本發(fā)明涉及一種用于確定由船舶的內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的排氣尾流中的排放的方法，具體地，涉及一種用于確定排氣尾流中的至少一種預(yù)定氣體的存在或濃度或者顆粒物的數(shù)量和大小的方法。本發(fā)明還涉及一種用于確定上述排放的無人駕駛飛行器。

背景技術(shù)：

通過海運(yùn)運(yùn)輸貨物構(gòu)成了空氣污染的主要污染源，并且極大地影響了全球多個(gè)城市的空氣質(zhì)量。根據(jù)研究報(bào)告可知，僅在歐洲，與治療由船舶交通導(dǎo)致的疾病相關(guān)的醫(yī)療費(fèi)用達(dá)到了大約600億歐元，相當(dāng)于該區(qū)域中與空氣污染效應(yīng)相關(guān)的醫(yī)療費(fèi)用的大約10％。在歐洲，來自船舶的排放每年導(dǎo)致大約50,000人過早死亡。

為了減少船舶交通對(duì)環(huán)境的影響，歐盟和國(guó)際海事組織已經(jīng)實(shí)施了目的在于減少排放(尤其是減少SO₂和NO₂的排放)的條例。已經(jīng)在全球限定了多個(gè)特定的控制區(qū)域，稱作硫排放控制區(qū)(Sulphur Emission Control Area，SECA)，在SECA中應(yīng)用了更嚴(yán)格的排放限制。在進(jìn)入這些區(qū)域時(shí)，要求船舶使用低排放燃料，而在SECA之外，可以使用其他和更便宜的類型的燃料。因此，大部分現(xiàn)代船舶裝備有兩個(gè)燃料箱，其中一個(gè)裝有符合SECA的燃料，而另一個(gè)裝有非符合SECA的燃料。普通的燃料包括重燃料油(HFO)和船用柴油(MDO)，其中HFO具有大約2.5％的硫含量，以及MDO具有大約1％的硫含量(在2015年1月以后為0.1％)。

環(huán)保條例的實(shí)施還增加了國(guó)家政府對(duì)船舶排放的控制的需求。然而，目前還沒有開發(fā)出用于對(duì)船舶的尾流(羽流)進(jìn)行排氣(廢氣)測(cè)量的可靠且經(jīng)濟(jì)的措施。因此，迄今為止，還不能夠有效地控制船舶的排放，并且可能懷疑許多船舶在進(jìn)入SECA時(shí)并沒有執(zhí)行所要求的符合SECA的燃料的切 換。因此，存在對(duì)使國(guó)家和國(guó)際海事組織能夠強(qiáng)制執(zhí)行環(huán)保條例的新技術(shù)的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于以上背景，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種用于從使可應(yīng)用的排放條例能夠被強(qiáng)制執(zhí)行的角度來監(jiān)測(cè)船舶的排放的經(jīng)濟(jì)且可靠的方法排放排放。

在第一方面中，本發(fā)明因此提供一種用于確定在船舶巡航過程中由船舶的內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的排氣尾流中的排放的方法，所述排放包括至少一種預(yù)定氣體的存在或濃度或者顆粒物的數(shù)量和大小，所述方法包括下述步驟：

-識(shí)別船舶、船舶的位置、航向和速度；

-確定船舶在其中巡航的區(qū)域的氣象條件；

-提供一種無人駕駛飛行器(UAV)，所述UAV包括：、

-電控系統(tǒng)，用于控制飛行器的飛行；

-至少一個(gè)傳感器，用于確定飛行器周圍的大氣中的排放；

-數(shù)據(jù)接口，用于將信號(hào)傳遞至外部數(shù)據(jù)收集單元，所述數(shù)據(jù)信號(hào)包括以下信號(hào)中的至少一種：(a)所述至少一個(gè)傳感器的輸出信號(hào)；以及(b)從所述至少一個(gè)傳感器的輸出信號(hào)獲得的數(shù)據(jù)；

-根據(jù)船舶的位置、航向、速度并且還根據(jù)所述氣象條件來確定排氣尾流的位置和分布；

-控制UAV，以進(jìn)行：

-飛行穿過排氣尾流；

-利用所述至少一個(gè)傳感器確定排氣尾流中的所述排放；以及

-將所述信號(hào)傳輸至外部數(shù)據(jù)收集單元，以對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步處理。

