【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及船舶尾气监测，具体涉及一种基于多通道红外遥感的船舶尾气co2浓度监测方法及系统。
技术介绍
1、我国是世界航运大国，港口基础设施和船舶总规模均达到世界领先水平。在倡导和谐、发展、环保、健康等主题的可持续发展战略前景下，船舶尾气造成的碳排放越来越受到重视。
2、现有的船舶碳排放监测技术主要是依据海事部门在船舶到港时核查供受油单证、记录文书等控制区相关要求内容，并视情况进行燃油取样检测，存在检查目标比较随机、针对性不强、效率相对较低等缺点。近年来，对船舶尾气遥测的研究取得了一定成果，但限于技术和设备的成熟度不足，还未在全国海事管理部门全面推广。目前船舶碳排放远程监管的效果和效率，既不能满足海事部门日常履职的内在需要，也无法适应水运行业践行生态文明的外部要求。
技术实现思路
1、为解决目前船舶碳排放监测技术存在的检查目标比较随机、针对性不强、效率相对较低等问题，本专利技术提供了一种基于多通道红外遥感的船舶尾气co2浓度监测方法，基于红外相机中每个光谱通道下的二氧化碳吸收截面，采用特定的判断方法选出中心波长距离相近、且二氧化碳吸收截面有明显差异的第一光谱通道和第二光谱通道，再基于朗伯比尔定律，并采用系列逻辑的公式变换方法构建出最终关系式，进而计算得到船舶尾气中的二氧化碳浓度，消除了光路干扰对计算结果的影响，从而提高了船舶尾气二氧化碳浓度定量检测的准确率。本专利技术还涉及一种基于多通道红外遥感的船舶尾气co2浓度监测系统。
2、本专利技术的技术方案如下：
3、一种基于多通道红外遥感的船舶尾气co2浓度监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
4、波长及吸收截面获取步骤：在距离船舶烟囱一定距离处架设红外相机，并获取烟囱直径以及红外相机中多个光谱通道的中心波长，根据二氧化碳气体的吸收截面谱线获取每个光谱通道下的二氧化碳吸收截面；
5、双通道判断步骤：依次逐对将相邻两个中心波长的差值分别与预设波长阈值进行比对，将差值小于预设波长阈值的各对中心波长保留，再将保留的各对中心波长对应的光谱通道下的二氧化碳吸收截面的差值分别与预设吸收截面阈值进行比较，将差值大于预设吸收截面阈值且差值最大的某对中心波长保留，并将该对中心波长对应的光谱通道作为第一光谱通道和第二光谱通道；
6、像素辐射强度获取步骤：在某一时刻下红外相机分别采用第一光谱通道和第二光谱通道对船舶烟囱出口处的船舶尾气羽流进行拍摄，分别得到第一红外遥感图像和第二红外遥感图像，并从第一红外遥感图像和第二红外遥感图像中分别提取出烟囱中心像素点处的辐射强度，作为第一辐射强度和第二辐射强度；
7、红外辐射强度计算步骤：使用已知辐射强度的至少两个基准点对红外相机测量的辐射强度进行标定，根据标定后的辐射强度和基准点的辐射强度，并采用线性拟合方法建立两者之间的定量关系式，根据第一辐射强度和定量关系式计算出第一光谱通道的红外辐射强度，并根据第二辐射强度和定量关系式计算出第二光谱通道的红外辐射强度；
8、二氧化碳浓度计算步骤：基于朗伯比尔定律构建反应红外辐射强度与二氧化碳气体浓度的第一关系式，并在第一关系式中加入光路干扰因素的动态变量来构建第二关系式，将第一光谱通道的中心波长代入第二关系式计算得到第三关系式，并将第二光谱通道的中心波长代入第二关系式计算得到第四关系式，综合第三关系式和第四关系式计算得到第五关系式，再对两光谱通道的中心波长的距离采用近似方法对第五关系式进行近似处理，得到最终反应船舶尾气中的二氧化碳浓度的第六关系式；将第一光谱通道和第二光谱通道的红外辐射强度、烟囱直径、以及第一光谱通道和第二光谱通道下的二氧化碳吸收截面作为输入，根据第六关系式计算得到船舶尾气中的二氧化碳浓度。
