本發(fā)明涉及船舶排放核算，具體涉及一種基于ais數(shù)據(jù)的船舶排放核算方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、automatic?identification?system(ais，船舶自動識別系統(tǒng))誕生于20世紀90年代，是一種新型的集通訊技術(shù)和電子信息顯示技術(shù)為一體的數(shù)字化助航系統(tǒng)設(shè)備。其設(shè)計的初衷是為了避免船只碰撞事故的發(fā)生。為進一步確保船舶海上航行的安全，international?maritime?organization(imo)要求所有300總噸及以上的國際航行船舶，和500總噸及以上的非國際航行船舶，以及所有客船必須安裝ais系統(tǒng)。通過ais數(shù)據(jù)，可以提供高分辨率的排放地理特征，并根據(jù)季節(jié)性，船型，船旗國和船舶航線研究這些排放的分配?？傮w來看，ais可被用來獲取船舶類型、數(shù)量、航跡、航速、主機負荷因子等多個參數(shù)，為海運排放的準確測算提供了當前最為有效的手段。目前，基于ais的方法已經(jīng)用于全球、國家、區(qū)域、港口、特殊船舶等不同層面的船舶排放核算。然而利用ais數(shù)據(jù)進行船舶排放核算無論在方法還是數(shù)據(jù)層面仍存在諸多挑戰(zhàn)，如各類污染物排放與船型、發(fā)動機、燃料、操作模式及周圍環(huán)境等因素間的相關(guān)關(guān)系，ais報文、船舶技術(shù)規(guī)格、排放因子等數(shù)據(jù)的可獲得性及數(shù)據(jù)質(zhì)量。考慮到ais數(shù)據(jù)受岸基位置、設(shè)備、環(huán)境等因素影響，其可獲得性和質(zhì)量無法短期內(nèi)提高。因此，從方法層面改進基于ais的排放估計不僅對船舶排放的準確量化至關(guān)重要，而且對全球污染物減排也具有重要意義。

2、盡管相關(guān)研究較多且已經(jīng)取得很多成果，但仍有很多地方需要改進。如有效數(shù)據(jù)丟失、動態(tài)數(shù)據(jù)補充較為復雜、核算結(jié)果不確定性較大等問題。迄今為止，基于ais數(shù)據(jù)核算船舶排放的具體計算步驟如下：首先，通過下采樣將ais數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為等間隔的多維時間序列數(shù)據(jù)；其次，分別對每一個維度的數(shù)據(jù)進行缺失值補充；再次，計算等時間間隔點的船舶排放；最后，對船舶排放積分得到總排放。然而，該過程的具有較大的不確定性，其主要來源于：1)ais數(shù)據(jù)下采樣會導致有效數(shù)據(jù)的丟失，且采樣間隔越大，有效信息缺失越多。2)多維ais動態(tài)數(shù)據(jù)之間具有一定聯(lián)系(如位置、速度等參數(shù))，按照一維數(shù)據(jù)處理將導致缺失值補充結(jié)果不準確，不確定性較大。3)缺失位置的船舶排放基于一維數(shù)據(jù)補充結(jié)果計算，進而導致總排放結(jié)果偏差較大。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于ais數(shù)據(jù)的船舶排放核算方法及裝置，以解決基于ais數(shù)據(jù)的船舶排放核算過程復雜、結(jié)果不準確等問題。

2、第一方面，本發(fā)明提供了一種基于ais數(shù)據(jù)的船舶排放核算方法，所述方法包括：

3、對已有的ais報文數(shù)據(jù)進行完整性評估，并識別數(shù)據(jù)缺失位置；

4、基于已有的ais報文數(shù)據(jù)計算每個數(shù)據(jù)點的船舶瞬時排放；

5、基于所述船舶瞬時排放，利用分段三次hermite插值對數(shù)據(jù)缺失位置的船舶排放進行補充；

6、對補充后的船舶排放進行積分，得到總排放。

7、本發(fā)明提供的一種基于ais數(shù)據(jù)的船舶排放核算方法，基于排放連續(xù)理論提出了一個新的瞬時核算方法，該方法將處理多維時間序列問題轉(zhuǎn)化為一維時間序列，降低了核算過程的復雜性，并增加了核算結(jié)果的準確性。