由于提供了UVA，因此，能夠在操作UAV的過程中通過接觸船舶的排氣尾流在船舶的巡航過程中確定排放。

因此，例如可以立即檢測(cè)在SECA區(qū)域中巡航的船舶是否恰當(dāng)?shù)厥褂梅蟂ECA的燃料。排放的確定是非侵入式的，因此從這個(gè)意義上說不需要裝備或人員登船。另外，排放可以被確定而無需事先通知，并且之后也不會(huì)對(duì)由UAV檢測(cè)到的排放的來源產(chǎn)生懷疑，因?yàn)閁AV的位置數(shù)據(jù)(例如GPS 數(shù)據(jù))可以與船舶的位置數(shù)據(jù)(例如AIS(見下文)和/或雷達(dá)記錄)相關(guān)聯(lián)并且被一起記錄。在大多數(shù)情況下，可以基于雷達(dá)系統(tǒng)或與指揮員進(jìn)行無線電通信或者船舶的自動(dòng)位置廣播系統(tǒng)來識(shí)別船舶，或者甚至還可以基于安裝在UAV上的適當(dāng)?shù)臄z像設(shè)備進(jìn)行的攝像記錄來識(shí)別船舶。

在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述至少一個(gè)傳感器包括被稱作現(xiàn)場(chǎng)(in situ)傳感器的傳感器，其可以是用于化學(xué)或電化學(xué)分析與傳感器表面接觸的氣體和/或空氣的非光學(xué)傳感器。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的是，與光學(xué)傳感器(尤其是遠(yuǎn)程光學(xué)傳感器)相比，使用非光學(xué)傳感器(諸如電化學(xué)或NDIR傳感器)的優(yōu)勢(shì)在于：與光學(xué)傳感器相比，利用非光學(xué)傳感器可以精確地確定NO_x排放，并且可以捕獲和更精確地分析顆粒物(尤其是與船舶排放相關(guān)地關(guān)注的硫顆粒物)。

與所謂的遙感的概念相比，現(xiàn)場(chǎng)傳感器提供了以下優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量的數(shù)據(jù)可以精確地與所關(guān)注的環(huán)境相關(guān)聯(lián)。在許多情況下，對(duì)于由可應(yīng)用的光學(xué)傳感器提供的測(cè)量來說，需要針對(duì)船舶的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行特定的假設(shè)(除了其他假設(shè)之外)，例如在可應(yīng)用的操作狀態(tài)下的NO_x排放的速率。這樣的假設(shè)通常至少部分地基于查詢表并且缺乏準(zhǔn)確性(特別是在實(shí)際情況與假設(shè)不同的情況下)。例如，如果船舶降低了其NO_x排放，則可能出現(xiàn)這樣的偏差，并且可能導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)果?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)量克服了這些缺點(diǎn)。另外，現(xiàn)場(chǎng)傳感器消除或降低了船舶識(shí)別錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)，這是由于感測(cè)到的數(shù)據(jù)可以與UAV的GPS位置和時(shí)間戳相關(guān)聯(lián)。

如本文所使用的，術(shù)語“航向”可以特指船舶的航行方向(航線)。

用于控制飛行器的飛行的電控系統(tǒng)可以是操作員輔助的，即，手動(dòng)操作或編程，或者其可以被配置用于例如基于傳感器輸入自動(dòng)地控制飛行器的飛行。

所述至少一個(gè)傳感器可以包括傳感器室，該傳感器室優(yōu)選地可以被密封，并且其可以包括空氣入口(例如，管)和/或過濾器。提供傳感器室使得所述至少一個(gè)傳感器(優(yōu)選地由一個(gè)或更多個(gè)諸如電化學(xué)傳感器的非光學(xué)傳感器組成)能夠具有可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)。具體地，隨著UAV在操作過程中移動(dòng)，室避免了空氣擾動(dòng)(例如紊流)。另外，可以通過例如抽吸泵來控制空氣或氣體進(jìn)入到室中，使得進(jìn)入到室中的尾流的一部分空氣(或氣體)可以 與尾流內(nèi)的不同位置相關(guān)。如所述的，可以提供抽吸泵以將空氣和/或氣體抽吸到室中。用于優(yōu)化所述至少一個(gè)傳感器的讀數(shù)的中繼器還可以被設(shè)置在室內(nèi)或室附近。

