部天科院院长张华勤（中）在张家港港考察监测系统运行情况。
初夏时节，江苏省张家港港务集团港盛分公司散货码头，蓝天白云之下，吊机船舶作业繁忙。一道绿色激光缓缓扫过散货装卸区上空，如同天眼一般俯视着整个港区。
15分钟后，港盛分公司生产指挥中心的粉尘在线监测与智能控制系统平台上，就显示出覆盖整个港区的粉尘浓度云图。与此同时，系统通过智能反演精准找到每一个起尘的料堆，一旦发现污染超标立即启动料场喷洒装置，对起尘贡献率高的料堆进行源头定向抑尘。
这套能够对港口粉尘进行“精确制导”式控制的系统，是交通运输部天津水运工程科学研究院（简称部天科院）联合张家港港务集团研发的基于激光雷达的港口粉尘多维度云监测与智能洒水联动控制系统。该系统的出现，为解决港口粉尘污染、发展绿色港口提供了技术支撑。
智能控制粉尘是绿色港口必由之路
近年来，我国港口发展迅速，环境污染问题也随之而来。特别是煤炭、矿石等散货作业港口，装卸、堆存中产生的粉尘治理难度较大。
港口粉尘污染控制已有较多方案可供选择，然而我国大部分港口粉尘监控控制技术仍相对粗放，粉尘污染形势依然严峻。几年前，记者曾去某散货港区采访，一位工作人员说：“在我们港区，车轮沾满红粉尘，车就是去矿石作业区；车轮沾满黑色粉尘，车就是去煤炭作业区。”
“以前，堆场的粉尘控制靠人工操作，只能凭借经验洒水，控制效果也难以量化。”张家港港务集团港盛分公司经理陆建锋说道，以煤炭为例，洒水少会造成粉尘污染、洒水多则会影响煤炭热值，想要实现精准控制粉尘实属不易。
党的十八大以来，全国大力推进生态文明建设，港口粉尘治理越发受到重视。特别是2018年1月，《中华人民共和国环境保护税法》正式实施，要求散货港口按其大气污染物（散货粉尘）排放量进行交税。随着法律制度的推行，我国港口掀起了粉尘治理技术升级的高潮。
技术升级的方向，就是港口粉尘控制的智能化，这也是打造绿色港口的必由之路。
实现智能控制并不容易，需要利用流体力学、空气动力学、气溶胶力学等知识，研究粉尘在风的作用下如何运动扩散等问题，而这正是科研攻关的难点所在。
针对这一科研难题，2018年年初，部天科院与张家港港务集团组建了港口粉尘智能化监测与控制技术攻关团队，对课题开展攻关。该攻关团队科研力量基础扎实，特别是部天科院的专家曾主持完成了粉尘污染理论和防治技术相关方向研究课题20余项，并拥有10余项粉尘污染防治方面的国家专利。
接下来，攻关团队紧跟发达国家在污染物智能监测技术方面最新进展，通过大量现场实验，结合自主研发的大气污染溯源算法模型，开发出了全套具有独立知识产权的基于激光雷达的港口粉尘多维度云监测与智能洒水联动控制系统。
连续突破多项核心科技
如果说粉尘智能控制是“精准制导”，那么必须研发一套提供导航的“北斗卫星导航系统”。而部天科院攻关团队研发的港口粉尘多维度云监测技术，就是这个“北斗卫星导航系统”。
港口粉尘多维度云监测技术，利用颗粒物激光雷达技术与粉尘在线监测仪的“1+N”结合来实现，实现了实时反映场界内粉尘空间分布和堆场边界浓度，还可直接观察是否有场界外粉尘迁移入场。
在实际工作中，为避免遮挡，颗粒物激光雷达大都安装在港区最高点。但受激光雷达本身限制，只能监测到最高点所在水平面上的粉尘浓度空间分布。最高点的粉尘分布，与地面上实际的粉尘浓度分布有一定的差别，并不能反映真实的起尘位置。
针对这一难题，部天科院攻关团队继续攻坚创新，研发出颗粒物空间分布不稳定变化的跟踪溯源模型，用以解析港区粉尘来源，精准定位起尘位置，从而甄别区域粉尘贡献量。
结合这两项关键技术，再加入智能监测与控制联动方法，部天科院攻关团队继续深入研究。今年年初，港口粉尘多维度云监测与智能洒水联动控制系统终于成型。
港口粉尘治理进入智能化时代
历经一年多的科研攻关，今年3月，港口粉尘多维度云监测与智能洒水联动控制系统在张家港港务集团煤炭堆场试运行。
在为期一个月的试运行中，激光一次又一次地扫过港区上空，攻关团队紧盯系统平台粉尘空间分布数据，对比粉尘智能监控准确性，不断验算粉尘溯源结果，现场检验粉尘智能控制效果。
粉尘在线监测与智能控制系统平台。
系统试运行期间，共测得粉尘监测云图700余张，直接追溯到港区内详细起尘点，并多次观测到港外的粉尘气团（如附近小钢铁企业产生的粉尘污染）向港内迁移的现象。与此同时，港盛分公司煤炭堆场129支喷枪如同装上了智慧大脑和火眼金睛，喷洒抑尘实现精准化智能控制。
一个月的试运行，部天科院自主研发的基于激光雷达的港口粉尘多维度云监测与智能洒水联动控制系统取得阶段性成功，证明了“云监测+算法+自学习”技术可靠。这也是我国第一套用于港口的粉尘智能监测与控制系统，标志着我国港口粉尘治理正式进入了“智能化时代”。
昔日，张家港港是在长江沿线港口中第一家采用天科院防风网技术解决港口粉尘污染的企业；如今，在部天科院港口粉尘多维度云监测与智能洒水联动控制系统的帮助下，张家港港环境治理水平进一步提升，绿色港口的建设迈进了新阶段。
科技创新助阵港口绿色发展，粉尘监测能力和污染控制水平实现大幅提升。未来，部天科院将继续升级智能化监测与控制系统，助力散货港口粉尘控制智能升级，实现港口绿色持续发展。
