[发明专利]基于AIS数据计算船舶大气污染物排放量及空间分布的方法

说明书

本发明涉及船舶技术领域，尤其涉及一种基于AIS数据计算船舶大气污染物排放量及空间分布的方法，包括：步骤一：AIS报文信息解析和筛选；步骤二：构建完整的船舶静态、动态数据库；步骤三：船舶大气污染物排放量计算；步骤四：污染物空间分布计算。由该计算方法可以更直观的反映主要污染物(SO2和NOx等)的排放量以及港口的空间分布范围，并可以计算出不同行驶状态下污染物排放量。

技术领域

本发明涉及船舶技术领域，尤其涉及一种基于AIS数据计算船舶大气污染物排放量及空间分布的方法。

背景技术

繁荣发展的海上贸易在推动港口地区经济发展的同时，也给港区空气质量带来了巨大危害。相对汽车而言，船舶多使用含硫率较高的柴油或重油作为主要燃料(平均含硫量约为2.6％～2.7％)，在航行过程中会排放大量的硫氧化物、氮氧化物和含碳颗粒物等空气污染物。受风力及扩散作用影响，这些污染物会对沿海及内河区域的空气质量和民众健康造成极大的影响。大气排放清单是指研究区域在一段时间内，不同的大气污染源(如工厂废气、汽车尾气、船舶废气和生活废气等)产生的常见大气污染物(PM、CO和NOx等)数量的列表。大气排放清单的建立对于分析研究区域的大气污染排放来源、利用空气质量模型研究污染物扩散情况以及制定大气污染管理措施具有重要作用。

目前，国际上常用的船舶排放清单计算方法主要有燃料消耗法和基于船舶功率法。相较于燃料消耗法，基于船舶功率的计算方法对于船舶静态数据及动态数据的要求更高，同时也考虑到船舶的实际航速、发动机功率和运行时间等因素对船舶排放量的影响。金陶胜等基于燃料消耗法估算了2006年的船舶污染物排放量，并预测了2010年和2020年的船舶污染物排放量。Chen等采用基于船舶功率的计算方法，计算出2014年船舶排放清单，并对不同船舶类型、行驶模式及污染源的排放分担率进行了初步的分析。但是，目前尚未有学者对船舶大气污染物的空间分布规律进行深入研究，这将制约港口进一步制定有针对性的大气污染防治方案。目前，国内关于内陆城区或城市群的污染物空间分布研究已相对成熟，而关于港口周围船舶大气污染物空间分布研究则相对较少，研究手段并不成熟。

发明内容

本发明的主要目的就是针对上述问题，提供一种基于AIS数据计算船舶大气污染物排放量及空间分布的方法。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种基于AIS数据计算船舶大气污染物排放量及空间分布的方法，其特征在于：包括：

步骤一：AIS报文信息解析和筛选；

步骤二：构建完整的船舶静态、动态数据库；

步骤三：船舶大气污染物排放量计算；

步骤四：污染物空间分布计算。

优选地，在步骤二中，解析后的AIS报文信息根据属性可分为船舶动态信息、船舶静态信息和船舶航次相关信息，其中，船舶动态信息和船舶静态信息可用于船舶大气污染排放清单的计算，不同属性信息的播发周期存在一定的差异，船舶静态信息一般每6min播发一次，船舶动态信息则每3-10s播发一次，，利用动态数据和静态数据的播发频率存在差异的性质，将解析后的动态数据和静态数据分开存储，分别建立船舶动态数据库和船舶静态数据库。

优选地，在步骤二中，通过AIS静态数据库提供的MMSI编码，结合在劳氏数据库中查找船舶发动机功率、船舶载重量、船舶转速等信息，完善船舶基本信息表，从而构建完整的静态数据库。

优选地，在步骤二中，每一条AIS数据反应船舶在某一时刻的航行状态，同一艘船相邻时刻的两条AIS数据可认为近似反映出船舶在这段时间的航行状态，同一艘船相邻两条AIS数据航行速度取平均值，可认为代表这段时间的平均航行速度，将同一艘船相邻两条AIS数据的时刻作差，可得到船舶在这段距离的航行时间。

优选地，根据船舶污染物排放量计算公式，计算船舶污染排放量：