通常，在具有高氣體濃度波動(dòng)的環(huán)境下對(duì)來自船舶的尾流進(jìn)行測(cè)量。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)能夠足夠快地反應(yīng)的傳感器相當(dāng)重且相當(dāng)龐大，因此對(duì)于UAV應(yīng)用來講不是優(yōu)選的。因此，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例依賴于能夠被UAV不費(fèi)力地?cái)y帶的相對(duì)輕的傳感器。然而，這種重量輕的傳感器需要穩(wěn)態(tài)的環(huán)境，以使它們執(zhí)行足夠精確的測(cè)量。在一個(gè)實(shí)施例中，在飛行過程中識(shí)別的尾流中的特定位置(優(yōu)選地在最佳位置)處記錄傳感器測(cè)量結(jié)果。在一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施例中，所述至少一個(gè)傳感器被布置在封閉的室中，該室的大小在(多個(gè))傳感器周圍提供均質(zhì)的空氣。優(yōu)選地，例如通過抽吸泵和中繼器來控制空氣或氣體進(jìn)入到室中，在已經(jīng)到達(dá)尾流內(nèi)的期望位置時(shí)，例如當(dāng)特定氣體和/或顆粒物的濃度超過預(yù)定閾值時(shí)，中繼器關(guān)斷空氣或氣體的進(jìn)入。

因此，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例(其用于通過UAV的方式執(zhí)行對(duì)海中的移動(dòng)船舶產(chǎn)生的尾流中的尤其是硫排放的測(cè)量)包括：

-在UAV的飛行過程中控制UAV的飛行軌跡，尤其是基于船舶速度和航向和/或氣象條件和/或傳感器數(shù)據(jù)來進(jìn)行控制，

-通過在室中設(shè)置至少一個(gè)傳感器來進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)傳感器測(cè)量；以及

-在期望的測(cè)量點(diǎn)處，控制氣體和/或空氣進(jìn)入傳感器室內(nèi)，以在室內(nèi)實(shí)現(xiàn)均質(zhì)穩(wěn)態(tài)。

如本文所使用的，術(shù)語排氣尾流的“位置和分布”應(yīng)當(dāng)被理解為包括至少確定排氣尾流的位置及其中心線。本發(fā)明的方法可以包括在飛行前或飛行期間基于船舶的位置(優(yōu)選地，例如通過AIS數(shù)據(jù)獲得的實(shí)時(shí)位置)確定最佳采樣點(diǎn)的步驟。具體地，可以基于測(cè)量到的傳感器數(shù)據(jù)來確定排氣尾流的位置和中心線。

控制UAV飛行穿過排氣尾流的步驟可以基于自主飛行控制來執(zhí)行，尤其是基于采樣到的傳感器數(shù)據(jù)來執(zhí)行。

在使飛行器飛行穿過排氣尾流的步驟中，飛行路線可以被連續(xù)地調(diào)整，優(yōu)選地以實(shí)時(shí)方式調(diào)整，以使尾流內(nèi)的飛行器被最優(yōu)地定位。

在飛行和數(shù)據(jù)采樣過程中，一旦達(dá)到預(yù)定濃度閾值，可以以通過控制將 空氣和/或氣體吸入到傳感器室中的方式使尾流中的排放的采樣最優(yōu)化。

應(yīng)當(dāng)理解的是，確定(包括實(shí)施確定)船舶位置、航向和速度、氣象條件和/或檢測(cè)到的氣體或顆粒物濃度的變化可以包括確定上述參數(shù)的變化率。

識(shí)別船舶、船舶的位置、航向(即航行方向)和速度的步驟可以通過通用方式(例如通過自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)(AIS)，通過雷達(dá)檢測(cè)和/或通過無線電通信)被執(zhí)行。如上所述，一個(gè)或多個(gè)適當(dāng)?shù)嘏渲玫臄z像機(jī)可以被安裝或者與UAV集成作為用于確定船舶的身份的可選方式或補(bǔ)充方式。

可以被確定的氣體的濃度可以具體地包括二氧化碳(CO₂)的濃度和/或二氧化硫(SO₂)的濃度。具體地，CO₂和SO₂測(cè)量的組合信號(hào)，尤其是SO₂/CO₂比例，可以被用于確定船舶使用的燃料的硫濃度。優(yōu)選地，在尾流的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行測(cè)量，在尾流中，從船舶發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣中排放的CO₂的存在相對(duì)于來自其他源的CO₂占主導(dǎo)地位。已知的傳感器本身可以應(yīng)用于本發(fā)明。為了檢測(cè)CO₂濃度，優(yōu)選地可以應(yīng)用非分散紅外(NDIR)傳感器，例如可以使用提供0-5000ppm的測(cè)量范圍的類型。NDIR傳感器是通常被用作氣體檢測(cè)器的光譜裝置。典型地，經(jīng)過裝置的采樣的波長(zhǎng)未被預(yù)先濾波。為了確定SO₂的濃度，優(yōu)選地可以采用電化學(xué)傳感器。通?？捎玫碾娀瘜W(xué)氣體傳感器包括氣體檢測(cè)器，其通過在電極處氧化或還原目標(biāo)氣體并測(cè)量在電極處產(chǎn)生的電流來確定目標(biāo)氣體的濃度。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的是，由于NO₂的存在，由電化學(xué)傳感器測(cè)量的SO₂的濃度可能需要校正。因此，用于檢測(cè)NO₂的存在的其它電化學(xué)傳感器可以被應(yīng)用。

