用于确定船舶的排放的方法和无人驾驶飞行器

1.一种用于确定在船舶巡航过程中由船舶的内燃机产生的排气尾流中的排放的方法，所述排放包括至少一种预定气体的存在或浓度或者颗粒物的数量和大小，所述方法包括下述步骤：
-识别船舶、船舶的位置、航向和速度；
-确定船舶在其中巡航的区域的气象条件；
-提供一种无人驾驶飞行器(UAV)，所述UAV包括：
-电控系统，用于控制飞行器的飞行；
-至少一个传感器，用于确定飞行器周围的大气中的排放；
-数据接口，用于将信号传递至外部数据收集单元，所述数据信号包括以下信号中的至少一种：(a)所述至少一个传感器的输出信号；以及(b)从所述至少一个传感器的输出信号获得的数据；
-根据船舶的位置、航向、速度并且还根据所述气象条件来确定排气尾流的位置和分布；
-控制UAV，以进行：
-飞行穿过排气尾流；
-利用用于非光学地分析气体的至少一个现场传感器确定排气尾流中的所述排放；以及
-将所述信号传输至外部数据收集单元，以对其进行进一步处理，
其中，控制UAV的步骤包括：在飞行过程中确定或调整至少包括UAV的飞行轨迹的飞行任务，确定或调整飞行轨迹的步骤基于气象条件、船舶的位置、航向和速度、以及由所述至少一个传感器的输出信号提供的传感器数据来执行，以将UAV朝向排气尾流中的最高的可确定气体浓度或颗粒物数量的区域。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述气象条件至少包括船舶在其中巡航的区域的当前和/或预测的风速和风向。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，确定在排气尾流中的所述排放的步骤包括采样多组数据的步骤，每组数据包括由所述至少一个传感器获得的传感器数据、采样的时间、在采样时的船舶和/或所述UAV的位置。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述UAV包括用于分析传感器数据的电子处理器装置。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，由所述至少一个传感器确定的排放至少包括二氧化碳、二氧化硫和/或细颗粒物或超细颗粒物。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，控制UAV的步骤包括在起飞前确定至少包括UAV的飞行轨迹的飞行任务，所述飞行任务选择性地包括或选择性地排除UAV的飞行速度。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，控制UAV的飞行轨迹的步骤包括：至少在其穿过排气尾流的飞行中的一部分中，使UAV以大约等于船舶的速度和方向与在船舶的位置处的风速和风向的矢量和的速度和方向飞行。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，控制UAV的飞行轨迹的步骤包括：至少在其穿过排气尾流的飞行中的一部分中，使UAV在与船舶基本恒定的距离处飞行。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述确定或调整飞行轨迹的步骤通过UAV的控制系统来执行。
10.根据权利要求9所述的方法，包括所述至少基于所述至少一个传感器的输出信号来调整飞行轨迹的步骤，并且其中，调整飞行轨迹包括重复地确定排放的浓度的变化率，并且可选择地还包括重复地确定船舶的位置、航向和速度、以及气象条件，并且其中，在所述变化率为负的情况下调整所述飞行轨迹，或者反之确保所述飞行轨迹。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述调整飞行轨迹的步骤包括调整UAV的航向、方向和/或高度。
