CN111859045A - 一种快速核算工业各行业二氧化碳排放量的方法及核算系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于工业行业二氧化碳排放快速核算技术领域，涉及一种快速核算工业各行业二氧化碳排放量的方法，包括：建立基准年份的该地区的各重点行业的煤炭、油品、天然气占比系数矩阵和该地区的各重点行业的消费量矩阵；建立重点行业与对应的工业产品名称和企业在线监测系统名称相匹配的匹配函数关系；建立该地区的各重点行业相匹配的工业产品产量或企业在线监测系统的月度数据矩阵和年度数据矩阵，得到归一化后的数据矩阵；建立该地区的各重点行业的工业产品产量或企业在线监测系统和煤炭、油品、天然气消费量之间关系的数据矩阵和计算该地区的各重点行业的煤炭、油品、天然气总消费量，继而核算该地区工业各行业月度二氧化碳排放量。

Description

一种快速核算工业各行业二氧化碳排放量的方法及核算系统
技术领域
本发明属于工业行业二氧化碳排放快速核算技术领域，具体地说，涉及一种快速核算工业各行业二氧化碳排放量的方法及核算系统。
背景技术
目前，与能源相关的二氧化碳排放量中，超过70％的二氧化碳排放量来自于工业生产，推动工业行业领域二氧化碳达峰和减排是实现二氧化碳排放达峰的前提和保障。为满足生产的产品数量巨大、覆盖范围广的要求，识别不同地区在工业产品生产过程中的二氧化碳排放量，掌握不同时间范围内，单位产品生产过程中的二氧化碳排放水平，以及面对突如其来的形势变化(比如新冠疫情)对产品生产的影响，针对各个地区高二氧化碳排放产品进行精细化管控，推动各地区实现绿色高质量发展。因此，如何快速、准确、及时地评估能源和工业产品生产过程中排放的二氧化碳量，是实现精细化管控，制定管理措施的基础和前提。
现阶段计算工业产品生产过程中产生的二氧化碳排放量主要依靠已经公布的能源统计年鉴数据来完成。但是，由于该能源统计年鉴数据的公布时间较晚，往往滞后一年半到两年的时间，导致二氧化碳排放量核算的延迟时间加长，无法及时掌握最新的生产过程导致的二氧化碳排放量，面对突发事件，哪些生产过程可能受到影响，以及无法快速及时的掌握二氧化碳排放量的变化情况。
当前，我们通过每个月每个地区公布的能源生产和主要产品生产数据，以及辅助的社会用电量数据和企业在线监测系统(Continuous Emission Monitoring System，CEMS)数据，可以将分行业分地区的二氧化碳排放数据快速更新，周期将之后半个月至一个月，迅速提高了数据时效性。在保证数据时效性的同时，采用社会用电量、能源统计数据对我们的模型误差进行分析，重点二氧化碳排放行业误差控制在7％范围内。基于此，本专利提出基于工业产品数据、工业行业用电量、企业在线监测系统(CEMS)核算中国各省工业部门各行业月度二氧化碳排放量的方法。
发明内容
为解决现有技术存在上述缺陷，本发明提出了一种快速核算工业各行业二氧化碳排放量的方法，该方法包括：
针对某一地区，从工业各行业中选取多个同时包括煤炭消费量、油品消费量和天然气消费量的重点行业，建立基准年份的该地区的各重点行业的煤炭、油品、天然气占比系数矩阵和该地区的各重点行业的消费量矩阵；
基于工业-环境大数据，建立重点行业与对应的工业产品名称和企业在线监测系统名称相匹配的匹配函数关系；
基于该匹配函数关系，建立该地区的各重点行业相匹配的工业产品产量或企业在线监测系统的月度数据矩阵和年度数据矩阵，并将二者进行归一化处理，得到归一化后的数据矩阵；
根据归一化后的数据矩阵，建立该地区的各重点行业的工业产品产量或企业在线监测系统和煤炭消费量之间关系的数据矩阵和计算该地区的各重点行业的煤炭总消费量；
建立该地区的各重点行业的工业产品产量或企业在线监测系统和油品消费量之间关系的数据矩阵和计算该地区的各重点行业的油品总消费量；
建立该地区的各重点行业的工业产品产量或企业在线监测系统和天然气消费量之间关系的数据矩阵和计算该地区的各重点行业的天然气总消费量；
根据计算得到的该地区的各重点行业的煤炭总消费量、油品总消费量和天然气总消费量，核算该地区工业各行业月度二氧化碳排放量，实现该地区工业各行业月度二氧化碳排放量的快速核算。
