一种基于AIS数据的高精度船舶污染物排放量计算方法技术

技术编号:16587663 阅读:162 留言:0更新日期:2017-11-18 15:18
本发明专利技术涉及一种基于AIS数据的高精度船舶污染物排放量计算方法。其包括:获取AIS数据,对AIS数据进行解码得到静态数据和动态数据,静态数据和动态数据分开存储并进行预处理;对静态数据中缺失的数据进行补充和完善;利用动态数据和文献资料提取和补充活动水平数据;将动态数据和静态数据进行匹配;利用船舶逐条AIS动态信息计算船舶大气污染物排放量。本发明专利技术采用动力计算方法,以AIS数据为基础,利用船舶逐条动态上报信息自下而上地计算船舶大气污染物排放量,在此过程中,本发明专利技术充分利用AIS已有信息项来补充缺失的静态数据,可有效降低采用平均数值替代缺失数据带来的较大不确定性,从而提高了排放量计算的准确性。

A high precision method for calculating pollutant emissions from ships based on AIS data

The invention relates to a high-precision ship pollutant discharge calculation method based on AIS data. It includes: acquiring AIS data obtained by decoding the static data and dynamic data of AIS data, static data and dynamic data from storage and pretreatment; to supplement and improve the lack of static data; using dynamic data and literature data extraction and supplementary activity data; matching the static and dynamic data the emissions of air pollutants; calculation of ship ship using AIS dynamic information one by one. The invention adopts the dynamic calculation method, based on AIS data, the use of a ship dynamic information reported by bottom-up calculation of ship emissions of air pollutants, in this process, the invention makes full use of the existing static data to supplement the missing AIS information item, can effectively reduce the average for replacement of missing data large uncertainties. In order to improve the accuracy of calculating emissions.