12.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述至少一个传感器被布置在封闭的室内，并且其中：
-在UAV的飞行过程中控制UAV的飞行轨迹，
-通过在所述室内的所述至少一个传感器执行现场传感器测量；以及
-控制气体进入传感器室中以在期望的测量场所处获得稳态。
13.一种用于确定排放的无人驾驶飞行器(UAV)，所述排放包括至少一种预定气体的存在或浓度或者颗粒物的数量和大小，所述UAV包括：
-电控系统，用于控制飞行器的飞行；
-至少一个传感器，用于确定飞行器周围的大气中的排放；
-数据接口，用于将信号传递至外部数据收集单元，所述数据信号包括以下信号中的至少一种：(a)所述至少一个传感器的输出信号；以及(b)从所述至少一个传感器的输出信号获得的数据；
所述UAV可控制为：
-飞行穿过感兴趣的区域；
-利用用于非光学地分析气体的至少一个现场传感器确定感兴趣的区域中的所述排放；
-将所述信号传输至外部数据收集单元，以对其进行进一步处理，
其中，所述电控系统配置为基于气象条件、船舶的位置、航向和速度、以及由所述至少一个传感器的输出信号提供的传感器数据来确定或调整至少包括UAV的飞行轨迹的飞行任务，以将UAV朝向排气尾流中的最高的可确定气体浓度或颗粒物数量的区域。
14.根据权利要求13所述的无人驾驶飞行器，其中，所述至少一个传感器包括被布置在容纳于UAV的机身内部的密封的传感器室中的多个传感器，空气穿过所述传感器室中。
15.根据权利要求14所述的无人驾驶飞行器，其中，将空气吸入到传感器室中是可控制的，以通过一旦达到至少一个预定浓度阈值则打开/关闭空气泵的方式来达到稳态。
16.根据权利要求13到15中任一项所述的无人驾驶飞行器，其中，所述至少一个传感器包括用于化学或电化学分析与传感器的表面接触的气体和/或空气的非光学传感器。

用于确定船舶的排放的方法和无人驾驶飞行器\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种用于确定由船舶的内燃机产生的排气尾流中的排放的方法，具体地，涉及一种用于确定排气尾流中的至少一种预定气体的存在或浓度或者颗粒物的数量和大小的方法。本发明还涉及一种用于确定上述排放的无人驾驶飞行器。\n背景技术\n[0002] 通过海运运输货物构成了空气污染的主要污染源，并且极大地影响了全球多个城市的空气质量。根据研究报告可知，仅在欧洲，与治疗由船舶交通导致的疾病相关的医疗费用达到了大约600亿欧元，相当于该区域中与空气污染效应相关的医疗费用的大约10％。在欧洲，来自船舶的排放每年导致大约50,000人过早死亡。\n[0003] 为了减少船舶交通对环境的影响，欧盟和国际海事组织已经实施了目的在于减少排放(尤其是减少SO2和NO2的排放)的条例。已经在全球限定了多个特定的控制区域，称作硫排放控制区(Sulphur Emission Control Area，SECA)，在SECA中应用了更严格的排放限制。在进入这些区域时，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类型的燃料。因此，大部分现代船舶装备有两个燃料箱，其中一个装有符合SECA的燃料，而另一个装有非符合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具有大约2.5％的硫含量，以及MDO具有大约1％的硫含量(在2015年1月以后为0.1％)。\n[0004] 环保条例的实施还增加了国家政府对船舶排放的控制的需求。然而，目前还没有开发出用于对船舶的尾流(羽流)进行排气(废气)测量的可靠且经济的措施。因此，迄今为止，还不能够有效地控制船舶的排放，并且可能怀疑许多船舶在进入SECA时并没有执行所要求的符合SECA的燃料的切换。