作为上述技术方案的改进之一，所述针对某一地区，从工业各行业中选取某一同时包括煤炭消费量、油品消费量和天然气消费量的重点行业，建立基准年份的该地区的重点行业的煤炭、油品、天然气占比系数矩阵和该地区的重点行业的消费量矩阵；具体为：
根据基准年份的高空间分辨率排放网格数据库，获取某一地区的各行业的煤炭、油品和天然气消费量；
按照煤炭消费量、油品消费量、天然气消费量的数据排列顺序，对该地区的各行业的消费量由大到小进行排序，将同时包括煤炭消费量、油品消费量和天然气消费量某一行业中的煤炭消费量、油品消费量和天然气消费量加在一起得到的消费量占该行业的全部消费量的80％-90％，将该行业定义为重点行业Industryi，其中，i为某一重点行业；
针对某一地区，从工业各行业中选取某一同时包括煤炭、油品、天然气消费量的重点行业，针对该重点行业，计算基准年份的该地区的该重点行业中的煤炭消费量占该地区全部行业的煤炭消费量的比例：
Ratio_Coalj＝(∑Coali,j)/Coalj
其中，Ratio_Coalj为基准年份的第j地区的重点行业中的煤炭消费量占该地区全部行业的煤炭消费量的比例；Coali,j为基准年份的第j地区的第i个重点行业中的煤炭消费量；Coalj为基准年份的第j地区全部行业的煤炭消费量；
计算基准年份的该地区的该重点行业中的油品消费量占该地区全部行业的油品消费量的比例：
Ratio_Oilj＝(∑Oili,j)/Oilj
其中，Ratio_Oilj为基准年份的第j地区的重点行业中的油品消费量占该地区全部行业的油品消费量的比例；Oil,j为基准年份的第j地区的第i个重点行业中的油品消费量；Oilj为基准年份的第j地区全部行业的油品消费量；
计算基准年份的该地区的该重点行业中的天然气消费量占该地区全部行业的天然气消费量的比例：
Ratio_Gasj＝(∑Gasi,j)/Gasj
其中，Ratio_Gasj为基准年份的第j地区的重点行业中的天然气消费量占该地区全部行业的天然气消费量的比例；Gasi,j为基准年份的第j地区的第i个重点行业中的天然气消费量；Gasj为基准年份的第j地区全部行业的天然气消费量；
基于上述三个比例，得到基准年份的第j地区的重点行业的煤炭、油品、天然气占比系数矩阵Ratioj：
Ratioj＝[Ratio_Coalj Ratio_Oilj Ratio_Gasj]1×3
根据基准年份的高空间分辨率排放网格数据库，获取基准年份的该地区的煤炭、油品、天然气消费量矩阵Consumption_Basej：
Figure BDA0002613090490000041
其中，Consumption_Basej为基准年份的第j地区的煤炭、油品、天然气消费量矩阵，该矩阵为i行，3列；Consumption_Coal_Basej为基准年份的第j地区的煤炭消费量子矩阵；Consumption_Oil_Basej为基准年份的第j地区的油品消费量子矩阵；Consumption_Gas_Basej为基准年份的第j地区的天然气消费量子矩阵；
Coal_Basei,j为第j地区的第i个重点行业的基准年份的煤炭消费量；Oil_Basei,j为第j地区的第i个重点行业的基准年份的油品消费量；Gas_Basei,j为第j地区的第i个重点行业的基准年份的天然气消费量。
作为上述技术方案的改进之一，所述基于工业-环境大数据，建立该重点行业名称与对应的工业产品名称和企业在线监测系统名称相匹配的匹配函数关系；具体为：
基于工业-环境大数据，建立该重点行业名称与对应的工业产品名称和企业在线监测系统名称相匹配的匹配函数关系：
Figure BDA0002613090490000042
其中，Industryi为第i个重点行业；g(Productk,CEMSl)为工业产品名称和企业在线监测系统名称；Productk为某个重点行业所对应的工业产品名称k；CEMSl为某个重点行业所对应的企业在线监测系统名称l。
作为上述技术方案的改进之一，所述基于该匹配函数关系，建立该地区的各重点行业相匹配的工业产品产量或企业在线监测系统的月度数据矩阵和年度数据矩阵，并将二者进行归一化处理，得到归一化后的数据矩阵；具体为：