優(yōu)選地，確定排氣尾流的位置和分布(包括用于排放采樣的最佳位置)的步驟包括在飛行前預(yù)估(即，預(yù)測(cè))在UAV預(yù)計(jì)飛行穿過尾流的時(shí)間點(diǎn)時(shí)尾流的中心線的預(yù)期或預(yù)計(jì)位置。優(yōu)選地還包括在UAV任務(wù)過程中通過更新有關(guān)船舶的位置、氣象條件(具體地，包括風(fēng)的數(shù)據(jù))、來自至少一個(gè)傳感器的輸出信號(hào)等數(shù)據(jù)來實(shí)時(shí)地調(diào)整飛行軌跡和速度，以在采樣時(shí)沿尾流的中心線使UAV的位置最優(yōu)化。

為了提高排放測(cè)量的精確度，本發(fā)明可以受益于所采用的進(jìn)氣管和過濾器以使影響測(cè)量的陣風(fēng)最小化，以及容納至少一個(gè)傳感器的密封的傳感器室。可以設(shè)置泵來控制或促進(jìn)空氣流入到室中，以獲得對(duì)于傳感器的穩(wěn)態(tài)條件。

特別地，對(duì)于CO₂，本發(fā)明的實(shí)施例還可以包括考慮到排氣尾流之外的 大氣中的CO₂濃度的步驟。并非由船舶的發(fā)動(dòng)機(jī)排放的CO₂(至少大約400-440ppm的偏差)可以自然地存在于大氣中或者可以來自其他源。非船舶相關(guān)的CO₂濃度可以通過UAV的一個(gè)或更多個(gè)傳感器測(cè)量，或者其可以從外部源提供。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述至少一個(gè)傳感器可以被配置為確定的NO_x濃度。

可以基于安裝在UAV上或者與UAV集成的一個(gè)或更多個(gè)已知的合適的傳感器本身來測(cè)量顆粒物(特別是煙塵顆粒物)的數(shù)量或大小。在緊鄰船舶的位置，即小于大約100m的距離處，直徑范圍為大約100nm或更小的超細(xì)顆粒物是首要考慮物，而這種顆粒物在離船舶超過100m的距離處可能趨于生長(zhǎng)成為更大的大小。可以通過已知的顆粒物計(jì)數(shù)器(例如，同時(shí)對(duì)顆粒物進(jìn)行檢測(cè)和計(jì)數(shù)的類型)本身來確定顆粒物的存在和數(shù)量。例如，可以基于光散射、光遮擋或直接成像來進(jìn)行顆粒物計(jì)數(shù)。隨著顆粒物穿過檢測(cè)室，使用諸如激光或鹵素光源的光源來照射顆粒物。顆粒物經(jīng)過光源，并且如果使用光散射，則可以通過光檢測(cè)器來檢測(cè)重新定向的光，光檢測(cè)器的輸出可以用于確定顆粒物數(shù)量。

為了降低UAV上的無線射頻發(fā)射組件對(duì)所述至少一個(gè)傳感器的信號(hào)的可能的干擾，本發(fā)明可以包括將傳感器控制板設(shè)置在傳感器室內(nèi)。

各個(gè)傳感器輸出的氣體濃度和顆粒物計(jì)數(shù)測(cè)量可以由UAV的電控系統(tǒng)收集并在其中進(jìn)行適當(dāng)?shù)靥幚?，或者可以被發(fā)送至遠(yuǎn)程的在岸或離岸設(shè)施來進(jìn)行進(jìn)一步處理和評(píng)估。

除了排放數(shù)據(jù)之外，優(yōu)選地，本發(fā)明的采樣各組數(shù)據(jù)的步驟可以包括下述步驟：在每組數(shù)據(jù)中包括由所述至少一個(gè)傳感器獲得的傳感器數(shù)據(jù)、采樣的時(shí)間、在采樣時(shí)UAV的位置，以使傳感器數(shù)據(jù)能夠與具體的船舶、時(shí)間和位置相關(guān)聯(lián)。優(yōu)選地，在收集或采樣各組數(shù)據(jù)之前，飛行器自主導(dǎo)航或以輔助操作(即，被遙控)的方式導(dǎo)航至排氣尾流中的最佳采樣點(diǎn)。