【技术实现步骤摘要】
一种基于AIS数据的高精度船舶污染物排放量计算方法
本专利技术涉及船舶领域,更具体地,涉及一种基于AIS数据的高精度船舶污染物排放量计算方法。
技术介绍
大气污染物排放清单是制定污染减排政策、评价各污染源排放影响和污染减排效果的重要依据和手段,工业污染源、道路移动源等陆源的大气污染治理工作开展时间较长,清单编制方法亦趋于成熟。随着精细化管理需求和空气质量持续改善压力不断加大,船舶对区域大气污染排放贡献受到越来越多的关注,而目前我国仅有部分沿海港口城市建立了船舶排放清单,清单编制方法还有待完善。船舶排放清单的编制总体经历了“自上而下”的估算方法到“自下而上”的精细化计算过程。前期的排放清单主要采用基于吞吐量、船用燃油消耗量、船舶进出港数据等的“自上而下”的估算方法,操作相对简单,但缺乏对船舶实际航行状态的反映以及数据区域代表性不足等使得清单计算结果具有较大不确定性。为有效提高清单结果的精确度,AIS数据被逐步应用到船舶大气污染物排放清单编制中。船舶自动识别系统(AutomaticIdentificationSystem,简称AIS系统)由岸基(基站)设施和船载设备共同组成,是一种新型的集网络技术、现代通讯技术、计算机技术、电子信息显示技术为一体的数字助航系统和设备。AIS系统的AIS消息提供三类数据,其中包含船舶静态数据(包含船名、呼号、MMSI、IMO、船舶类型、船长、船宽等)、船舶动态数据(包含经度、纬度、船首向、航迹向、航速、实时信息上报的UTC时间等)、船舶航程数据(包含船舶状态,吃水,目的地等)。AIS系统详实的航行速度、时间、经纬度等信息可被用来获取船舶数量以及航行轨迹、航速等多个实时活动水平关键参数,以精确计算船舶实际航行过程中的大气污染物排放量。但AIS数据并不包含对于船舶排放量计算同样十分重要的主辅机和锅炉功率等静态数据,由于与船舶动态信息匹配的相关基础数据获取以及海量AIS数据处理的难度较大(A类船载移动设备报告间隔在航行状态下不超过10s),使用AIS数据“自下而上”编制船舶排放清单的方法主要集中在欧洲、北美等发达国家和地区。我国船舶清单开发对AIS数据的初期使用主要集中在活动水平统计分析、提取船舶流量、利用船舶航行轨迹进行空间分配等方面,该种方法建立的排放清单通过降低关键参数精确度来提高排放量计算的简易度,没有充分发挥AIS本身带有的实时航行状态数据在清单开发过程中的优势,同时也忽略了不同船舶类型、不同吨位等级船舶在单位时间内的污染排放量差异性,空间分配结果依然存在较大的不确定性。目前也有部分学者给出了基于AIS数据建立的船舶大气污染物排放清单,或仅以远洋船为研究对象或侧重于对清单结果的描述,对于我国沿海和内河船数量多、部分船型AIS数据关键信息项缺失严重、数据补充难度大的实际情况及解决办法的相关内容并没有涉及。因此,如何针对可获取的数据源现状实现对AIS静态数据的有效补充和完善以便更好地应用于船舶排放清单“自下而上”的编制过程是现行研究的重点。
技术实现思路
本专利技术为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷(不足),提供一种能够提高计算精度的基于AIS数据的高精度船舶污染物排放量计算方法。为解决上述技术问题,本专利技术的技术方案如下:一种基于AIS数据的高精度船舶污染物排放量计算方法,包括:获取AIS数据,对AIS数据进行解码得到静态数据和动态数据,静态数据和动态数据分开存储并进行预处理;对静态数据中缺失的数据进行补充和完善;利用动态数据和文献资料提取和补充活动水平数据;将动态数据和静态数据进行匹配;基于动力计算方法利用船舶逐条AIS动态信息计算船舶大气污染物排放量。本专利技术采用动力计算方法,以AIS数据为基础,利用船舶逐条动态上报信息自下而上地计算船舶大气污染物排放量,在此过程中,本专利技术充分利用AIS已有信息项来补充缺失的静态数据,可有效降低采用平均数值等替代缺失数据带来的较大不确定性,从而提高了排放量计算的准确性。上述方案中,静态数据和动态数据的预处理具体包括如下步骤:将同一天的静态数据和动态数据分别存储在不同的文件内并以日期命名;当同一天的静态数据中存在多条记录有相同MMSI编号的AIS数据时,删除信息项全部相同的重复数据,仅保留MMSI编码相同的信息最全且合理的一条,其余进行删除处理。AIS报文信息都通过特定的标识符进行信息上传,具有不可直观阅读性,因此本专利技术在获取到AIS数据后先对其进行解码,解码成可直观阅读和使用的数据,解码后将静态数据和动态数据分开存储,形成船舶静态数据库和动态数据库,方便后续排放清单的编制和使用。上述方案中,对静态数据中缺失的数据进行补充和完善的具体步骤包括:收集整理多种与船舶相关的数据库信息对AIS静态数据库进行关键信息项的多源查询匹配操作获取可匹配到的AIS静态数据缺失的数据信息项;对无法直接通过多源查询匹配的方式获取的缺失数据信息项,通过数理统计的方式进行回归模拟结果推算获取。此方式充分利用了其他数据库中对船舶静态数据的记载,通过数据匹配和数理统计方式来补充缺失的静态数据,可有效降低采用平均数值等替代缺失数据带来的较大不确定性。上述方案中,所述多种与船舶相关的数据库包括船舶签证、船舶进出口岸查验信息、船检、劳氏船级社数据库。上述方案中,多源查询匹配具体方式是选择一个关键因子进行信息的匹配,不同数据库可以依次选择MMSI编码、船舶英文名称作为关键因子进行数据的匹配。上述方案中,通过数理统计的方式进行回归模拟结果推算获取缺失的静态数据的具体步骤包括:将船舶类型划分为远洋、沿海和内河三大类,每个大类下的船舶均划分货船、客船、油轮、拖船和其他共五种,提取AIS静态数据中的船长数据,依据不同船型的船长和船舶吨位间的拟合关系式推算出吨位数据,再根据吨位值和功率间的拟合关系式得到主机功率值;按照国内外清单编制经验利用辅机、主机额定功率间的比值与主机额定功率进行关联,计算获取辅机额定功率值;上述方案中,将动态数据和静态数据进行匹配的具体步骤为:将动态数据和静态数据通过MMSI编号进行对应匹配,匹配过程仅查找动态数据文件对应日期的静态数据文件。上述方案中,活动水平数据包括负载率、工况划分和运行时间;负载率的获取为:主机负载率参考国内外清单编制经验,基于螺旋桨定律,利用船舶航行实时速度数据和最大航行速度之间的关系计算得到;辅机负载率和锅炉负载率参考国内外清单经验值;工况划分为航行、进出港和停泊三种工况,通过提取根据远洋、沿海、内河船舶的航行速度分布进行划分,根据实时航行速度进行所处工况判定;运行时间为前后两条动态信息的时间差值。上述方案中,利用船舶逐条AIS动态信息计算船舶大气污染物排放量的具体步骤为:首先对比航行速度数据和工况划分速度限值判定船舶所处航行工况并计算主机负载率,其次计算两条动态报文间的污染物排放量:单条船舶前后两条动态报文间的污染物排放量建立如下计算模型,其中远洋船排放量为主机、辅机和锅炉的排放量之和,沿海船排放量为主机、辅机和锅炉的排放量之和,内河船仅考虑主机排放量:E(主机)=P(主机)×LF(主机)×(UTC1-UTC2)×EF(主机)×LLAE(辅机)=P(辅机)×LF(辅机)×(UTC1-UTC2)×EF(辅机)E(锅炉)=A_P(锅炉)×本文档来自技高网
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一种基于AIS数据的高精度船舶污染物排放量计算方法