基于上述函数对应关系，建立该地区的各重点行业对应的工业产品产量或企业在线监测系统的月度数据矩阵：
Figure BDA0002613090490000043
其中，Industryj为第j地区的各重点行业对应的工业产品产量或企业在线监测系统的月度数据矩阵，共i行，t列；
Industryi,j,t为第j地区的第i个重点行业对应的工业产品产量或企业在线监测系统的第t月份的数据；
建立基准年份的各重点行业对应的工业产品产量或企业在线监测系统的年度数据矩阵；
Figure BDA0002613090490000051
其中，Industry_Basej为基准年份的第j地区的各重点行业对应的工业产品产量或企业在线监测系统的年度数据矩阵，共i行，1列；
Industry_Basei,j为第j地区的第i个重点行业对应的工业产品产量或企业在线监测系统的基准年份的年度数据；
根据Industry_Basej，对Industryj进行归一化处理：
Figure BDA0002613090490000052
其中，Industry_Normalizedj为归一化后的数据矩阵，共i行，t列；
Industryi,j,t/Industry_Basei,j为归一化后第j地区的第i个重点行业对应的工业产品产量或企业在线监测系统的数据；
作为上述技术方案的改进之一，所述根据归一化后的数据矩阵，建立该地区的各重点行业的工业产品产量或企业在线监测系统和煤炭消费量之间关系的数据矩阵和计算该地区的各重点行业的煤炭总消费量；
建立该地区的各重点行业的工业产品产量或企业在线监测系统和油品消费量之间关系的数据矩阵和计算该地区的各重点行业的油品总消费量；
建立该地区的各重点行业的工业产品产量或企业在线监测系统和天然气消费量之间关系的数据矩阵和计算该地区的各重点行业的天然气总消费量；具体为：
根据归一化后的数据矩阵Industry_Normalizedj，建立该地区的各重点行业的工业产品产量或企业在线监测系统和煤炭消费量之间的数据矩阵：
Figure BDA0002613090490000061
其中，
Figure BDA0002613090490000062
为第j地区的各重点行业的工业产品产量或企业在线监测系统和煤炭消费量之间的数据矩阵，共i行，t列；Coali,j,t为推算的第j地区的第i个重点行业的第t月份的煤炭量；
再根据基准年份的第j地区的重点行业中的煤炭消费量占该地区全部行业的煤炭消费量的比例Ratio_Coalj、基准年份的该地区的煤炭、油品、天然气消费量矩阵Consumption_Basej中的Consumption_Coal_Basej和归一化后的数据矩阵Industry_Normalizedj，对该地区的各重点行业的煤炭消费量进行归类汇总，进而计算该地区的各重点行业的煤炭总消费量：
Figure BDA0002613090490000063
其中，Consumption_Industry_Coal_Sumj为该地区的各重点行业的煤炭总消费量；Coal_Sumj,t1为推算的第j地区的全部工业行业的第t月份的煤炭量；
建立该地区的各重点行业的工业产品产量或企业在线监测系统和油品消费量之间关系的数据矩阵：
Figure BDA0002613090490000071
其中，
Figure BDA0002613090490000072
为第j地区的各重点行业的工业产品产量或企业在线监测系统和油品消费量之间的数据矩阵，共i行，t列；Oili,j,t为推算的第j地区的第i个重点行业的第t月份的油品量；
再根据基准年份的第j地区的重点行业中的油品消费量占该地区全部行业的油品消费量的比例Ratio_Oilj、基准年份的该地区的煤炭、油品、天然气消费量矩阵Consumption_Basej中的Consumption_Oil_Basej和归一化后的数据矩阵Industry_Normalizedj，对该地区的各重点行业的油品消费量进行归类汇总，进而计算该地区的各重点行业的油品总消费量：
Figure BDA0002613090490000073
其中，Consumption_Industry_Oil_Sumj为该地区的各重点行业的油品总消费量；Oil_Sumj,t为推算的第j地区的全部工业行业的第t月份的油品消费量；