船舶巡航的區(qū)域內(nèi)的當(dāng)前或預(yù)測(cè)氣象條件可以通過通用方式來確定，并且可以通過氣象服務(wù)來方便地獲得。船舶巡航的區(qū)域內(nèi)的風(fēng)向和風(fēng)速對(duì)于能夠確定與船舶相關(guān)的排氣尾流的位置和分布來講是感興趣的。其它氣象因素，例如濕度、溫度和/或下雨可以被考慮，以充分地補(bǔ)償排放測(cè)量，或者目的在 于能夠評(píng)估所獲得的測(cè)量的質(zhì)量(即精確度)。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的是，濕度和溫度對(duì)可獲得的測(cè)量的影響小，下雨可以使對(duì)顆粒物的檢測(cè)不準(zhǔn)確。因此，優(yōu)選地，在無雨的條件下檢測(cè)顆粒物的濃度。

本發(fā)明的UAV可以包括UAV(或無人機(jī))本身，即，不需要駕駛員在機(jī)上的飛行器。UAV的飛行既可以由UAV本身的計(jì)算機(jī)自主控制，也可以在駕駛員的遙控下控制，或者通過在地面上或另一個(gè)飛行器、或船舶等中的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)來控制。典型地，無人飛行器的發(fā)射和回收方法由自動(dòng)系統(tǒng)或者地面上的外部操作員來實(shí)現(xiàn)。UAV可以是具有固定翼并且一個(gè)或多個(gè)推力產(chǎn)生裝置被永久性地固定在垂直穩(wěn)定器或機(jī)翼上的類型，或者可以是多旋翼的類型。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，可以在起飛前確定包括UAV的至少一個(gè)飛行軌跡的飛行任務(wù)。例如，飛行軌跡可以根據(jù)作為任務(wù)目標(biāo)的船舶的位置、速度和航向(航行方向)來制定。軌跡還可以根據(jù)指定的測(cè)量任務(wù)來確定。例如，對(duì)于一個(gè)船舶，可能期望顆粒物數(shù)量的測(cè)量在距離船舶的第一預(yù)定位置處進(jìn)行，而對(duì)于另一個(gè)船舶，可能需要在距離船舶的第二預(yù)定距離處獲得顆粒物數(shù)量的測(cè)量。

代替在UAV起飛前確定飛行任務(wù)，或者除了在UAV起飛前確定飛行任務(wù)之外，飛行任務(wù)可以在飛行過程中根據(jù)例如控制飛行軌跡的控制條件來確定、修正或調(diào)整。例如，UAV的控制系統(tǒng)可以被編程，以自動(dòng)地調(diào)整UAV經(jīng)過船舶的排氣尾流的實(shí)際飛行軌跡和速度，從而將UAV朝向排氣尾流中的感興趣的特定區(qū)域?qū)Ш剑缱罡叩目纱_定氣體濃度或顆粒物數(shù)量的區(qū)域(最佳采樣點(diǎn))。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，在飛行期間調(diào)整飛行軌跡可以基于氣體傳感器和顆粒傳感器的輸入、氣象條件(尤其是風(fēng)的數(shù)據(jù))、與船舶位置、速度和航向相關(guān)的數(shù)據(jù)以及上述數(shù)據(jù)的衍生時(shí)間。具體地，飛行軌跡因此可以至少基于至少一個(gè)傳感器的輸出信號(hào)來調(diào)整，從而調(diào)整飛行軌跡可以包括重復(fù)地確定排放的濃度的變化率(包括顆粒數(shù)量)。為了將UAV朝向高濃度的區(qū)域?qū)Ш?，飛行軌跡可以在濃度變化率為負(fù)值的情況下進(jìn)行調(diào)整。

如果氣象條件的變化需要改變軌跡，和/或如果感興趣的船舶改變其速度或航向，和/或?qū)⒃谌蝿?wù)中包括除了最初指定的船舶之外的船舶，則也可以在飛行期間調(diào)整飛行軌跡。還可以響應(yīng)于船舶的燃料消耗、UAV的剩余電池容 量或者由機(jī)載設(shè)備或遠(yuǎn)程設(shè)備監(jiān)測(cè)的任何其它參數(shù)、或者基于來自遙控設(shè)施的人類介入來在飛行過程中改變軌跡。

具體地，UAV的軌跡利用其朝向和/或高度來制定，但是可以包括其它參數(shù)，例如其速度。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，可以將飛行軌跡控制為使UAV至少在位于尾流內(nèi)的一部分飛行過程中以大約等于船舶的速度和方向與在船舶的位置處的當(dāng)前平均風(fēng)速和風(fēng)向的矢量和的速度和方向來飛行。因此，可以使UAV在顆粒物和氣體排放的特定煙霧中飛行一段時(shí)間，這使得能夠考慮到UAV的傳感器的可能的響應(yīng)時(shí)間。