因此，存在对使国家和国际海事组织能够强制执行环保条例的新技术的需求。\n发明内容\n[0005] 基于以上背景，本发明的一个目的在于提供一种用于从使可应用的排放条例能够被强制执行的角度来监测船舶的排放的经济且可靠的方法排放排放。\n[0006] 在第一方面中，本发明因此提供一种用于确定在船舶巡航过程中由船舶的内燃机产生的排气尾流中的排放的方法，所述排放包括至少一种预定气体的存在或浓度或者颗粒物的数量和大小，所述方法包括下述步骤：\n[0007] -识别船舶、船舶的位置、航向和速度；\n[0008] -确定船舶在其中巡航的区域的气象条件；\n[0009] -提供一种无人驾驶飞行器(UAV)，所述UAV包括：、\n[0010] -电控系统，用于控制飞行器的飞行；\n[0011] -至少一个传感器，用于确定飞行器周围的大气中的排放；\n[0012] -数据接口，用于将信号传递至外部数据收集单元，所述数据信号包括以下信号中的至少一种：(a)所述至少一个传感器的输出信号；以及(b)从所述至少一个传感器的输出信号获得的数据；\n[0013] -根据船舶的位置、航向、速度并且还根据所述气象条件来确定排气尾流的位置和分布；\n[0014] -控制UAV，以进行：\n[0015] -飞行穿过排气尾流；\n[0016] -利用所述至少一个传感器确定排气尾流中的所述排放；以及\n[0017] -将所述信号传输至外部数据收集单元，以对其进行进一步处理。\n[0018] 由于提供了UVA，因此，能够在操作UAV的过程中通过接触船舶的排气尾流在船舶的巡航过程中确定排放。\n[0019] 因此，例如可以立即检测在SECA区域中巡航的船舶是否恰当地使用符合SECA的燃料。排放的确定是非侵入式的，因此从这个意义上说不需要装备或人员登船。另外，排放可以被确定而无需事先通知，并且之后也不会对由UAV检测到的排放的来源产生怀疑，因为UAV的位置数据(例如GPS数据)可以与船舶的位置数据(例如AIS(见下文)和/或雷达记录)相关联并且被一起记录。在大多数情况下，可以基于雷达系统或与指挥员进行无线电通信或者船舶的自动位置广播系统来识别船舶，或者甚至还可以基于安装在UAV上的适当的摄像设备进行的摄像记录来识别船舶。\n[0020] 在本发明的一个优选实施例中，所述至少一个传感器包括被称作现场(in situ)传感器的传感器，其可以是用于化学或电化学分析与传感器表面接触的气体和/或空气的非光学传感器。已经发现的是，与光学传感器(尤其是远程光学传感器)相比，使用非光学传感器(诸如电化学或NDIR传感器)的优势在于：与光学传感器相比，利用非光学传感器可以精确地确定NOx排放，并且可以捕获和更精确地分析颗粒物(尤其是与船舶排放相关地关注的硫颗粒物)。\n[0021] 与所谓的遥感的概念相比，现场传感器提供了以下优点：测量的数据可以精确地与所关注的环境相关联。在许多情况下，对于由可应用的光学传感器提供的测量来说，需要针对船舶的发动机进行特定的假设(除了其他假设之外)，例如在可应用的操作状态下的NOx排放的速率。这样的假设通常至少部分地基于查询表并且缺乏准确性(特别是在实际情况与假设不同的情况下)。例如，如果船舶降低了其NOx排放，则可能出现这样的偏差，并且可能导致错误的结果。现场测量克服了这些缺点。另外，现场传感器消除或降低了船舶识别错误的风险，这是由于感测到的数据可以与UAV的GPS位置和时间戳相关联。\n[0022] 如本文所使用的，术语“航向”可以特指船舶的航行方向(航线)。\n[0023] 用于控制飞行器的飞行的电控系统可以是操作员辅助的，即，手动操作或编程，或者其可以被配置用于例如基于传感器输入自动地控制飞行器的飞行。\n[0024] 所述至少一个传感器可以包括传感器室，该传感器室优选地可以被密封，并且其可以包括空气入口(例如，管)和/或过滤器。