建立该地区的各重点行业的工业产品产量或企业在线监测系统和天然气消费量之间关系的数据矩阵：
Figure BDA0002613090490000074
Figure BDA0002613090490000081
其中，
Figure BDA0002613090490000082
为第j地区的各重点行业的工业产品产量或企业在线监测系统天然气消费量之间的数据矩阵，共i行，t列；Gasi,j,t为推算的第j地区的第i个重点行业的第t月份的天然气量；
再根据基准年份的第j地区的重点行业中的天然气消费量占该地区全部行业的天然气消费量的比例Ratio_Gasj、基准年份的该地区的煤炭、油品、天然气消费量矩阵Consumption_Basej中的Consumption_Gas_Basej和归一化后的数据矩阵Industry_Normalizedj，对该地区的各重点行业的天然气消费量进行归类汇总，进而计算该地区的各重点行业的天然气总消费量：
Figure BDA0002613090490000083
其中，Consumption_Industry_Gas_Sumj为该地区的各重点行业的天然气总消费量；Gas_Sumj,t为推算的第j地区的全部工业行业的第t月份的天然气消费量。
作为上述技术方案的改进之一，所述根据计算得到的该地区的各重点行业的煤炭总消费量、油品总消费量和天然气总消费量，核算该地区工业各行业月度二氧化碳排放量，实现该地区工业各行业月度二氧化碳排放量的快速核算；具体为：
构建二氧化碳排放系数矩阵：
[EFCoal EFOil EFGas]1×3
其中，EFCoal为煤炭的二氧化碳排放系数；EFOil为油品的二氧化碳排放系数；EFGas为天然气的二氧化碳排放系数；
将计算得到的该地区的各重点行业的煤炭总消费量、油品总消费量和天然气总消费量进行汇总，得到消费量综合矩阵：
Figure BDA0002613090490000091
将二氧化碳排放系数矩阵乘以消费量综合矩阵：
Figure BDA0002613090490000092
其中，Carbonj,t为第j地区的第t月份的二氧化碳排放量；
通过上述计算，核算出该地区工业各行业月度二氧化碳排放量，实现该地区工业各行业月度二氧化碳排放量的快速核算。
本发明还提供了一种快速核算工业各行业二氧化碳排放量的核算系统，该系统包括：
数据获取模块，用于针对某一地区，从工业各行业中选取多个同时包括煤炭消费量、油品消费量和天然气消费量的重点行业，建立基准年份的该地区的各重点行业的煤炭、油品、天然气占比系数矩阵和该地区的各重点行业的消费量矩阵；
函数获取模块，用于基于工业-环境大数据，建立重点行业与对应的工业产品名称和企业在线监测系统名称相匹配的匹配函数关系；
归一化处理模块，用于基于该匹配函数关系，建立该地区的各重点行业相匹配的工业产品产量或企业在线监测系统的月度数据矩阵和年度数据矩阵，并将二者进行归一化处理，得到归一化后的数据矩阵；
总消费量获取模块，用于根据归一化后的数据矩阵，建立该地区的各重点行业的工业产品产量或企业在线监测系统和煤炭消费量之间关系的数据矩阵和计算该地区的各重点行业的煤炭总消费量；
建立该地区的各重点行业的工业产品产量或企业在线监测系统和油品消费量之间关系的数据矩阵和计算该地区的各重点行业的油品总消费量；
建立该地区的各重点行业的工业产品产量或企业在线监测系统和天然气消费量之间关系的数据矩阵和计算该地区的各重点行业的天然气总消费量；和
核算模块，用于根据计算得到的该地区的各重点行业的煤炭总消费量、油品总消费量和天然气总消费量，核算该地区工业各行业月度二氧化碳排放量，实现该地区工业各行业月度二氧化碳排放量的快速核算。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
本发明的方法利用能源-工业-环境分月大数据，快速核算某一地区的工业各行业月度二氧化碳排放量；
采用能源生产、工业产品和企业在线监测系统(CEMS)的月度数据，提供高时效的核算工业生产导致的二氧化碳排放的新方法和技术手段；
