基于水流资料同化的长江干线船舶排放清单生成方法技术

本发明专利技术公开了一种基于水流资料同化的长江干线船舶排放清单生成方法，该方法包括：1)面向排放计算的长江干线特征航段划分方法；2)基于水文资料同化的长江干线流场特征库构建方法；3)船舶废气排放拟合模型库构建方法；4)船舶航行轨迹排放量快速查询与计算方法；5)长江干线船舶年度排放清单生成方法。本发明专利技术的有益效果为：将长江干线分为若干特征航段，选取典型流量水位分组样本分别进行流场模拟，获得长江干线流场特征库，拟合构建船舶废气排放拟合模型库，利用船舶航行轨迹排放量计算得到每一船舶航行轨迹的排放量，汇总获得长江干线排放总量，统计分析得到长江干线船舶年度排放清单，相比现有技术计算过程更简单，更省时。更省时。更省时。

【技术实现步骤摘要】
基于水流资料同化的长江干线船舶排放清单生成方法


[0001]本专利技术涉及环保
，具体涉及一种基于水流资料同化的长江干线船舶排放清单生成方法。

技术介绍

[0002]船舶排放的颗粒物、二氧化碳、硫氧化物和氮氧化物等，对空气质量的影响非常大，是主要的空气污染源之一。随着内河航运业的飞速发展，必须严格控制内河船舶污染物排放，积极构建内河船舶废气排放清单。
[0003]目前，国内学者主要侧重于沿海以及港口水域的船舶排放研究，对内河航运业造成大气污染的研究却相对较少。虽然基于AIS(Automatic Identification System，船舶自动识别系统)的动力法已经广泛用于船舶废气排放计算，但是内河运力不断提升，船舶流量不断增加，导致内河船舶AIS数据库的数据量愈加庞大，这大大增加了废气排放量的计算量。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种基于水流资料同化的长江干线船舶排放清单生成方法。
[0005]本专利技术采用的技术方案为：一种基于水流资料同化的长江干线船舶排放清单生成方法，该方法包括如下步骤：
[0006]步骤一、基于长江干线航道特征，构建面向排放计算的长江干线特征航段划分方法，将长江干线划分为若干特征航段；
[0007]步骤二、对每一特征航段选取典型流量、水位分组样本，运用流场模拟工具对每一特征航段的每一典型工况进行流场反演，构建基于水文资料同化的长江干线流场特征库；
[0008]步骤三、根据长江干线流场特征库对船速进行修正，构建优化后的船舶废气排放量计算模型，获得因变量；根据船舶静态信息库获取船舶基本信息，并利用LASSO算法对其进行特征选择，获得自变量；运用多项式拟合建立自变量与因变量之间的关系，并通过提高自变量幂次来提高拟合模型的精度，获得每个特征航段不同船型及不同航行状态下的船舶废气排放拟合模型，构建长江干线船舶废气排放拟合模型库；
[0009]步骤四、将船舶航行轨迹分配到各个相关的特征航段，每一子轨迹依据索引；查询长江干线船舶废气排放拟合模型库，得到最匹配的拟合模型，由此计算每一子轨迹的排放量，即可得到该船舶航行轨迹的排放总量；
[0010]步骤五、从长江干线船舶年度活动数据中生成每一船舶的航行轨迹，根据步骤四，船舶航行轨迹排放量查询与计算方法，计算得到每一船舶航行轨迹的排放量，进一步统计分析即可得到船舶种类、尺度、活动状态的排放分担率，以及船舶排放得时空分布，即得到长江干线船舶年度排放清单。
[0011]按上述方案，步骤一中，面向排放计算的长江干线特征航段划分方法具体为：首
先，将长江干线从云南水富至浏河口按照水道名称依次排序；其次，统计每一水道的航道里程及航道特征；最后，将航道分为弯曲航段和顺直航段，将相邻直航段合并作为一个特征航段，弯曲航段单独作为一个特征航段。
