括監測裝置及監控中心；其特徵所述監測裝置包括紫外光源，用於發射一定頻率的紫外線光脈衝；光學會聚元件，用於對紫外光源發出的紫外線光進行光學會聚，把紫外光源發出 的紫外光會聚到水面特定面積範圍內；光學收集元件，用於將螢光光譜收集起來耦合到紫外光探測器中；紫外光探測器，用於對光學收集元件收集的螢光光譜進行光電轉換；主控制器，用於對紫外光探測器傳輸過來的螢光光譜信號進行光譜特徵分析，以 鑑別分析探測物的類別，一旦發現汙染事件立即發出警報信號給聲光報警器，並將汙染物 種類、位置以及發生時間信息發往無線通信模塊；聲光報警器，用於接收主控制器發送過來的警報信號，並且在接收到報警信號後 進行聲光報警；無線通訊天線，用於接收主控制器發送過來的汙染物種類、位置以及發生時間信 息，並將其發送到監控中心中；所述紫外光源和光學會聚元件組成的發射端照射於探測物表面產生的各個發散 角的發散光的區域同光學收集元件收集的範圍能夠重疊，然後紫外光探測器對光學收集元 件收集的螢光光譜進行光電轉換後發送到同其相連接的主控制器中進行處理；一旦發現汙 染事件，主控制器發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 將汙染物種類、位置以及發生時間信息發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送到監控中心。還包括具有夜間拍攝功能的攝像頭同主控制器相連接，當主控制器發現汙染事件 後控制攝像頭對現場進行拍照，並通過無線通訊天線將照片發送到監控中心。所述監控中心集成報警信息管理系統，用於監測裝置的遠程操控進行觸發報警、 解除報警、設置監測頻率和控制拍照；並且提供給用戶一個簡捷的操作界面，用於處理存儲 相應數據，並能夠查看和統計分析歷史數據；同時集成GIS系統，在電子海圖上進行監控點 位的操作。所述監控中心通過GPRS/CDMA或3G網絡將報警信息以簡訊的形式發送給用戶。該海上有機汙染物監測報警系統同現有報警系統相比其優點是顯而易見的，其監 控裝置不與水面接觸，保證了在惡劣的海洋環境下儀器的最大使用壽命，採用無線數據傳 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於網絡改造， 另外，與計算機系統結合，具智能分析處理的功能，同時也方便功能的拓展，並可配合組態 類軟體，實現可視化時時監控。由於其結構簡單，便於生產，而且成本低廉適於廣泛推廣。

圖1為本實用新型所述監測裝置的結構示意圖；圖2為本實用新型所述監控報警系統的結構示意圖；圖3為本實用新型利用所述監控報警系統進行水面汙染監控的流程圖；圖4為本實用新型實施例中測得海水螢光光譜圖；圖5為本實用新型實施例中測得海面汙染柴油螢光光譜圖。
具體實施方式
如圖1所述監測裝置的結構示意圖，該監測裝置包括紫外光源1為紫外線脈衝光 源，用於發射一定頻率的紫外線光脈衝；光學會聚元件2為光學會聚元件，用於對紫外光源 1發出的紫外線光進行光學會聚，把紫外光源1發出的紫外光會聚到水面特定面積範圍內； 光學收集元件3為光學耦合元件，用於將螢光光譜收集起來耦合到紫外光探測器中；紫外 光探測器4為一種光電轉換元件，用於對光學收集元件3收集的螢光光譜進行光電轉換；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)，用於對 紫外光探測器傳輸過來的螢光光譜信號進行光譜特徵分析，以鑑別分析探測物的類別，一 旦發現汙染事件立即發出警報信號給聲光報警器，並將汙染物種類、位置以及發生時間信 息發往無線通信模塊；聲光報警器6，用於接收主控制器5發送過來的警報信號，並且在接 收到報警信號後進行聲光報警；無線通訊天線7為一種無線傳輸通訊裝置，用於接收主控 制器5發送過來的汙染物種類、位置以及發生時間信息，並將其發送到監控中心中。該監測 裝置的工作過程為紫外光源1和光學會聚元件2組成的發射端照射於探測物表面產生的 各個發散角的發散光的區域同光學收集元件3收集的範圍能夠重疊，然後紫外光探測器對 光學收集元件3收集的螢光光譜進行光電轉換後發送到同其相連接的主控制器5中進行處 理；一旦發現汙染事件，主控制器5發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還將將汙染物種類、位置以及發生時間信息發送到同其相連接的無線通信 模塊中，再由無線通訊天線7以無線的方式發送到監控中心；另外，監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，當主控制器5發現汙染事件後控制攝像頭8 對現場進行拍照，該攝像頭8為帶LED燈，紅外感光的攝像頭，並通過無線通訊天線7將照 片發送到監控中心。如圖2所示監控報警系統的結構示意圖，其中監控中心集成報警信息管理系統， 用於監測裝置的遠程操控進行觸發報警、解除報警、設置監測頻率和控制拍照；並且提供 給用戶一個簡捷的操作界面，用於處理存儲相應數據，並能夠查看和統計分析歷史數據；同 時集成GIS系統，在電子海圖上進行監控點位的操作。該監控中心包括無線Modemll為 mGSM/GPRS modem,伺服器9連接無線modem和交換機，用於通訊和數據存儲，交換機10為 乙太網交換機，計算機12 (集成報警信息管理系統)並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。監控中心通過無線Mode接收警報信息，並將 報警信息(溢油位置、照片、溢油時間、種類等)存儲到伺服器中後，由計算機(報警信息管 理系統)進行處理。