9、优选地，在二氧化碳浓度计算步骤之后，还包括参数评估步骤，利用船舶尾气在线监测设备获取与红外遥感图像相同时刻船舶尾气羽流中二氧化碳浓度的真实值，根据真实值和计算出的二氧化碳浓度建立评估指标，根据评估指标对第六关系式进行评估，验证第六关系式为最优关系式。
10、优选地，所述像素辐射强度获取步骤中，根据红外相机探测尾气羽流的机理，拍摄的船舶尾气羽流的各红外遥感图像中包含了在该波段具有辐射特性气体的浓度特征；
11、所述红外辐射强度计算步骤中，计算出的第一光谱通道的红外辐射强度为在第一光谱通道对应的波段下，太阳光中的红外辐射经过船舶尾气羽流被尾气中的二氧化碳吸收后的辐射强度；计算出的第二光谱通道的红外辐射强度为在第二光谱通道对应的波段下，太阳光中的红外辐射经过船舶尾气羽流被尾气中的二氧化碳吸收后的辐射强度。
12、优选地，所述评估指标包括均方根误差、平均绝对误差和平均绝对百分误差。
13、优选地，所述红外相机采用1920*1080分辨率的高清摄像头。
14、一种基于多通道红外遥感的船舶尾气co2浓度监测系统，其特征在于，包括依次连接的波长及吸收截面获取模块、双通道判断模块、像素辐射强度获取模块、红外辐射强度计算模块以及二氧化碳浓度计算模块，
15、所述波长及吸收截面获取模块，在距离船舶烟囱一定距离处架设红外相机，并获取烟囱直径以及红外相机中多个光谱通道的中心波长，根据二氧化碳气体的吸收截面谱线获取每个光谱通道下的二氧化碳吸收截面；
16、所述双通道判断模块，依次逐对将相邻两个中心波长的差值分别与预设波长阈值进行比对，将差值小于预设波长阈值的各对中心波长保留，再将保留的各对中心波长对应的光谱通道下的二氧化碳吸收截面的差值分别与预设吸收截面阈值进行比较，将差值大于预设吸收截面阈值且差值最大的某对中心波长保留，并将该对中心波长对应的光谱通道作为第一光谱通道和第二光谱通道；
17、所述像素辐射强度获取模块，红外相机分别采用第一光谱通道和第二光谱通道对船舶烟囱出口处的船舶尾气羽流进行拍摄，分别得到第一红外遥感图像和第二红外遥感图像，并从第一红外遥感图像和第二红外遥感图像中分别提取出烟囱中心像素点处的辐射强度，作为第一辐射强度和第二辐射强度；
18、所述红外辐射强度计算模块，使用已知辐射强度的至少两个基准点对红外相机测量的辐射强度进行标定，根据标定后的辐射强度和基准点的辐射强度，并采用线性拟合方法建立两者之间的定量关系式，根据第一辐射强度和定量关系式计算出第一光谱通道的红外辐射强度，并根据第二辐射强度和定量关系式计算出第二光谱通道的红外辐射强度；
19、所述二氧化碳浓度计算模块，基于朗伯比尔定律构建反应红外辐射强度与二氧化碳气体浓度的第一关系式，并在第一关系式中加入光路干扰因素的动态变量来构建第二关系式，将第一光谱通道的中心波长代入第二关系式计算得到第三关系式，并将第二光谱通道的中心波长代入第二关系式计算得到第四关系式，综合第三关系式和第四关系式计算得到第五关系式，再对两光谱通道的中心波长的距离采用近似方法对第五关系式进行近似处理，得到最终反应船舶尾气中的二氧化碳浓度的第六关系式；将第一光谱通道和第二光谱通道本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于多通道红外遥感的船舶尾气CO2浓度监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于多通道红外遥感的船舶尾气CO2浓度监测方法，其特征在于，在二氧化碳浓度计算步骤之后，还包括参数评估步骤，利用船舶尾气在线监测设备获取与红外遥感图像相同时刻船舶尾气羽流中二氧化碳浓度的真实值，根据真实值和计算出的二氧化碳浓度建立评估指标，根据评估指标对第六关系式进行评估，验证第六关系式为最优关系式。
