为解决目前内河船舶营运中生活污水排放实时远程监测问题，依据我国现行船舶生活污水排放标准，提出 船舶生活污水排放远程在线监测系统功能需求，设计生活污水排放远程在线监测系统的整体架构，利用传感器协 同技术、远程数据传输技术、云计算技术开展基于云平台的船舶生活污水排放监测系统设计。 远程在线监测系统 由船载终端与岸基监测平台组成，系统不仅具备生活污水关键参数监测、违规排放分析与报警、违规排放量计算、 移动及个人计算机（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ，ＰＣ）端的远程监测等基本功能，而且能够实现远程传输方式切换，避免因区 域变化造成系统丧失监测能力。 经过试验环境测试，系统稳定、功能完备、监测效果良好。 

 关键词：
         船舶生活污水；排放；远程监测；云平台；设计与实现
         随着航运业的迅猛发展，船舶对水域环境的污 染愈发突出。 船舶在航运过程中造成水域污染的主 要污染物有船舶含油污水、船舶生活污水、船舶固体 垃圾以及船舶洗舱废水，其中船舶生活污水是最重 要的船舶污染源之一 。 为应对船舶生活污水对 水域环境的污染，我国颁布了《中华人民共和国环 境保护法》 《中华人民共和国水污染防治法》 《中华 人民共和国海洋环境保护法》 《中华人民共和国防 治船舶污染海洋环境管理条例》 等一系列法律、法 规。 船舶生活污水的处理方法有收集贮存、粉碎消 毒和处理达标，分别对应收集贮存排放装置、粉碎消 毒排放装置和处理达标排放装置 。 近年来，随着人们环保意识的提高，处理达标排 放方案越来越受到社会各界的重视。 焦云等 对 内河船舶生活污水处理技术以及处理装置进行创新 与优化，提出通过膜分离技术处理生活污水的方法。 由于有关船舶生活污水达标排放的监管设备不完 善，造成船舶偷排漏排的现象时有发生，对一些河道 和码头水域造成严重污染 。 为减少船舶生活污 水对水域环境的污染，范存龙等设计可用于船舶远程在线监测的系统，但都在稳定性、经济性与实 用性方面有一定的不足。 因此，设计一套适用范围 广、稳定性高的船舶生活污水排放监测系统很有 必要。 

１ 国内船舶生活污水排放标准分析

            我国生态环境部与国家质量监督检疫总局于 ２０１８ 年颁布《 船舶水污染物排放控制标准》 （ ＧＢ ３５５２—２０１８）（以下简称“新国标”），代替《船舶污染 物排放标准》 （ＧＢ ３５５２⁃８３）。 新国标根据船舶航行 时的不同水域以及生活污水处理装置的不同安装时 间，对船舶生活污水排放有明确控制要求，见表 １。 对 于 在 内 河 以 及 距 离 最 近 陆 地 小 于 等 于 ３ ｎ ｍｉｌｅ 的海域内航行的船舶，其生活污水经过处 理后达标排放标准应根据生活污水处理装置的不同 安装（含更新） 时间分别执行不同的排放标准，见 表 ２。

         国内现行有关船舶生活污水的排放标准，不仅 对船舶排放污染物含量进行严格的限制，而且对不 同的水域也进行了严格限制。 因此，船舶生活污水 排放远程在线监测系统不仅需要监测生活污水处理 装置出水口的污染物含量，还需要监测船舶位置以 及航速是否符合新国标的要求。 

２ 监测系统的功能需求分析 

         船舶远程监测系统一般由两部分组成：用于数 据采集与发送的船载终端系统和用于接收、处理及 显示被监测数据信息的岸基监测系统。

２. １ 船载终端系统功能需求 船载终端系统的功能主要包括数据采集、数据 存储及数据收发。 即： 

１） 获取船舶位置及航速数据。 

２） 获取生活污水排放数据。 

３） 获取生活污水处理装置运行数据。

 ４） 具备数据存储功能。 

５） 将数据发送到岸基平台，并接收岸基平台的 信息

２. ２ 。岸基监测系统功能需求

          岸基监测系统的主要功能是数据收发、数据存 储、数据分析及数据显示。 即： 

１） 接收存储船载终端系统数据。 

２） 识别违规排放船舶。 

３） 将违规行为通知监管方和船方。 

４） 监测船载终端系统的工作状态。 

５） 提供数据查询功能。 

３ 监测系统的架构设计 

３. １ 监测系统网络拓扑结构 

          为满足上述功能需求，保证远程数据传输的稳 定，本文船舶生活污水排放监测系统是基于云平台 设计的，采用 ４Ｇ 与卫星的双通信模式，见图 １。 在 船载终端系统与岸基监测系统连接正常时，船载终 端系统将采集的数据信息通过总线传输至船载终端的上位机，上位机的数据通过 ４Ｇ 或卫星发送至岸 基云平台，岸基监测系统将接收的数据存储于云平 台，通过计算、分析，提取违规的数据信息，然后将违 规数据信息发送至对应的船载终端，并以短信形式 将违规信息发送至用户终端。 监测中心以及用户可 以通过云平台提供的接口实时访问云平台的数据信 息，当船载终端系统离线时，岸基监测系统通过短信 将断连提示发送至船舶对应的注册用户。