可選擇地，可以使UAV在距離船舶基本恒定的距離處飛行一段時(shí)間，以獲得或提高傳感器的穩(wěn)態(tài)條件。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，一旦達(dá)到了預(yù)定的氣體濃度和/或顆粒物數(shù)量閾值，則可以通過控制空氣吸入泵的開/關(guān)設(shè)置來暫停將空氣吸入到選定的容納至少一個(gè)傳感器的室中。因此，能夠通過使室內(nèi)的空氣流穩(wěn)定以獲得傳感器的穩(wěn)態(tài)條件，從而使采樣最優(yōu)化。

如本文所使用的，UAV的速度、高度和方向應(yīng)當(dāng)被理解為如可通過諸如GPS的方式獲得的相對(duì)于地的速度、高度和方向。相似地，風(fēng)速和風(fēng)向以及船舶的速度和方向應(yīng)當(dāng)被理解為相對(duì)于地的速度和方向。

處理由傳感器測(cè)量獲得的信號(hào)的步驟可以包括將由所述至少一個(gè)傳感器確定的排放與預(yù)定的排放閾值進(jìn)行比較的步驟。數(shù)據(jù)可以在UAV機(jī)載的存儲(chǔ)器中被收集和/或被傳輸至遠(yuǎn)程控制器和/或數(shù)據(jù)收集設(shè)備。典型地，預(yù)定的排放閾值可以基于關(guān)于排放的官方條例(例如可應(yīng)用于SECA的條例)來確定。

在獨(dú)立的第二方面中，本發(fā)明還提供了一種適用于在根據(jù)本發(fā)明的第一方面的方法中的無人駕駛飛行器(UAV)，即，一種用于確定排放的UAV，所述排放包括至少一種預(yù)定氣體的存在或者它們的濃度，或者顆粒物的數(shù)量和大小，所述UAV包括：

-電控系統(tǒng)，用于控制飛行器的飛行；

-至少一個(gè)傳感器，用于確定飛行器周圍的大氣中的排放；

-數(shù)據(jù)接口，用于將信號(hào)傳遞至外部數(shù)據(jù)收集單元，所述數(shù)據(jù)信號(hào)包括 以下信號(hào)中的至少一種：(a)所述至少一個(gè)傳感器的輸出信號(hào)；以及(b)從所述至少一個(gè)傳感器的輸出信號(hào)獲得的數(shù)據(jù)；

所述UAV可控制為：

-飛行穿過感興趣的區(qū)域；

-利用所述至少一個(gè)傳感器確定感興趣的區(qū)域中的所述排放；

-將所述信號(hào)傳輸至外部數(shù)據(jù)收集單元，以對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步處理。

所述至少一個(gè)傳感器可以被設(shè)置在UAV的一部分的外表面處，或者可以被設(shè)置在UAV的殼體結(jié)構(gòu)內(nèi)部。在后面的可選例中，多個(gè)傳感器可以沿著在殼體結(jié)構(gòu)內(nèi)的信號(hào)流導(dǎo)管串聯(lián)地布置?？梢栽O(shè)置泵來控制或促進(jìn)空氣流入所述導(dǎo)管或通過所述導(dǎo)管流動(dòng)。

結(jié)合根據(jù)本發(fā)明的第一方面公開的方法來闡述的對(duì)UAV的描述也應(yīng)用于根據(jù)本發(fā)明第二方面的UAV。

附圖說明

將參照附圖進(jìn)一步描述本發(fā)明的實(shí)施例，在附圖中：

圖1a示出了在如上所見的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中的船舶、其排氣尾流以及UAV的飛行軌跡；