提供传感器室使得所述至少一个传感器(优选地由一个或更多个诸如电化学传感器的非光学传感器组成)能够具有可实现稳态测量的优点。具体地，随着UAV在操作过程中移动，室避免了空气扰动(例如紊流)。另外，可以通过例如抽吸泵来控制空气或气体进入到室中，使得进入到室中的尾流的一部分空气(或气体)可以与尾流内的不同位置相关。如所述的，可以提供抽吸泵以将空气和/或气体抽吸到室中。\n用于优化所述至少一个传感器的读数的中继器还可以被设置在室内或室附近。\n[0025] 通常，在具有高气体浓度波动的环境下对来自船舶的尾流进行测量。已经发现能够足够快地反应的传感器相当重且相当庞大，因此对于UAV应用来讲不是优选的。因此，本发明的优选实施例依赖于能够被UAV不费力地携带的相对轻的传感器。然而，这种重量轻的传感器需要稳态的环境，以使它们执行足够精确的测量。在一个实施例中，在飞行过程中识别的尾流中的特定位置(优选地在最佳位置)处记录传感器测量结果。在一个特别优选的实施例中，所述至少一个传感器被布置在封闭的室中，该室的大小在(多个)传感器周围提供均质的空气。优选地，例如通过抽吸泵和中继器来控制空气或气体进入到室中，在已经到达尾流内的期望位置时，例如当特定气体和/或颗粒物的浓度超过预定阈值时，中继器关断空气或气体的进入。\n[0026] 因此，本发明的优选实施例(其用于通过UAV的方式执行对海中的移动船舶产生的尾流中的尤其是硫排放的测量)包括：\n[0027] -在UAV的飞行过程中控制UAV的飞行轨迹，尤其是基于船舶速度和航向和/或气象条件和/或传感器数据来进行控制，\n[0028] -通过在室中设置至少一个传感器来进行现场传感器测量；以及\n[0029] -在期望的测量点处，控制气体和/或空气进入传感器室内，以在室内实现均质稳态。\n[0030] 如本文所使用的，术语排气尾流的“位置和分布”应当被理解为包括至少确定排气尾流的位置及其中心线。本发明的方法可以包括在飞行前或飞行期间基于船舶的位置(优选地，例如通过AIS数据获得的实时位置)确定最佳采样点的步骤。具体地，可以基于测量到的传感器数据来确定排气尾流的位置和中心线。\n[0031] 控制UAV飞行穿过排气尾流的步骤可以基于自主飞行控制来执行，尤其是基于采样到的传感器数据来执行。\n[0032] 在使飞行器飞行穿过排气尾流的步骤中，飞行路线可以被连续地调整，优选地以实时方式调整，以使尾流内的飞行器被最优地定位。\n[0033] 在飞行和数据采样过程中，一旦达到预定浓度阈值，可以以通过控制将空气和/或气体吸入到传感器室中的方式使尾流中的排放的采样最优化。\n[0034] 应当理解的是，确定(包括实施确定)船舶位置、航向和速度、气象条件和/或检测到的气体或颗粒物浓度的变化可以包括确定上述参数的变化率。\n[0035] 识别船舶、船舶的位置、航向(即航行方向)和速度的步骤可以通过通用方式(例如通过自动识别系统(AIS)，通过雷达检测和/或通过无线电通信)被执行。如上所述，一个或多个适当地配置的摄像机可以被安装或者与UAV集成作为用于确定船舶的身份的可选方式或补充方式。\n[0036] 可以被确定的气体的浓度可以具体地包括二氧化碳(CO2)的浓度和/或二氧化硫(SO2)的浓度。具体地，CO2和SO2测量的组合信号，尤其是SO2/CO2比例，可以被用于确定船舶使用的燃料的硫浓度。优选地，在尾流的区域内进行测量，在尾流中，从船舶发动机的排气中排放的CO2的存在相对于来自其他源的CO2占主导地位。已知的传感器本身可以应用于本发明。为了检测CO2浓度，优选地可以应用非分散红外(NDIR)传感器，例如可以使用提供0-\n5000ppm的测量范围的类型。NDIR传感器是通常被用作气体检测器的光谱装置。典型地，经过装置的采样的波长未被预先滤波。为了确定SO2的浓度，优选地可以采用电化学传感器。\n通常可用的电化学气体传感器包括气体检测器，其通过在电极处氧化或还原目标气体并测量在电极处产生的电流来确定目标气体的浓度。