基于物联网的船舶生活垃圾闭环监管系统研究

吴富民 陈江平 李培正 陈岱岱 徐斌 连雪海

摘   要：随着国内外海运和海洋经济的快速发展，船舶生活垃圾剧增。为了减少船舶生活垃圾偷排、滥排对海洋环境造成的污染和破坏，文章提出了一种基于物联网的船舶生活垃圾闭关监管系统，设计了基于具备数字标签的船载物联网垃圾桶、岸基物联网垃圾回收站和监管平台的“一桶、一站、一平台”的闭环监管系統架构，能对船舶垃圾的产生和回收进行全过程监管，提高监管质量和效率。

关键词：船舶污染物;生活垃圾;物联网垃圾桶;监管系统

1    海洋、河流生态问题简要介绍

随着我国社会经济发展，内河运输和海洋渔业船生产规模不断扩大，同时，也带来了船舶生活垃圾处理的问题。船舶生活垃圾大多难以降解，不仅会对海洋环境造成严重的污染，还将对海洋生物构成严重的威胁。在“绿水青山就是金山银山”的理念指引下，有效处理船舶生活垃圾，保护海洋、河流生态刻不容缓。

对船舶生活垃圾的有效监管，定量地获取船舶生活垃圾产生量、排放量，是当前政府和海事机构研究的热点[1]。在内河船舶方面，嘉兴在市内所有港口码头配置了垃圾接收桶、标示牌。在船舶装卸货物时，由船员将船上垃圾送至码头指定垃圾接收桶，码头企业免费统一进行回收，并登记盖章，以备海事监管[2]。苏州海事于2017年推出了船舶污染物管理平台，对辖区237家码头设置的船舶污染物接收点进行统一编号管理，分配了专门的二维码。船员在送交船舶生活垃圾、油废水等船舶污染物的时候，可用手机扫描二维码，按要求填报相关材料能自助获取电子版《船舶污染物接收证明》[3]。但这种二维码岸上数据获取的方法存在明显漏洞，通过远程手机扫二维码照片依然可以获取接收证明，且没有从船舶垃圾的源头进行数据采集，形成的开放式监管容易滋生虚报等行为。在渔船方面，全国各地渔船出海垃圾处理的方式是船上收集、靠港后由船员自行投放到城乡环保部门在港口码头设置的垃圾箱内。按相关规定要求，船上垃圾接收时，应有专职人员予以核实数量、重量后，记录在《航行记录簿》或《垃圾记录簿》中。但各地实际执行与要求相距甚远，无人管理或弄虚作假的现象普遍存在，难以实现有效监管。

我国经济发展已由高速增长转向高质量发展的新阶段，利用物联网、大数据等更加有效的信息技术手段，能够有效、便捷地实现船舶生活垃圾的定量监测和闭环追踪。深入推进“蓝色大海”“绿色港航”国家战略践行，实现生态和谐持续发展。本文采用传感、通信、网络和大数据技术，设计了基于“一桶（船载物联网垃圾桶）、一站（物联网垃圾回收站）、一平台（监管平台）”架构的船舶生活垃圾全过程、信息化的闭环监管系统，该系统能实现船舶生活垃圾接收的自动监管，能很好地解决辖区内外环保检查手段不一致带来的兼容性问题，具有船舶生活垃圾产生过程和接收结果数据比对和分析功能，并能追踪污染物去向，为监管部门提供强有力的执法依据。

2    系统设计

本文设计的基于物联网的船舶生活垃圾闭环监管系统如图1所示，采用“一桶、一站、一平台”构架。其中，船载物联网垃圾桶与船舶进行身份绑定，使用贴有射频标签的垃圾袋，可实时监测船舶污染物产生的过程数据，通过4G公网将数据上传至后台。港口码头接收站接收船舶污染物，通过扫码或者手动选择船舶自动识别系统（Automatic Identification System，AIS）数据等方式与船舶身份绑定，并通过射频标签读取器读取垃圾袋编号，自动打印纸质凭证和推送电子凭证，并将接收数据通过4G公网上传到后台，后台自动匹配同一射频标签下的重量数据，断定船舶身份，自动分析船舶在一段时间内的污染物产生和接收量，从而实现船舶污染物的闭环监测功能。

