[发明专利]一种基于AIS数据的动态化船舶排放清单建立方法

权利要求书

1.一种基于AIS数据的动态化船舶排放清单建立方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取AIS数据，集成船舶信息数据库；

对AIS数据时间步长分析，动态读取AIS数据，对异常AIS数据进行清洗处理；

对清洗后的AIS数据根据船舶信息与船舶信息数据库进行识别和补充，以及根据船舶信息对船舶排放因子进行动态识别，结合动力法排放计算进行排放估算，得到动态化船舶排放表征；

根据动态化船舶排放表征进行AIS轨迹分析，并根据不同缺失情况进行动态化船舶排放表征修正，得到修复补充的船舶航行轨迹，进而再对船舶排放表征进行计算修正，具体为：

通过AIS轨迹分析得到不同轨迹缺失情况，根据不同轨迹缺失情况进行轨迹修正；

对于AIS上报时间间隔大于平均上报时间间隔并且前后轨迹经纬度方向完全相反的缺失轨迹，基于相似轨迹的船舶轨迹分析处理，将转向后的航行轨迹作为新的轨迹，保留10分钟原航行状态，其余时间当靠泊工况处理；

对于AIS上报时间间隔大于平均上报时间间隔但是前后轨迹经纬度方向不完全相反，采用基于时间和经纬度的分段三次样条轨迹修复技术进行轨迹修复；对于时间段分别作时间-经度、时间-纬度、时间-速度分段三次样条插值，求出插值结果，得出缺失轨迹点的经纬度坐标，从而得到修复补充的船舶航行轨迹。

2.根据权利要求1所述的一种基于AIS数据的动态化船舶排放清单建立方法，其特征在于，所述集成船舶信息数据库，还包括船舶信息数据的补充，具体为：基于船舶类型与长度分级，以船舶信息数据库中识别到完备的信息数据的中位数作为缺失信息数据的填充，补充到船舶信息数据库。

3.根据权利要求1所述的一种基于AIS数据的动态化船舶排放清单建立方法，其特征在于，所述船舶信息包括船舶IMO编号、船舶MMSI编号、船舶名称、船舶发动机类型、燃料类型。

4.根据权利要求1所述的一种基于AIS数据的动态化船舶排放清单建立方法，其特征在于，所述对AIS数据时间步长分析，动态读取AIS数据，对异常AIS数据进行清洗处理，具体为：根据AIS数据动态上报时间间隔，分析不同航行状态下AIS数据上报时间间隔，取不同航行状态下AIS数据上报合适的时间间隔作为动态处理的时间步长；动态读取AIS数据，对错误或重复AIS数据进行清洗，所述错误或重复AIS数据包括航向角异常、速度异常、点位分布异常、重复数据。

5.根据权利要求4所述的一种基于AIS数据的动态化船舶排放清单建立方法，其特征在于，所述合适的时间间隔为不同航行状态下AIS数据上报时间间隔总数或不同航行状态下AIS数据上报平均时间间隔。

6.根据权利要求1所述的一种基于AIS数据的动态化船舶排放清单建立方法，其特征在于，所述进行排放估算具体如下：包括单船排放估算和区域排放估算，其中，单船排放估算计算模型为：

EF＝EF₀×FCF，

LF＝(V_i/V_max)³，

其中，m＝1,2,3,4为靠泊、机动、慢速、正常航行四种航行工况；p＝1,2,3为主机、辅机、锅炉三种动力设备；Em为污染物排放量，MCR为发动机额定功率，LF为负载率，V_i为第i条AIS动态信息船舶航行速度，V_max为船舶最大航行速度，T_i为第i条AIS动态信息上报时间，T_i-1为第i-1条AIS动态信息上报时间，EF为排放因子，EF₀为基础排放因子，FCF为燃烧校正因子，LLA为低负载校正因子；

在完成单船各轨迹点船舶排放估算后，通过叠加地图信息选定区域，统计区域内所有AIS轨迹点船舶排放，得到区域船舶排放结果。

7.根据权利要求1所述的一种基于AIS数据的动态化船舶排放清单建立方法，其特征在于，所述求出插值结果，具体如下：

建立分段三次样条插值模型，设i点时间t_i，经度x_i，纬度y_i，分段三次样条函数S(t)在节点t_i处的二阶导数为M_i，则有分段三次样条表达式为：

其中，M_i为未知参数，h_i为时间间隔，h_i＝t_i+1-t_i；

对S(t)进行求导得到S′(t)，利用S′(t_i+0)＝S′(t_i-0)可得：

u_iM_i-1+2M_i+λ_iM_i+1＝d_i，

其中，

根据第一类边界条件补充i＝1和i＝n是端点方程，则三弯矩阵方程为：

根据上式求出M₀,M₁,…M_n的值，进而得到时间-经度、时间-纬度的插值结果，得到缺失轨迹点的经纬度坐标，从而得到修复补充的船舶航行轨迹。