已经发现的是，由于NO2的存在，由电化学传感器测量的SO2的浓度可能需要校正。因此，用于检测NO2的存在的其它电化学传感器可以被应用。\n[0037] 优选地，确定排气尾流的位置和分布(包括用于排放采样的最佳位置)的步骤包括在飞行前预估(即，预测)在UAV预计飞行穿过尾流的时间点时尾流的中心线的预期或预计位置。优选地还包括在UAV任务过程中通过更新有关船舶的位置、气象条件(具体地，包括风的数据)、来自至少一个传感器的输出信号等数据来实时地调整飞行轨迹和速度，以在采样时沿尾流的中心线使UAV的位置最优化。\n[0038] 为了提高排放测量的精确度，本发明可以受益于所采用的进气管和过滤器以使影响测量的阵风最小化，以及容纳至少一个传感器的密封的传感器室。可以设置泵来控制或促进空气流入到室中，以获得对于传感器的稳态条件。\n[0039] 特别地，对于CO2，本发明的实施例还可以包括考虑到排气尾流之外的大气中的CO2浓度的步骤。并非由船舶的发动机排放的CO2(至少大约400-440ppm的偏差)可以自然地存在于大气中或者可以来自其他源。非船舶相关的CO2浓度可以通过UAV的一个或更多个传感器测量，或者其可以从外部源提供。\n[0040] 在本发明的一个实施例中，所述至少一个传感器可以被配置为确定的NOx浓度。\n[0041] 可以基于安装在UAV上或者与UAV集成的一个或更多个已知的合适的传感器本身来测量颗粒物(特别是烟尘颗粒物)的数量或大小。在紧邻船舶的位置，即小于大约100m的距离处，直径范围为大约100nm或更小的超细颗粒物是首要考虑物，而这种颗粒物在离船舶超过100m的距离处可能趋于生长成为更大的大小。可以通过已知的颗粒物计数器(例如，同时对颗粒物进行检测和计数的类型)本身来确定颗粒物的存在和数量。例如，可以基于光散射、光遮挡或直接成像来进行颗粒物计数。随着颗粒物穿过检测室，使用诸如激光或卤素光源的光源来照射颗粒物。颗粒物经过光源，并且如果使用光散射，则可以通过光检测器来检测重新定向的光，光检测器的输出可以用于确定颗粒物数量。\n[0042] 为了降低UAV上的无线射频发射组件对所述至少一个传感器的信号的可能的干扰，本发明可以包括将传感器控制板设置在传感器室内。\n[0043] 各个传感器输出的气体浓度和颗粒物计数测量可以由UAV的电控系统收集并在其中进行适当地处理，或者可以被发送至远程的在岸或离岸设施来进行进一步处理和评估。\n[0044] 除了排放数据之外，优选地，本发明的采样各组数据的步骤可以包括下述步骤：在每组数据中包括由所述至少一个传感器获得的传感器数据、采样的时间、在采样时UAV的位置，以使传感器数据能够与具体的船舶、时间和位置相关联。优选地，在收集或采样各组数据之前，飞行器自主导航或以辅助操作(即，被遥控)的方式导航至排气尾流中的最佳采样点。\n[0045] 船舶巡航的区域内的当前或预测气象条件可以通过通用方式来确定，并且可以通过气象服务来方便地获得。船舶巡航的区域内的风向和风速对于能够确定与船舶相关的排气尾流的位置和分布来讲是感兴趣的。其它气象因素，例如湿度、温度和/或下雨可以被考虑，以充分地补偿排放测量，或者目的在于能够评估所获得的测量的质量(即精确度)。然而，已经发现的是，湿度和温度对可获得的测量的影响小，下雨可以使对颗粒物的检测不准确。因此，优选地，在无雨的条件下检测颗粒物的浓度。\n[0046] 本发明的UAV可以包括UAV(或无人机)本身，即，不需要驾驶员在机上的飞行器。\nUAV的飞行既可以由UAV本身的计算机自主控制，也可以在驾驶员的遥控下控制，或者通过在地面上或另一个飞行器、或船舶等中的计算机控制系统来控制。典型地，无人飞行器的发射和回收方法由自动系统或者地面上的外部操作员来实现。UAV可以是具有固定翼并且一个或多个推力产生装置被永久性地固定在垂直稳定器或机翼上的类型，或者可以是多旋翼的类型。