３. ２ 船载终端系统设计 

３． ２． １ 监测点设计 

          对于内河船舶而言，船舶生活污水存储于储存 柜，一般设有通岸排放接收设备和进入生活污水处 理装置经过处理后排出舷外两种去向。 除船舶在应 急情况下外，在正常航行期间船上生活污水排放应 遵循表 １ 的规定，经过生活污水处理装置处理后的 生活污水在满足表 ２ 的限值情况下方可排放，见 图 ２。

          为防止生活污水违规排放，需要对船舶位置、航 速、生活污水排放方式、生活污水处理装置工作状态 以及排放口水质进行监测。 船舶的位置与航速通过 第三方提供的应用程序编程接口（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｐｒｏ⁃ｇｒａｍｍｉｎｇ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ，ＡＰＩ）获取生活污水排放方式通 过测量储存柜的液位、通岸接口流量以及排放口流 量获取，生活污水处理装置工作状态通过测量工作 电流获取，排放口水质通过测量排放口生活污水的 ＢＯＤ５ 、ＣＯＤ 氮值获取。 Ｃｒ、固体悬浮物、ｐＨ、氨氮、总氯、总磷、总 氮值获取。

３. ２． ２ 硬件结构设计 

          为实现船载终端系统的功能，本文设计的船载 终端系统由数据采集模块及数据收发模块组成，见 图 ３。

           传感器模块与可编程逻辑控制器（Ｐｒｏｇｒａｍｍａ⁃ ｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ＰＬＣ）采集模块组成船载终端系 统中的数据采集模块，数据采集模块中的 ＰＬＣ 通过 总线与数据收发模块的上位机相连。 传感器选型首先需要根据被测对象及测量环境 确定，然后考虑传感器的具体性能指标，包括传感器的灵敏度、频率响应特性、线性范围、精度以及稳定 性等。 本设计传感器的选取以 ＷＣＭＢＲ⁃２０ 型生活 污水处理装置为母型，见表 ３。

            生活污水排放方式 通过液位计、流量开关及流量计获取，生活污水处理 装置工作状态的监测可通过电流变送器获取，生活 污水处理装置排放口水质监测参考表 物监测项，选择对应现有成熟的传感器２。的经主调要研污，染目 前市面上的多参数智能传感器可采集水质的多种参 数，采用此种类型的传感器，将减少传感器的安装 数量。

ＰＬＣ 数据采集系统选型首先需要确定生产厂 家，不同厂家的 ＰＬＣ 在开发方面具有较大差异，主 要依据开发者进行选择，以便提高开发效率，其次依 据传感器采集数据量和数据类型以及与上位机之间 采用的通信类型，同时兼顾系统的冗余、稳定性、通 用性等。 根据以往项目经历中使用 Ｂｅｃｋｈｏｆｆ（倍福） 公司 ＰＬＣ 数据采集系统的经验，该系统具有安装方 便、配置灵活、可扩展性强、易于开发、运行稳定等特 点，因而在此监测系统中采用倍福 ＰＬＣ 数据采集系 统。 倍福 ＰＬＣ 数据采集系统由嵌入式控制器和 Ｉ／ Ｏ 模块组成，用户可以根据需要选择合适的 Ｉ／ Ｏ 模块 对控制器的接口进行扩展，并将其安装于导轨架上。 通过表 ３ 可知，该采集系统的信号输入有 ９ 个，其中 有 １ 个数字量输入，模拟量有 ４ 个 ４ ～ ２０ ｍＡ 输入和 ４ 个 ＲＳ４８５ 输入，由此选取的倍福采集设备见表 ４。 上位机以及与上位机相连的通信模块具有普遍 的通用性。 上位机在选取时主要考虑船舶运行环 境，比如防潮、抗震等，亦可以选用船上固定的 ＰＣ 作为上位机。 通信模块的选取需要考虑模块的稳定 性、可靠性以及数据传输能力。 为满足船载终端系 统与岸基监测系统之间的数据传输需求，本设计的 数据传输方式采用 ４Ｇ 网络通信与天通卫星通信组 合的形式，４Ｇ 网络通信模块选用 ＵＳＲ⁃Ｇ７７１ 数据传 输模块，天通卫星通信模块选用 ＳＣ５１０ 船载通信 终端。

         经过上述选型分析，本监测系统的船载终端系 统硬件网络见图 ４。

 

原标题：内河船舶生活污水排放监测系统设计与实现

原作者：侯轶仁， 杨祥国， 陈 辉， 管 聪， 李 睿