8、在一種可選的實施方式中，所述對已有的ais報文數(shù)據(jù)進行完整性評估，并識別數(shù)據(jù)缺失位置，包括：

9、獲取ais報文數(shù)據(jù)的實際報告間隔；

10、判斷船舶的操作模式及轉(zhuǎn)彎狀態(tài)；

11、根據(jù)ais報文數(shù)據(jù)的實際報告間隔、船舶的操作模式及轉(zhuǎn)彎狀態(tài)對ais報文數(shù)據(jù)的完整性進行評估，并識別數(shù)據(jù)缺失位置。

12、基于ais設(shè)備標準報告間隔，利用航行狀態(tài)、對地速度、實際報告間隔、經(jīng)緯度坐標等參數(shù)建立了ais數(shù)據(jù)完整性識別和數(shù)據(jù)恢復方法，該方法加深了用戶對ais數(shù)據(jù)的了解并為后續(xù)研究提供了較為準確的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

13、在一種可選的實施方式中，所述根據(jù)ais報文數(shù)據(jù)的實際報告間隔、船舶的操作模式及轉(zhuǎn)彎狀態(tài)對ais報文數(shù)據(jù)的完整性進行評估，并識別數(shù)據(jù)缺失位置，包括：

14、判斷船舶的狀態(tài)；

15、當船舶拋錨或者停泊時，判斷船舶的航速；

16、當所述航速不高于第一預設(shè)速度時，判斷ais報文數(shù)據(jù)的實際報告間隔是否大于第一預設(shè)時間；

17、當所述實際報告間隔大于所述第一預設(shè)時間時，計算缺失數(shù)據(jù)點個數(shù)，并根據(jù)缺失數(shù)據(jù)點個數(shù)識別數(shù)據(jù)缺失位置。

18、在一種可選的實施方式中，所述根據(jù)ais報文數(shù)據(jù)的實際報告間隔、船舶的操作模式及轉(zhuǎn)彎狀態(tài)對ais報文數(shù)據(jù)的完整性進行評估，并識別數(shù)據(jù)缺失位置，還包括：

19、當船舶拋錨或者停泊，并且所述航速高于第一預設(shè)速度時，判斷ais報文數(shù)據(jù)的實際報告間隔是否大于第二預設(shè)時間；

20、當所述實際報告間隔大于所述第二預設(shè)時間時，計算缺失數(shù)據(jù)點個數(shù)，并根據(jù)缺失數(shù)據(jù)點個數(shù)識別數(shù)據(jù)缺失位置。

21、在一種可選的實施方式中，所述根據(jù)ais報文數(shù)據(jù)的實際報告間隔、船舶的操作模式及轉(zhuǎn)彎狀態(tài)對ais報文數(shù)據(jù)的完整性進行評估，并識別數(shù)據(jù)缺失位置，還包括：

22、當船舶在航行時，判斷船舶的航速；

23、當所述航速不高于第二預設(shè)速度時，判斷船舶是否改變航向；

24、當船舶改變航向時，判斷ais報文數(shù)據(jù)的實際報告間隔是否大于第三預設(shè)時間；

25、當所述實際報告間隔大于所述第三預設(shè)時間時，計算缺失數(shù)據(jù)點個數(shù)，并根據(jù)缺失數(shù)據(jù)點個數(shù)識別數(shù)據(jù)缺失位置。

26、在一種可選的實施方式中，所述根據(jù)ais報文數(shù)據(jù)的實際報告間隔、船舶的操作模式及轉(zhuǎn)彎狀態(tài)對ais報文數(shù)據(jù)的完整性進行評估，并識別數(shù)據(jù)缺失位置，還包括：

27、當所述航速不高于第二預設(shè)速度且未改變航向時，判斷ais報文數(shù)據(jù)的實際報告間隔是否大于所述第二預設(shè)時間；

28、當所述實際報告間隔大于所述第二預設(shè)時間時，計算缺失數(shù)據(jù)點個數(shù)，并根據(jù)缺失數(shù)據(jù)點個數(shù)識別數(shù)據(jù)缺失位置。

29、在一種可選的實施方式中，所述根據(jù)ais報文數(shù)據(jù)的實際報告間隔、船舶的操作模式及轉(zhuǎn)彎狀態(tài)對ais報文數(shù)據(jù)的完整性進行評估，并識別數(shù)據(jù)缺失位置，還包括：