\n[0047] 在本发明的一个实施例中，可以在起飞前确定包括UAV的至少一个飞行轨迹的飞行任务。例如，飞行轨迹可以根据作为任务目标的船舶的位置、速度和航向(航行方向)来制定。轨迹还可以根据指定的测量任务来确定。例如，对于一个船舶，可能期望颗粒物数量的测量在距离船舶的第一预定位置处进行，而对于另一个船舶，可能需要在距离船舶的第二预定距离处获得颗粒物数量的测量。\n[0048] 代替在UAV起飞前确定飞行任务，或者除了在UAV起飞前确定飞行任务之外，飞行任务可以在飞行过程中根据例如控制飞行轨迹的控制条件来确定、修正或调整。例如，UAV的控制系统可以被编程，以自动地调整UAV经过船舶的排气尾流的实际飞行轨迹和速度，从而将UAV朝向排气尾流中的感兴趣的特定区域导航，例如最高的可确定气体浓度或颗粒物数量的区域(最佳采样点)。因此，在一个实施例中，在飞行期间调整飞行轨迹可以基于气体传感器和颗粒传感器的输入、气象条件(尤其是风的数据)、与船舶位置、速度和航向相关的数据以及上述数据的衍生时间。具体地，飞行轨迹因此可以至少基于至少一个传感器的输出信号来调整，从而调整飞行轨迹可以包括重复地确定排放的浓度的变化率(包括颗粒数量)。为了将UAV朝向高浓度的区域导航，飞行轨迹可以在浓度变化率为负值的情况下进行调整。\n[0049] 如果气象条件的变化需要改变轨迹，和/或如果感兴趣的船舶改变其速度或航向，和/或将在任务中包括除了最初指定的船舶之外的船舶，则也可以在飞行期间调整飞行轨迹。还可以响应于船舶的燃料消耗、UAV的剩余电池容量或者由机载设备或远程设备监测的任何其它参数、或者基于来自遥控设施的人类介入来在飞行过程中改变轨迹。\n[0050] 具体地，UAV的轨迹利用其朝向和/或高度来制定，但是可以包括其它参数，例如其速度。\n[0051] 在本发明的一个实施例中，可以将飞行轨迹控制为使UAV至少在位于尾流内的一部分飞行过程中以大约等于船舶的速度和方向与在船舶的位置处的当前平均风速和风向的矢量和的速度和方向来飞行。因此，可以使UAV在颗粒物和气体排放的特定烟雾中飞行一段时间，这使得能够考虑到UAV的传感器的可能的响应时间。\n[0052] 可选择地，可以使UAV在距离船舶基本恒定的距离处飞行一段时间，以获得或提高传感器的稳态条件。\n[0053] 在本发明的一个实施例中，一旦达到了预定的气体浓度和/或颗粒物数量阈值，则可以通过控制空气吸入泵的开/关设置来暂停将空气吸入到选定的容纳至少一个传感器的室中。因此，能够通过使室内的空气流稳定以获得传感器的稳态条件，从而使采样最优化。\n[0054] 如本文所使用的，UAV的速度、高度和方向应当被理解为如可通过诸如GPS的方式获得的相对于地的速度、高度和方向。相似地，风速和风向以及船舶的速度和方向应当被理解为相对于地的速度和方向。\n[0055] 处理由传感器测量获得的信号的步骤可以包括将由所述至少一个传感器确定的排放与预定的排放阈值进行比较的步骤。数据可以在UAV机载的存储器中被收集和/或被传输至远程控制器和/或数据收集设备。典型地，预定的排放阈值可以基于关于排放的官方条例(例如可应用于SECA的条例)来确定。\n[0056] 在独立的第二方面中，本发明还提供了一种适用于在根据本发明的第一方面的方法中的无人驾驶飞行器(UAV)，即，一种用于确定排放的UAV，所述排放包括至少一种预定气体的存在或者它们的浓度，或者颗粒物的数量和大小，所述UAV包括：\n[0057] -电控系统，用于控制飞行器的飞行；\n[0058] -至少一个传感器，用于确定飞行器周围的大气中的排放；\n[0059] -数据接口，用于将信号传递至外部数据收集单元，所述数据信号包括以下信号中的至少一种：(a)所述至少一个传感器的输出信号；以及(b)从所述至少一个传感器的输出信号获得的数据；\n[0060] 所述UAV可控制为：\n[0061] -飞行穿过感兴趣的区域；\n[0062] -利用所述至少一个传感器确定感兴趣的区域中的所述排放；\n[0063] -将所述信号传输至外部数据收集单元，以对其进行进一步处理。