基于公开的工业产品产量、工业行业用电量、企业在线监测系统(CEMS)的月度数据，解决了以往能源数据不可及时的获得、能源数据获得滞后或缺失的缺陷；
区别于以往的绝对二氧化碳核算方法，本方法采用蒙特卡洛法(Monte Carlosimulation)分析二氧化碳核算结果的不确定性；
基于能源-工业-环境大数据，实现某一地区的工业各行业月度二氧化碳排放量的核算方法；高时效地为实现某一地区的减排政策的制定和管理提供依据。
附图说明
图1是本发明的一种快速核算工业各行业二氧化碳排放量的方法的一个具体实施例的方法流程图。
具体实施方式
现结合附图对本发明作进一步的描述。
如图1所示，本发明提供了一种快速核算工业各行业二氧化碳排放量的方法，该方法解决了现有的核算方法在核算二氧化碳排放量时效性问题；具体涉及一种基于工业-环境大数据快速核算各地区的工业行业月度二氧化碳排放量的方法，其中，工业-环境大数据包括：高空间分辨率排放网格数据库(XHRED)、工业产品数据、工业行业用电量、企业在线监测系统(CEMS)数据；通过对利用工业产品数据、工业行业用电量、企业在线监测系统(CEMS)和各地区的工业各行业二氧化碳排放量建立工业产品数据、工业行业用电量、企业在线监测系统(CEMS)和各省工业各行业二氧化碳排放量的具体关联关系。
如图1所示，在本实施例中，将基准年份定义为2018年，将采用本发明的方法核算得到的二氧化碳排放量作为2019年的二氧化碳排放量；
该方法包括：
针对某一地区，从工业各行业中选取多个同时包括煤炭消费量、油品消费量和天然气消费量的重点行业，建立基准年份的该地区的各重点行业的煤炭、油品、天然气占比系数矩阵和该地区的各重点行业的消费量矩阵；
具体地，根据基准年份的高空间分辨率排放网格数据库，获取某一地区的各行业的煤炭、油品和天然气消费量；
按照煤炭消费量、油品消费量、天然气消费量的数据排列顺序，对该地区的各行业的消费量由大到小进行排序，将同时包括煤炭消费量、油品消费量和天然气消费量某一行业中的煤炭消费量、油品消费量和天然气消费量加在一起得到的消费量占该行业的全部消费量的80％-90％，将该行业定义为重点行业Industryi，其中，i为某一重点行业；
针对某一地区，从工业各行业中选取某一同时包括煤炭、油品、天然气消费量的重点行业，针对该重点行业，计算基准年份的该地区的该重点行业中的煤炭消费量占该地区全部行业的煤炭消费量的比例：
Ratio_Coalj＝(∑Coali,j)/Coalj
其中，Ratio_Coalj为基准年份的第j地区的重点行业中的煤炭消费量占该地区全部行业的煤炭消费量的比例；Coali,j为基准年份的第j地区的第i个重点行业中的煤炭消费量；Coalj为基准年份的第j地区全部行业的煤炭消费量；
计算基准年份的该地区的该重点行业中的油品消费量占该地区全部行业的油品消费量的比例：
Ratio_Oilj＝(∑Oili,j)/Oilj
其中，Ratio_Oilj为基准年份的第j地区的重点行业中的油品消费量占该地区全部行业的油品消费量的比例；Oili,j为基准年份的第j地区的第i个重点行业中的油品消费量；Oilj为基准年份的第j地区全部行业的油品消费量；
计算基准年份的该地区的该重点行业中的天然气消费量占该地区全部行业的天然气消费量的比例：
Ratio_Gasj＝(∑Gasi,j)/Gasj
其中，Ratio_Gasj为基准年份的第j地区的重点行业中的天然气消费量占该地区全部行业的天然气消费量的比例；Gasi,j为基准年份的第j地区的第i个重点行业中的天然气消费量；Gasj为基准年份的第j地区全部行业的天然气消费量；
基于上述三个比例，得到基准年份的第j地区的重点行业的煤炭、油品、天然气占比系数矩阵Ratioj：
Ratioj＝[Ratio_Coalj Ratio_Oilj Ratio_Gasj]1×3
根据基准年份的高空间分辨率排放网格数据库，获取基准年份的该地区的煤炭、油品、天然气消费量矩阵Consumption_Basej：
Figure BDA0002613090490000121