[0012]按上述方案，在步骤二中，构建基于水文资料同化的长江干线流场特征库的方法为：首先，分别统计每一典型航段的2006年以来的水文资料，采集流量和水位的分组样本；其次，将分组样本按水位从小到大排序，当多组样本水位相同时，按流量从小到大排序；再次，选择一定间隔的典型流量、水位分组样本；最后，利用每一特征航段的数字高程模型，结合流量、水位分组样本，确定各边界条件，运用流场模拟工具对每一特征航段的每一典型工况进行流场反演，构建基于水文资料同化的长江干线流场特征库。
[0013]按上述方案，在步骤三中，船舶废气排放拟合模型库的构建方法具体为：
[0014]首先，针对任一特征航段，通过该航段的船舶AIS数据获取船舶在各时刻船位点，基于所构建的长江干线流场特征库，运用权重插值法对船速进行修正，获得船舶的实际速度；
[0015]其次，通过船舶静态信息库获取该航段的船舶基本信息，包括船舶的船型、船长、船宽、主机功率、辅机功率，并根据船长分布对该航段船舶进行分层抽样，得到样本船舶；通过内河船舶AIS数据库获取样本船舶的航行时间；根据排放因子数据库获取该区域的排放因子；根据修正后得到的实际船速，计算得到修正后的主机负荷因子，并获得该区域船舶的辅机负荷因子；构建优化后的船舶废气排放量计算模型：
[0016]1)、传统动力法的船舶废气排放量计算模型为：
[0017][0018]上中，i为船舶废气种类；E为船舶废气排放量，g；P为船舶动力设备功率，kW；j为动力设备类型；m、a、b分别表示主机、辅机和锅炉；L为船舶负荷因子，负荷因子是船舶动力设备输出功率占额定功率的百分比；T为运行时间，h；F
i，j
为船舶i种污染物的j型动力设备的排放因子，g/(kW
·
h)；其中，船舶主机负荷因子L
m
为：
[0019]L
m
＝(V
speed
/V
max
)3ꢀꢀ
(2)，
[0020]式(7)中，V
speed
为船舶航速，kn；V
max
为船舶的最大设计航速，kn；
[0021]2)、根据船舶航行状态、航时、排放因子以及修正过的负荷因子计算船舶的废气排放量，将船舶航速替换为修正后的船速，获得优化后的船舶废气排放量计算模型：
[0022][0023]再次，根据船舶静态信息以及AIS信息，获取船舶排放的影响因子；同时，将步骤二所获得的该区域样本船舶排放量与其航程相除，得到各样本船舶的每公里废气排放量；
[0024]最后，将获取的影响因子利用LASSO算法进行特征选择，得到自变量，以样本船舶每公里排放量为因变量；运用多项式拟合建立自变量与因变量之间的关系，得到该特征航段不同船型不同月份不同航行状态的废气排放量计算公式，构建该特征航段的船舶废气排放拟合模型库。
[0025]按上述方案，步骤四的具体方法为：首先，将船舶航行轨迹分配到各个相关的特征
航段，每一特征航段的轨迹称为该船舶的一条子轨迹；其次，根据每一子轨迹的航行时间，查询其所在特征航段的水位和流量；再次，根据子轨迹所在特征航段及其水位和流量，结合船舶种类和航行工况，查询船舶废气排放拟合模型库，快速得到最匹配的拟合模型；最后，利用该模型计算得到子轨迹在该航段的排放量，进一步可计算每一子轨迹的排放量，即可得到该船舶航行轨迹的排放总量。
[0026]按上述方案，在步骤五中，长江干线船舶年度排放清单的生成方法具体为：首先，获取长江干线船舶年度活动数据，生成每一船舶的航行轨迹，并将其划分为停泊状态轨迹与巡航状态轨迹；其次，利用船舶航行轨迹排放量查询与计算方法，计算得到每一船舶航行轨迹的排放量，进一步统计分析即可得到船舶种类、尺度和活动状态的排放分担率；再次，将每一船舶的排放量分配到每一特征航段或特征网格，即可得到长江干线船舶排放的空间分布；最后，将每一船舶的排放量按时间段或季节进行分配，得到长江干线船舶排放的时间分布，即得到长江干线船舶年度排放清单。
