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内河水面溢油在线监测方法研究

尹奇志  
【摘要】:船舶溢油污染是内河的主要污染之一。随着内河航运业的快速发展,内河船舶的数量不断增加,溢油污染的潜在风险越来越大。一旦发生大型溢油事故,内河沿线的居民生活、生态、水上生物、旅游景区等将受到严重危害,而且这种危害在短时间内很难消除。溢油事故的发生是很难预测的,当溢油事故发生时,如果能及时监测到溢油发生的地点以及当地的水文和气象信息,并迅速采取有效的防扩散措施,将可以减少溢油污染的不良影响。因此,内河溢油的实时监测对于减少内河油污染的危害具有很重要的意义。 本论文根据内河河道和内河溢油的特点,对内河溢油监测方法进行了研究,并将溢油监测技术、气象监测技术、水文监测技术、无线通信技术以及溢油应急技术相结合,构建了一套全天候实时在线的内河溢油监测系统。论文主要研究工作如下: (1)进行了可见光传感器和红外传感器的溢油监测实验研究。通过可见光和红外传感器采集了水面油膜图像,并应用图像处理软件对采集的图像进行了处理,实验结果表明:当水面有水草、泡沫等物质干扰时,可见光传感器和红外传感器均无法清楚区地分水和油。此外,当传感器晃动时,也很难区分水和油。 (2)进行了能量吸收传感器ID-227的溢油监测实验研究。建立了ID-227传感器溢油数据采集实验平台,通过该实验平台进行了ID-227传感器在空气、净水静止、净水波动、水面漂浮0#柴油、重柴油、原油、航空煤油、滑油、食用油、水草、树叶、泡沫以及不同环境温度下的实验数据采集,并运用快速傅里叶滤波、中位值平均滤波、小波变换等多种滤波方法对实验采集的数据进行了处理,最后根据数据处理结果对传感器在空气、净水静止、净水波动、水面油膜和油膜波动等5种状态进行了特征提取和分类,实现了水面油膜的识别。 (3)进行了激光反射传感器OFD-1的溢油监测实验研究。建立了OFD-1传感器溢油数据采集实验平台,并通过该平台进行了OFD-1传感器在净水静止、净水波动、水面漂浮0#柴油、原油、航空煤油、滑油、食用油、水草、树叶、泡沫、油面波动等多种环境下的输出信号数据采集,同时对不同环境温度、以及降雨条件下传感器的输出也进行了采集,然后运用快速傅里叶滤波、中位值平均滤波、小波变换等滤波方法对采集数据进行了处理,根据数据处理结果对传感器在净水静止、净水波动、水面油膜和油膜波动等状态进行了特征提取和分类。实现了水面油膜的识别。 (4)根据内河溢油特点,通过对可见光、红外、ID-223、ID-227、油份浓度仪等不同水面油膜监测传感器的实验研究和分析比较,最终选定ID-227作为基于内河航标的溢油监测设备,OFD-1作为基于内河桥梁的溢油监测设备。 (5)分析了内河溢油、内河水文以及内河航标的特点,根据这些特点和当前内河溢油监测现状设计了基于多功能航标和桥梁的内河水面油膜监测系统。 (6)根据航标特点开展了与内河溢油应急相关的温度、水流速度、风速、降雨量以及能见度等传感器的选型研究并进行了整个传感系统的电路和电源设计。 (7)构建了内河溢油远程监测信息的传输系统,并分别在实验室和内河进行了测试,测试结果表明该信息传输系统数据掉包率低,运行良好。 (8)应用层次分析法对溢油监测传感网络的布设与优化进行了研究,根据溢油监测系统监测的数据建立了溢油量估算模型,并结合OILMAP软件对溢油的动态归宿进行了模拟,研究了溢油拦截点的确定方法和围油栏的选择方法。


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