圖1b以側(cè)視圖示出了圖1的實(shí)施例的船舶、其排氣尾流以及UAV的飛行軌跡；

圖2總體描繪了在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中可應(yīng)用的硬件組件；

圖3示出了用于確定排放的UAV的傳感器構(gòu)造的第一實(shí)施例；

圖4示出了用于確定排放的UAV的傳感器構(gòu)造的第二實(shí)施例；

圖5是總體地示出根據(jù)本發(fā)明第一方面的方法的一個(gè)實(shí)施例的步驟的流程圖。

具體實(shí)施方式

圖1a示出了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中的船舶10、其排氣尾流11和UAV 12的飛行軌跡13的俯視圖。在一個(gè)實(shí)施例中(未示出)，UAV可以以“之”字形穿過排氣尾流。如所示的，UAV 12從排氣尾流11的后方沿著尾流的中心線14朝向船舶10導(dǎo)航。在位置A處，即排氣尾流進(jìn)入點(diǎn)，UAV 12的氣體 和顆粒物傳感器確定排放濃度增大，并且UAV 12開始其沿著尾流的中心線14朝向位置D(最佳采樣點(diǎn))的飛行路徑。在位置B至C(或多個(gè)這樣的位置)處，UAV 12被調(diào)整(或自己調(diào)整)以保持其沿著尾流的中心線14朝向船舶的航向。基于船舶10的位置、航向和速度、氣象條件15和/或檢測(cè)的氣體或顆粒物濃度變化來進(jìn)行調(diào)整。在整個(gè)任務(wù)期間，連續(xù)地進(jìn)行采樣。一旦到達(dá)位置D，則UAV 12的空速被調(diào)整(或自己調(diào)整)，同時(shí)調(diào)整GPS位置，以在排氣尾流的中心線14處保持與船舶10的恒定距離，以進(jìn)行最佳采樣。

在到達(dá)位置D(其被定義在最佳采樣點(diǎn)處)，并保持在位置D直至濃度水平達(dá)到預(yù)定的閾值之后，UAV 12離開尾流11。飛行軌跡13在圖1b的側(cè)視圖中示出。如所示的，UAV 12可以以可變的維度、經(jīng)度和高度以及速度來飛行穿過尾流11，以最優(yōu)化采樣的飛行路徑。在圖1a和圖1b中，風(fēng)向由箭頭15表示，船舶10的航向由箭頭16表示，UAV 12的朝向由箭頭17表示。可選地，UAV 12可以被控制為以固定的高度和/或沿著預(yù)編程的飛行軌跡來飛行穿過尾流11。

在位置D處，飛行軌跡13可以被調(diào)整，以使UAV 12以大約等于船舶10的速度和方向與在船舶10的位置處的風(fēng)速和風(fēng)向的矢量和的速度和方向飛行。因此，UAV 12可以在顆粒物和氣體排放的特定煙霧中飛行預(yù)定的時(shí)間，這使得能夠考慮到UAV的傳感器的可能的響應(yīng)時(shí)間和/或?qū)σ?guī)劃最佳飛行軌跡的條件的調(diào)整。可選擇地，在位置D處，UAV可以在距離船舶10基本恒定的距離飛行特定的時(shí)間段，以獲得傳感器的穩(wěn)態(tài)條件。

圖2總體描繪了在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中可應(yīng)用的硬件組件。船舶10可以例如通過AIS來將諸如位置和航向信號(hào)通信至遠(yuǎn)程控制裝置18。遠(yuǎn)程控制裝置18進(jìn)而根據(jù)接收到的來自UAV 12或其它源的傳感器信號(hào)、位置信號(hào)以及其它信號(hào)來控制UAV 12。船舶10的位置和航向信號(hào)也可以被UAV 12捕獲并隨后中繼發(fā)送至遠(yuǎn)程控制裝置18。提供衛(wèi)星19以對(duì)UAV 12和船舶10的GPS控制和位置進(jìn)行確定。采樣診斷既可以在飛行過程中在UAV機(jī)上執(zhí)行，或者也可以通過遠(yuǎn)程控制裝置18執(zhí)行。一旦分析過后，遠(yuǎn)程控制裝置18將全部數(shù)據(jù)(包括船舶信息、任務(wù)日志、采樣數(shù)據(jù)和診斷結(jié)果)上傳至基于云的存儲(chǔ)裝置20，該存儲(chǔ)裝置20可以由多個(gè)遠(yuǎn)程用戶裝置21訪問。

圖3示出了用于確定排放的UAV的傳感器構(gòu)造的第一實(shí)施例。其中，包 括氣體傳感器和/或顆粒物計(jì)數(shù)器23、24、25和26的傳感器被安裝在結(jié)構(gòu)22的外部，結(jié)構(gòu)22進(jìn)而被附著到UAV 12的機(jī)翼27。該結(jié)構(gòu)具有圓形的前端28。隨著UAV相對(duì)于來風(fēng)15a運(yùn)動(dòng)，在傳感器23、24、25和26的各個(gè)保護(hù)殼體29的下游出現(xiàn)渦流。在渦流中，傳感器23、24、25和26執(zhí)行測(cè)量，并且它們的輸出信號(hào)通過有線或無線通信路徑與UAV的控制系統(tǒng)(未示出)通信和/或直接與遠(yuǎn)程控制裝置(例如圖2中示出的控制裝置30)通信。