監控系統中的多臺計算機通過有線和無線方式連接，無線Modem接收 數據，轉換成計算機可處理的格式存儲於伺服器內，伺服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，解決一些特殊環境下無法布線的問題。另外，所述監控 中心通過GPRS/CDMA或3G網絡將將照片與汙染物種類，事故發生時間、方位等信息通過無 線通訊模塊傳輸至計算機並發簡訊至負責人手機中。使用時監測裝置安裝位於港區碼頭沿岸，距離水面5m處，保證監測的有效安全進 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)校正監測裝置的 系統時間，使其與計算機時鐘同步，設置通訊埠 ；( 設置監測裝置中的紫外光頻率，向 海面發射一定波長的紫外光，接收反射的螢光；C3)發現汙染物，警報器報警，拍攝現場照 片，並自動向報警信息管理系統發送報警信息，同時向聯繫人發出簡訊提示；(4)報警信息
5管理系統接收報警信息(時間、圖片、汙染物種類等)，發出警報音提醒(同時還可對歷史數 據進行統計分析，生成報表便於負責人形成處理預案)；(6)負責人根據接收的報警信息制 定應急方案，趕往現場處理。設備安裝配置後，紫外燈以355nm波長向海面發射紫外光，光學收集元件3接收反 射的螢光；無汙染時，通過紫外光探測器對生成海水的螢光光譜進行光電轉換，獲取峰值和 波形特徵(圖4)；純海水的螢光光譜具兩個峰值，較高峰位於頻道1和2之間，相對強度為 15，較低峰位於頻道3和4之間，相對強度為7 ； —旦監測海面發生汙染，如柴油洩漏，光學 收集元件3獲取的光譜特徵產生明顯變化(圖幻，這時由主控制器5分析汙染物類別，控制 警報器自動報警，拍攝現場照片，並自動向報警信息管理系統發送報警信息，同時向聯繫人 發出簡訊提示；本實例中汙染物為柴油，其螢光光譜具一個明顯的波峰，位於頻道1和2之 間，相對強度為5 ；設置相對強度0. 5為閾值，低於此閾值將不進行報警；監控指揮中心內的 報警信息管理系統接收報警信息(時間、圖片、汙染物種類等)，發出警報音提醒；如主要負 責人不在指揮中心內，可以通過手機簡訊及時得到報警信息；指揮中心人員利用計算機集 成的報警信息管理系統對歷史數據進行統計分析，生成報表；相關負責人根據接收的報警 信息制定應急方案，趕往現場處理。以上所述，僅為本實用新型較佳的具體實施方式
，但本實用新型的保護範圍並不 局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型揭露的技術範圍內，根據本實用 新型的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本實用新型的保護範圍之 內。
權利要求1.一種海上有機汙染物監測報警系統，包括監測裝置及監控中心；其特徵所述監測裝 置包括紫外光源，用於發射一定頻率的紫外線光脈衝；光學會聚元件，用於對紫外光源發出的紫外線光進行光學會聚，把紫外光源發出的紫 外光會聚到水面特定面積範圍內；光學收集元件，用於將螢光光譜收集起來耦合到紫外光探測器中； 紫外光探測器，用於對光學收集元件收集的螢光光譜進行光電轉換； 主控制器，用於對紫外光探測器傳輸過來的螢光光譜信號進行光譜特徵分析，以鑑別 分析探測物的類別，一旦發現汙染事件立即發出警報信號給聲光報警器，並將汙染物種類、 位置以及發生時間信息發往無線通信模塊；聲光報警器，用於接收主控制器發送過來的警報信號，並且在接收到報警信號後進行 聲光報警；無線通訊天線，用於接收主控制器發送過來的汙染物種類、位置以及發生時間信息，並 將其發送到監控中心中；所述紫外光源和光學會聚元件組成發射端，紫外光探測器對光學收集元件收集的螢光 光譜進行光電轉換後發送到同其相連接的主控制器中；主控制器發出報警信號給同其相連 接的聲光報警器，同時主控制器還將汙染物種類、位置以及發生時間信息發送到同其相連 接的無線通信模塊中，再由無線通訊天線以無線的方式發送到監控中心。
2.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於還包括具有夜間拍攝功能的攝像頭同主控 制器相連接，當主控制器發現汙染事件後控制攝像頭對現場進行拍照，並通過無線通訊天 線將照片發送到監控中心。
3.根據權利要求2所述的系統，其特徵在於所述監控中心通過GPRS/CDMA或3G網絡將 報警信息以簡訊的形式發送給用戶。
專利摘要本實用新型公開了一種海上有機汙染物監測報警系統，包括監測裝置及監控中心；其中紫外光源和光學會聚元件組成的發射端照射於探測物表面產生的各個發散角的發散光的區域同光學收集元件收集的範圍能夠重疊，然後紫外光探測器對光學收集元件收集的螢光光譜進行光電轉換後發送到同其相連接的主控制器中進行處理；一旦發現汙染事件，主控制器發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汙染物種類、位置以及發生時間信息發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送到監控中心。該系統具有使用壽命長、安裝便捷和使用靈活的特點。另外，其結構簡單，便於生產，而且成本低廉適於廣泛推廣。
文檔編號G01N21/49GK201853323SQ201020136528
公開日2011年6月1日 申請日期2010年3月19日 優先權日2010年3月19日
發明者亓洪興, 李穎, 薛永琪, 陳澎 申請人:大連海事大學