30、當船舶在航行，且所述航速高于第二預設(shè)速度但不高于第三預設(shè)速度時，判斷船舶是否改變航向；

31、當船舶改變航向時，判斷ais報文數(shù)據(jù)的實際報告間隔是否大于第四預設(shè)時間；

32、當所述實際報告間隔大于所述第四預設(shè)時間時，計算缺失數(shù)據(jù)點個數(shù)，并根據(jù)缺失數(shù)據(jù)點個數(shù)識別數(shù)據(jù)缺失位置。

33、在一種可選的實施方式中，所述根據(jù)ais報文數(shù)據(jù)的實際報告間隔、船舶的操作模式及轉(zhuǎn)彎狀態(tài)對ais報文數(shù)據(jù)的完整性進行評估，并識別數(shù)據(jù)缺失位置，還包括：

34、當船舶未改變航向時，判斷ais報文數(shù)據(jù)的實際報告間隔是否大于第五預設(shè)時間；

35、當所述實際報告間隔大于所述第五預設(shè)時間時，計算缺失數(shù)據(jù)點個數(shù)，并根據(jù)缺失數(shù)據(jù)點個數(shù)識別數(shù)據(jù)缺失位置。

36、在一種可選的實施方式中，所述根據(jù)ais報文數(shù)據(jù)的實際報告間隔、船舶的操作模式及轉(zhuǎn)彎狀態(tài)對ais報文數(shù)據(jù)的完整性進行評估，并識別數(shù)據(jù)缺失位置，還包括：

37、當船舶在航行，且所述航速高于第三預設(shè)速度時，判斷ais報文數(shù)據(jù)的實際報告間隔是否大于第六預設(shè)時間；

38、當所述實際報告間隔大于所述第六預設(shè)時間時，計算缺失數(shù)據(jù)點個數(shù)，并根據(jù)缺失數(shù)據(jù)點個數(shù)識別數(shù)據(jù)缺失位置。

39、在一種可選的實施方式中，對于每個ais數(shù)據(jù)點處的瞬時排放，計算公式如下：

40、

41、其中，en表示污染物n的總排放量，單位kg；n表示污染物的類型；i表示發(fā)動機類型；j表示操作模式；k表示燃油類型；t表示船舶實際報文時間；pi表示發(fā)動機i的額定功率，單位kw；lfijt表示在發(fā)動機i操作模式j(luò)下的負荷系數(shù)，無量綱；表示污染物n的發(fā)動機i在操作模式j(luò)燃油類型k下的排放因子，單位g/kw·h；sfocn表示污染物n的特殊燃料消耗(g/kwh)；cf表示減排控制系數(shù)，無量綱。

42、第二方面，本發(fā)明提供了一種基于ais數(shù)據(jù)的船舶排放核算裝置，所述裝置包括：

43、評估模塊，用于對已有的ais報文數(shù)據(jù)進行完整性評估，并識別數(shù)據(jù)缺失位置；

44、計算模塊，用于基于已有的ais報文數(shù)據(jù)計算每個數(shù)據(jù)點的船舶瞬時排放；

45、補充模塊，用于基于所述船舶瞬時排放，利用分段三次hermite插值對數(shù)據(jù)缺失位置的船舶排放進行補充；

46、積分模塊，用于對補充后的船舶排放進行積分，得到總排放。

47、本發(fā)明提供的一種基于ais數(shù)據(jù)的船舶排放核算裝置，為了建立核算更為準確的核算方法，本發(fā)明針對已有方法存在的有效數(shù)據(jù)丟失、模型復雜等問題，建立基于瞬時排放的新的排放核算方法，該方法將處理多維時間序列問題轉(zhuǎn)化為一維時間序列，降低了核算過程的復雜性，并增加了核算結(jié)果的準確性。

48、第三方面，本發(fā)明提供了一種計算機設(shè)備，包括：存儲器和處理器，存儲器和處理器之間互相通信連接，存儲器中存儲有計算機指令，處理器通過執(zhí)行計算機指令，從而執(zhí)行上述第一方面或其對應(yīng)的任一實施方式的基于ais數(shù)據(jù)的船舶排放核算方法。

49、第四方面，本發(fā)明提供了一種計算機可讀存儲介質(zhì)，該計算機可讀存儲介質(zhì)上存儲有計算機指令，計算機指令用于使計算機執(zhí)行上述第一方面或其對應(yīng)的任一實施方式的基于ais數(shù)據(jù)的船舶排放核算方法。