[0027]本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于水流资料同化的长江干线船舶排放清单生成方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤一、基于长江干线航道特征，构建面向排放计算的长江干线特征航段划分方法，将长江干线划分为若干特征航段；步骤二、对每一特征航段选取典型流量、水位分组样本，运用流场模拟工具对每一特征航段的每一典型工况进行流场反演，构建基于水文资料同化的长江干线流场特征库；步骤三、根据长江干线流场特征库对船速进行修正，构建优化后的船舶废气排放量计算模型，获得因变量；根据船舶静态信息库获取船舶基本信息，并利用LASSO算法对其进行特征选择，获得自变量；运用多项式拟合建立自变量与因变量之间的关系，并通过提高自变量幂次来提高拟合模型的精度，获得每个特征航段不同船型及不同航行状态下的船舶废气排放拟合模型，构建长江干线船舶废气排放拟合模型库；步骤四、将船舶航行轨迹分配到各个相关的特征航段，每一子轨迹依据索引；查询长江干线船舶废气排放拟合模型库，得到最匹配的拟合模型，由此计算每一子轨迹的排放量，即可得到该船舶航行轨迹的排放总量；步骤五、从长江干线船舶年度活动数据中生成每一船舶的航行轨迹，根据步骤四，船舶航行轨迹排放量查询与计算方法，计算得到每一船舶航行轨迹的排放量，进一步统计分析即可得到船舶种类、活动状态的排放分担率，以及船舶排放得时空分布，即得到长江干线船舶年度排放清单。2.如权利要求1所述的基于水流资料同化的长江干线船舶排放清单生成方法，其特征在于，步骤一中，面向排放计算的长江干线特征航段划分方法具体为：首先，将长江干线从云南水富至浏河口按照水道名称依次排序；其次，统计每一水道的航道里程及航道特征；最后，将航道分为弯曲航段和顺直航段，将相邻直航段合并作为一个特征航段，弯曲航段单独作为一个特征航段。3.如权利要求1所述的基于水流资料同化的长江干线船舶排放清单生成方法，其特征在于，在步骤二中，构建基于水文资料同化的长江干线流场特征库的方法为：首先，分别统计每一典型航段的2006年以来的水文资料，采集流量和水位的分组样本；其次，将分组样本按水位从小到大排序，当多组样本水位相同时，按流量从小到大排序；再次，选择一定间隔的典型流量、水位分组样本；最后，利用每一特征航段的数字高程模型，结合流量、水位分组样本，确定各边界条件，运用流场模拟工具对每一特征航段的每一典型工况进行流场反演，构建基于水文资料同化的长江干线流场特征库。4.如权利要求1所述的基于水流资料同化的长江干线船舶排放清单生成方法，其特征在于，在步骤三中，船舶废气排放拟合模型库的构建方法具体为：首先，针对任一特征航段，通过该航段的船舶AIS数据获取船舶在各时刻船位点，基于所构建的长江干线流场特征库，运用权重插值法对船速进行修正，获得船舶的实际速度；其次，通过船舶静态信息库获取该航段的船舶基本信息，包括船舶的船型、船长、船宽、主机功率、辅机功率，并根据船长分布对该航段船舶进行分层抽样，得到样本船舶；通过内河船舶AIS数据库获取样本船舶的航行时间；根据排放因...

【专利技术属性】
技术研发人员：周春辉，丁忆然，李靖，黄弘逊，彭鑫，钟佳豪，黄亮，文元桥，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：