\n[0064] 所述至少一个传感器可以被设置在UAV的一部分的外表面处，或者可以被设置在UAV的壳体结构内部。在后面的可选例中，多个传感器可以沿着在壳体结构内的信号流导管串联地布置。可以设置泵来控制或促进空气流入所述导管或通过所述导管流动。\n[0065] 结合根据本发明的第一方面公开的方法来阐述的对UAV的描述也应用于根据本发明第二方面的UAV。\n附图说明\n[0066] 将参照附图进一步描述本发明的实施例，在附图中：\n[0067] 图1a示出了在如上所见的本发明的一个实施例中的船舶、其排气尾流以及UAV的飞行轨迹；\n[0068] 图1b以侧视图示出了图1的实施例的船舶、其排气尾流以及UAV的飞行轨迹；\n[0069] 图2总体描绘了在本发明的优选实施例中可应用的硬件组件；\n[0070] 图3示出了用于确定排放的UAV的传感器构造的第一实施例；\n[0071] 图4示出了用于确定排放的UAV的传感器构造的第二实施例；\n[0072] 图5是总体地示出根据本发明第一方面的方法的一个实施例的步骤的流程图。\n具体实施方式\n[0073] 图1a示出了本发明一个实施例中的船舶10、其排气尾流11和UAV 12的飞行轨迹13的俯视图。在一个实施例中(未示出)，UAV可以以“之”字形穿过排气尾流。如所示的，UAV 12从排气尾流11的后方沿着尾流的中心线14朝向船舶10导航。在位置A处，即排气尾流进入点，UAV 12的气体和颗粒物传感器确定排放浓度增大，并且UAV 12开始其沿着尾流的中心线14朝向位置D(最佳采样点)的飞行路径。在位置B至C(或多个这样的位置)处，UAV 12被调整(或自己调整)以保持其沿着尾流的中心线14朝向船舶的航向。基于船舶10的位置、航向和速度、气象条件15和/或检测的气体或颗粒物浓度变化来进行调整。在整个任务期间，连续地进行采样。一旦到达位置D，则UAV 12的空速被调整(或自己调整)，同时调整GPS位置，以在排气尾流的中心线14处保持与船舶10的恒定距离，以进行最佳采样。\n[0074] 在到达位置D(其被定义在最佳采样点处)，并保持在位置D直至浓度水平达到预定的阈值之后，UAV 12离开尾流11。飞行轨迹13在图1b的侧视图中示出。如所示的，UAV 12可以以可变的维度、经度和高度以及速度来飞行穿过尾流11，以最优化采样的飞行路径。在图\n1a和图1b中，风向由箭头15表示，船舶10的航向由箭头16表示，UAV 12的朝向由箭头17表示。可选地，UAV 12可以被控制为以固定的高度和/或沿着预编程的飞行轨迹来飞行穿过尾流11。\n[0075] 在位置D处，飞行轨迹13可以被调整，以使UAV 12以大约等于船舶10的速度和方向与在船舶10的位置处的风速和风向的矢量和的速度和方向飞行。因此，UAV 12可以在颗粒物和气体排放的特定烟雾中飞行预定的时间，这使得能够考虑到UAV的传感器的可能的响应时间和/或对规划最佳飞行轨迹的条件的调整。可选择地，在位置D处，UAV可以在距离船舶10基本恒定的距离飞行特定的时间段，以获得传感器的稳态条件。\n[0076] 图2总体描绘了在本发明的优选实施例中可应用的硬件组件。船舶10可以例如通过AIS来将诸如位置和航向信号通信至远程控制装置18。远程控制装置18进而根据接收到的来自UAV 12或其它源的传感器信号、位置信号以及其它信号来控制UAV 12。船舶10的位置和航向信号也可以被UAV 12捕获并随后中继发送至远程控制装置18。提供卫星19以对UAV 12和船舶10的GPS控制和位置进行确定。采样诊断既可以在飞行过程中在UAV机上执行，或者也可以通过远程控制装置18执行。