3    物联网底座设计

“一桶一站”中的船载物联网垃圾桶、物联网垃圾回收桶采用相同的物联网底座设计。物联网底座控制板包含供电模块、称重模块、4G通信模块、射频标签读取模块、电池组和太阳能电池板，如图2所示。具有船电DC24V或电池组两种供电方式。为达到低功耗目的，各模块供电支路设计为可控的，采用开盖触发，当垃圾桶盖打开又闭合时，将触发一次称重功能。同时，换袋动作决定是否打开射频标签读取功能，读取完毕后通过4G模块将底座编号、射频标签编号、垃圾重量信息、时间及位置信息一起发往监管平台。

4    监管平台

监管平台收到物联网垃圾桶和物联网垃圾回收站的信息后，依据垃圾袋射频标签编号进行消息匹配，确定生活垃圾来源船舶的身份。同时，记录物联网垃圾回收站位置信息，对比同一射频标签下船载物联网垃圾桶上发的重量数据和物联网垃圾回收站收到的重量数据。若收到的重量数据小于上发重量，并达到预设值时，即认为有偷排嫌疑，管理平台自动标记，排除禁渔期。监管平台若在两个月内仍然检测不到船舶投放垃圾的数据，即标记该船舶存在偷拍嫌疑，监管部门可依据监管平台标记信息约谈对应船舶船东，进行进一步排查和思想教育。

5    实际测试

所设计的50 L船载物联网垃圾桶与240 L港口码头物联网回收桶的样机实物如图3—4所示。在底部均嵌入了所设计的物联网底座。测试时，射频标签黏贴于垃圾袋底部中央，船载桶开盖更换垃圾袋投放1 kg砝码再关盖后，监管平台船载桶管理/污染物信息列表下，即接收到一帧带有船载桶底座编号、射频标签编号、重量信息、时间及位置信息的数据，反复投递10次，测得的重量在50 g±1 kg范围内，如表1所示。将该垃圾袋投递到港口/码头回收桶后，监管平台岸桶管理/投放信息列表下即接收到一帧带有岸桶底座编号、射频标签编号、重量信息、时间及位置信息的数据，并自动根据射频标签编号匹配预留在监管平台里的船舶AIS 9位码信息，绑定船舶排放信息，经过反复10次测试，测得的重量在1 kg±80 g范围内。

为减少误报警，并考虑部分液态垃圾蒸发特性，偷排判定重量预设值可适当上调。

6    结语

本文设计了一种基于物聯网的船舶生活垃圾闭环监管系统，采用“一船、一站、一平台”的船舶生活垃圾闭环监管架构，系统能够有效解决船舶生活垃圾船上产生和岸上搜集过程的闭环监管问题。

[参考文献]

[1]谢琼.内河船舶污染物岸上接收模式分析[J].科技信息，2011（19）：360.

[2]李朝敏.“五水共治”背景下嘉兴绿色内河航运物流发展研究[J].嘉兴学院学报，2015（3）：43-47.

[3]汤连帮，杨晓阳，齐敏.江苏省内河港口船舶污染物接收转运处置的问题及建议[J].水运管理，2018（9）：20-22.

Research on closed-loop supervision system of

ship municipal solid waste based on Internet of Things

Wu Fumin， Chen Jiangping， Li Peizheng， Chen Daidai， Xu Bin， Lian Xuehai

（CETC Maritime Electronics Research Institute Co.， Ltd.， Ningbo 315040， China）

Abstract：With the rapid development of shipping and marine economy， ships domestic garbage has increased dramatically. In order to reduce the pollution to the oceans and rivers caused by the smuggling and discharge of domestic garbage， we present an Internet of Things （IoT） based closed-loop ship domestic garbage supervision system. The system architecture is establishedbased on shipborne IoT trash can， shore IoT garbage collection station and supervision platform. Test proves that quality and efficiency of supervision can be conducted by employing this system.

Key words：ship pollutant; domestic waste; Internet of Things trash can; supervision system