3.根据权利要求1或2所述的基于多通道红外遥感的船舶尾气CO2浓度监测方法，其特征在于，所述像素辐射强度获取步骤中，根据红外相机探测尾气羽流的机理，拍摄的船舶尾气羽流的各红外遥感图像中包含了在该波段具有辐射特性气体的浓度特征；
4.根据权利要求3所述的基于多通道红外遥感的船舶尾气CO2浓度监测方法，其特征在于，所述评估指标包括均方根误差、平均绝对误差和平均绝对百分误差。
5.根据权利要求1所述的基于多通道红外遥感的船舶尾气CO2浓度监测方法，其特征在于，所述红外相机采用1920*1080分辨率的高清摄像头。
6.一种
7.根据权利要求6所述的基于多通道红外遥感的船舶尾气CO2浓度监测系统，其特征在于，还包括参数评估模块，所述参数评估模块与氧化碳浓度计算模块相连，利用船舶尾气在线监测设备获取与红外遥感图像相同时刻船舶尾气羽流中二氧化碳浓度的真实值，根据真实值和计算出的二氧化碳浓度建立评估指标，根据评估指标对第六关系式进行评估，验证第六关系式为最优关系式。
8.根据权利要求6或7所述的基于多通道红外遥感的船舶尾气CO2浓度监测系统，其特征在于，所述像素辐射强度获取模块中，根据红外相机探测尾气羽流的机理，拍摄的船舶尾气羽流的各红外遥感图像中包含了在该波段具有辐射特性气体的浓度特征；
9.根据权利要求8所述的基于多通道红外遥感的船舶尾气CO2浓度监测系统，其特征在于，所述评估指标包括均方根误差、平均绝对误差和平均绝对百分误差。
10.根据权利要求6所述的基于多通道红外遥感的船舶尾气CO2浓度监测系统，其特征在于，所述红外相机采用1920*1080分辨率的高清摄像头。
...【技术特征摘要】
1.一种基于多通道红外遥感的船舶尾气co2浓度监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于多通道红外遥感的船舶尾气co2浓度监测方法，其特征在于，在二氧化碳浓度计算步骤之后，还包括参数评估步骤，利用船舶尾气在线监测设备获取与红外遥感图像相同时刻船舶尾气羽流中二氧化碳浓度的真实值，根据真实值和计算出的二氧化碳浓度建立评估指标，根据评估指标对第六关系式进行评估，验证第六关系式为最优关系式。
3.根据权利要求1或2所述的基于多通道红外遥感的船舶尾气co2浓度监测方法，其特征在于，所述像素辐射强度获取步骤中，根据红外相机探测尾气羽流的机理，拍摄的船舶尾气羽流的各红外遥感图像中包含了在该波段具有辐射特性气体的浓度特征；
4.根据权利要求3所述的基于多通道红外遥感的船舶尾气co2浓度监测方法，其特征在于，所述评估指标包括均方根误差、平均绝对误差和平均绝对百分误差。
5.根据权利要求1所述的基于多通道红外遥感的船舶尾气co2浓度监测方法，其特征在于，所述红外相机采用1920*1080分辨率的高清摄像头。
6.一种基于多通道红外遥感的船舶尾气co2浓度监测系统，...
【专利技术属性】
技术研发人员：李颖，谢铭，韩冰，吴中岱，
申请(专利权)人：上海船舶运输科学研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：
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