一旦分析过后，远程控制装置18将全部数据(包括船舶信息、任务日志、采样数据和诊断结果)上传至基于云的存储装置20，该存储装置20可以由多个远程用户装置21访问。\n[0077] 图3示出了用于确定排放的UAV的传感器构造的第一实施例。其中，包括气体传感器和/或颗粒物计数器23、24、25和26的传感器被安装在结构22的外部，结构22进而被附着到UAV 12的机翼27。该结构具有圆形的前端28。随着UAV相对于来风15a运动，在传感器23、\n24、25和26的各个保护壳体29的下游出现涡流。在涡流中，传感器23、24、25和26执行测量，并且它们的输出信号通过有线或无线通信路径与UAV的控制系统(未示出)通信和/或直接与远程控制装置(例如图2中示出的控制装置30)通信。\n[0078] 图4示出了用于确定排放的在UAV的机身22内部的传感器构造的第二实施例。其中，包括气体传感器和/或颗粒物计数器23、24、25和26的传感器与传感器控制板28一起被容纳在密封的传感器室27内。使用固定有开/关继电器31的泵30来使空气29被吸入到传感器室27中。为了使阵风15的影响最小化，通过进气管32来将空气经过过滤器33引导至传感器室27，进气管32是多孔的并且端部封闭的。空气在出口34处离开传感器室27。\n[0079] 在图3和图4中，各个传感器23、24、25和26中的每个可以起到其自身的作用，即，可以被单独地设计为用于测量特定的气体和/或颗粒物的数量。例如，在每个实施例中，四个传感器中的一个可以被用于测量CO2，另一个用于测量SO2，第三个用于测量NO2，第四个用于对颗粒物计数。\n[0080] 图5是总体地示出根据本发明第一方面的方法的一个实施例的步骤的流程图。起初，识别了一个或更多个船舶以及它的/它们的位置、航向和速度。然后，确定在船舶的位置处的当前或预测的气象条件。接着，基于船舶位置、航向、速度和气象条件估计/预测船舶的排气尾流的目标中心线的位置。然后，可以在UAV起飞之前确定UAV的飞行任务的一部分或者整个飞行任务。\n[0081] 一旦被发射，则UAV将在起飞点上方进行徘徊图案，直到船舶到达任务开始位置的时间点。该位置被预先确定以确保沿着尾流的中心线的足够的任务轨迹来执行成功的采样。在整个飞行任务过程中连续地采样，并且采样到的数据被存储在机上以及被实时地中继传输至远程控制装置。当UAV到达尾流的进入点(A)时，其被控制为以预定的速度沿着尾流的目标中心线朝向最佳采样点(D)飞行穿过排气尾流。一旦到达点D，则UAV将调整其速度和位置，以停留在点D，直至达到预定的浓度阈值的时间。该阈值触发机载继电器来停止使空气进入传感器室的泵，以使空气停留足够长的时间来缓和传感器的反应时间并获得稳态。如飞行任务需要被调整，则考虑到实时更新的船舶位置、航向和速度、气象条件和/或采样到的数据的信息，来重复进入(A)、穿过尾流(B-C)导航至最佳采样点(D)以及其它步骤。\n[0082] 一旦完成了飞行任务，则UAV返回以降落，除非任务包括其它感兴趣的船舶。在后一种情况下，将随后对于这样的下一艘船舶重复执行使UAV沿着排气尾流的中心线飞行、确定排放以及其它规划变量、发送采样到的数据以及确定是否需要调整飞行任务的上述步骤。\n[0083] 如果在任务中的任何时间点处，达到了根据电池的最大飞行时间而同时仍确保UAV的安全返回，则放弃任务并且UAV返回以降落。\n[0084] 如果在从进入尾流(A)开始但在到达位置(D)之前的任何时间点处达到了最大浓度阈值，则认为任务完成并且UAV返回以降落，除非任务包括其它感兴趣的船舶。\n[0085] 本说明书仅提供优选的示例性实施例，并且不意图限制本发明的范围、应用或构造。相反，应当理解的是，在不脱离如所附的权利要求书中阐述的本发明的精神和范围的情况下，可以对元件的布置和功能进行各种改变。