【技术保护点】
一种基于AIS数据的高精度船舶污染物排放量计算方法,其特征在于,包括:获取AIS数据,对AIS数据进行解码得到静态数据和动态数据,静态数据和动态数据分开存储并进行预处理;对静态数据中缺失的数据进行补充和完善;利用动态数据和文献资料提取和补充活动水平数据;将动态数据和静态数据进行匹配;基于动力计算方法利用船舶逐条AIS动态信息计算船舶大气污染物排放量。

【技术特征摘要】
1.一种基于AIS数据的高精度船舶污染物排放量计算方法,其特征在于,包括:获取AIS数据,对AIS数据进行解码得到静态数据和动态数据,静态数据和动态数据分开存储并进行预处理;对静态数据中缺失的数据进行补充和完善;利用动态数据和文献资料提取和补充活动水平数据;将动态数据和静态数据进行匹配;基于动力计算方法利用船舶逐条AIS动态信息计算船舶大气污染物排放量。2.根据权利要求1所述的基于AIS数据的高精度船舶污染物排放量计算方法,其特征在于,静态数据和动态数据的预处理包括如下具体步骤:将同一天的静态数据和动态数据分别存储在不同的文件内并以日期命名;当同一天的静态数据中存在多条记录有相同MMSI编号的AIS数据时,删除信息项全部相同的重复数据,仅保留MMSI编码相同的信息最全且合理的一条,其余进行删除处理。3.根据权利要求1所述的基于AIS数据的高精度船舶污染物排放量计算方法,其特征在于,对静态数据中缺失的数据进行补充和完善的具体步骤包括:收集整理与船舶相关的数据库信息对AIS静态数据库进行关键信息项的多源查询匹配操作获取可匹配到的AIS静态数据缺失的数据信息项;对无法直接通过多源查询匹配的方式获取的缺失数据信息项,通过数理统计的方式进行回归模拟结果推算获取。4.根据权利要求3所述的基于AIS数据的高精度船舶污染物排放量计算方法,其特征在于,所述与船舶相关的数据库包括船舶签证、船舶进出口岸查验信息、船检、劳氏船级社数据库中的一种或者多种。5.根据权利要求4所述的基于AIS数据的高精度船舶污染物排放量计算方法,其特征在于,多源查询匹配具体方式是选择一个关键因子进行信息的匹配,不同数据库可以依次选择MMSI编码、船舶英文名称作为关键因子进行数据的匹配。6.根据权利要求3所述的基于AIS数据的高精度船舶污染物排放量计算方法,其特征在于,通过数理统计的方式进行回归模拟结果推算获取缺失的静态数据的具体步骤包括:将船舶类型划分为远洋、沿海和内河三大类,每个大类下的船舶均划分货船、客船、油轮、拖船和其他共五种,提取AIS静态数据中的船长数据,依据不同船型的船长和船舶吨位间的拟合关系式推算出吨位数据,再根据吨位值和功率间的拟合关系式得到主机功率值;按照国内外清单编制经验利用辅机、主机额定功率间的比值与主机额定功率进行关联,计算获取辅机额定功率值。7.根据权利要求1所述的基于AIS数据的高精度船舶污染物排放量计算方法,其特征在于,将动态数据和静态数据进行匹配的具...

【专利技术属性】
技术研发人员:朱倩茹廖程浩刘剑筠张永波韩昊
申请(专利权)人:广东省环境科学研究院
类型:发明
国别省市:广东,44

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