圖4示出了用于確定排放的在UAV的機(jī)身22內(nèi)部的傳感器構(gòu)造的第二實(shí)施例。其中，包括氣體傳感器和/或顆粒物計(jì)數(shù)器23、24、25和26的傳感器與傳感器控制板28一起被容納在密封的傳感器室27內(nèi)。使用固定有開/關(guān)繼電器31的泵30來使空氣29被吸入到傳感器室27中。為了使陣風(fēng)15的影響最小化，通過進(jìn)氣管32來將空氣經(jīng)過過濾器33引導(dǎo)至傳感器室27，進(jìn)氣管32是多孔的并且端部封閉的。空氣在出口34處離開傳感器室27。

在圖3和圖4中，各個(gè)傳感器23、24、25和26中的每個(gè)可以起到其自身的作用，即，可以被單獨(dú)地設(shè)計(jì)為用于測(cè)量特定的氣體和/或顆粒物的數(shù)量。例如，在每個(gè)實(shí)施例中，四個(gè)傳感器中的一個(gè)可以被用于測(cè)量CO₂，另一個(gè)用于測(cè)量SO₂，第三個(gè)用于測(cè)量NO₂，第四個(gè)用于對(duì)顆粒物計(jì)數(shù)。

圖5是總體地示出根據(jù)本發(fā)明第一方面的方法的一個(gè)實(shí)施例的步驟的流程圖。起初，識(shí)別了一個(gè)或更多個(gè)船舶以及它的/它們的位置、航向和速度。然后，確定在船舶的位置處的當(dāng)前或預(yù)測(cè)的氣象條件。接著，基于船舶位置、航向、速度和氣象條件估計(jì)/預(yù)測(cè)船舶的排氣尾流的目標(biāo)中心線的位置。然后，可以在UAV起飛之前確定UAV的飛行任務(wù)的一部分或者整個(gè)飛行任務(wù)。

一旦被發(fā)射，則UAV將在起飛點(diǎn)上方進(jìn)行徘徊圖案，直到船舶到達(dá)任務(wù)開始位置的時(shí)間點(diǎn)。該位置被預(yù)先確定以確保沿著尾流的中心線的足夠的任務(wù)軌跡來執(zhí)行成功的采樣。在整個(gè)飛行任務(wù)過程中連續(xù)地采樣，并且采樣到的數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)在機(jī)上以及被實(shí)時(shí)地中繼傳輸至遠(yuǎn)程控制裝置。當(dāng)UAV到達(dá)尾流的進(jìn)入點(diǎn)(A)時(shí)，其被控制為以預(yù)定的速度沿著尾流的目標(biāo)中心線朝向最佳采樣點(diǎn)(D)飛行穿過排氣尾流。一旦到達(dá)點(diǎn)D，則UAV將調(diào)整其速度和位置，以停留在點(diǎn)D，直至達(dá)到預(yù)定的濃度閾值的時(shí)間。該閾值觸發(fā)機(jī)載繼電器來停止使空氣進(jìn)入傳感器室的泵，以使空氣停留足夠長(zhǎng)的時(shí)間來緩和傳感器的反應(yīng)時(shí)間并獲得穩(wěn)態(tài)。如飛行任務(wù)需要被調(diào)整，則考慮到實(shí)時(shí)更 新的船舶位置、航向和速度、氣象條件和/或采樣到的數(shù)據(jù)的信息，來重復(fù)進(jìn)入(A)、穿過尾流(B-C)導(dǎo)航至最佳采樣點(diǎn)(D)以及其它步驟。

一旦完成了飛行任務(wù)，則UAV返回以降落，除非任務(wù)包括其它感興趣的船舶。在后一種情況下，將隨后對(duì)于這樣的下一艘船舶重復(fù)執(zhí)行使UAV沿著排氣尾流的中心線飛行、確定排放以及其它規(guī)劃變量、發(fā)送采樣到的數(shù)據(jù)以及確定是否需要調(diào)整飛行任務(wù)的上述步驟。

如果在任務(wù)中的任何時(shí)間點(diǎn)處，達(dá)到了根據(jù)電池的最大飛行時(shí)間而同時(shí)仍確保UAV的安全返回，則放棄任務(wù)并且UAV返回以降落。

如果在從進(jìn)入尾流(A)開始但在到達(dá)位置(D)之前的任何時(shí)間點(diǎn)處達(dá)到了最大濃度閾值，則認(rèn)為任務(wù)完成并且UAV返回以降落，除非任務(wù)包括其它感興趣的船舶。

本說明書僅提供優(yōu)選的示例性實(shí)施例，并且不意圖限制本發(fā)明的范圍、應(yīng)用或構(gòu)造。相反，應(yīng)當(dāng)理解的是，在不脫離如所附的權(quán)利要求書中闡述的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對(duì)元件的布置和功能進(jìn)行各種改變。