其中，Consumption_Basej为基准年份的第j地区的煤炭、油品、天然气消费量矩阵，该矩阵为i行，3列；Consumption_Coal_Basej为基准年份的第j地区的煤炭消费量子矩阵；Consumption_Oil_Basej为基准年份的第j地区的油品消费量子矩阵；Consumption_Gas_Baej为基准年份的第j地区的天然气消费量子矩阵；
Coal_Basei,j为第j地区的第i个重点行业的基准年份的煤炭消费量；Oil_Basei,j为第j地区的第i个重点行业的基准年份的油品消费量；Gas_Basei,j为第j地区的第i个重点行业的基准年份的天然气消费量。
基于工业-环境大数据，建立重点行业与对应的工业产品名称和企业在线监测系统名称相匹配的匹配函数关系；
具体地，基于工业-环境大数据，建立该重点行业名称与对应的工业产品名称和企业在线监测系统名称相匹配的匹配函数关系：
Figure BDA0002613090490000131
其中，Industryi为第i个重点行业；g(Productk,CEMSl)为工业产品名称和企业在线监测系统名称；Productk为某个重点行业所对应的工业产品名称k；CEMSl为某个重点行业所对应的企业在线监测系统名称l。
需要注意的是，每一个重点行业i有且只有一种名称匹配关系，即每一个重点行业名称，在工业产品名称或企业在线监测系统名称中找到其中一种名称匹配关系进行匹配即可。
基于该匹配函数关系，建立该地区的各重点行业相匹配的工业产品产量或企业在线监测系统的月度数据矩阵和年度数据矩阵，并将二者进行归一化处理，得到归一化后的数据矩阵；
具体地，基于上述函数对应关系，建立该地区的各重点行业对应的工业产品产量或企业在线监测系统的月度数据矩阵：
Figure BDA0002613090490000132
其中，Industryj为第j地区的各重点行业对应的工业产品产量或企业在线监测系统的月度数据矩阵，共i行，t列；
Industryi,j,t为第j地区的第i个重点行业对应的工业产品产量或企业在线监测系统的第t月份的数据；
其中，该矩阵的列的数量等于月份的数量，也就是说，该矩阵的第一列为第一个月的数据，第t列为第t月份的数据，因此，矩阵的列的纬度需要和月份保持一致；
建立基准年份的各重点行业对应的工业产品产量或企业在线监测系统的年度数据矩阵；
Figure BDA0002613090490000133
其中，Industry_Basej为基准年份的第j地区的各重点行业对应的工业产品产量或企业在线监测系统的年度数据矩阵，共i行，1列；
Industry_Basei,j为第j地区的第i个重点行业对应的工业产品产量或企业在线监测系统的基准年份的年度数据；
根据Industry_Basej，对Industryj进行归一化处理：
Figure BDA0002613090490000141
其中，Industry_Normalizedj为归一化后的数据矩阵，共i行，t列；Industry_Basei,j为为第j地区的第i个重点行业对应的工业产品产量或企业在线监测系统的基准年份的年度数据；
Industryi,j,t/Industry_Basei,j为归一化后第j地区的第i个重点行业对应的工业产品产量或企业在线监测系统的数据；
根据归一化后的数据矩阵，建立该地区的各重点行业的工业产品产量或企业在线监测系统和煤炭消费量之间关系的数据矩阵和计算该地区的各重点行业的煤炭总消费量；
建立该地区的各重点行业的工业产品产量或企业在线监测系统和油品消费量之间关系的数据矩阵和计算该地区的各重点行业的油品总消费量；
建立该地区的各重点行业的工业产品产量或企业在线监测系统和天然气消费量之间关系的数据矩阵和计算该地区的各重点行业的天然气总消费量；
具体地，根据归一化后的数据矩阵Industry_Normalizedj，建立该地区的各重点行业的工业产品产量或企业在线监测系统和煤炭消费量之间的数据矩阵：
Figure BDA0002613090490000142
其中，
Figure BDA0002613090490000143
为第j地区的各重点行业的工业产品产量或企业在线监测系统和煤炭消费量之间的数据矩阵，共i行，t列；Coali,j,t为推算的第j地区的第i个重点行业的第t月份的煤炭量；
再根据基准年份的第j地区的重点行业中的煤炭消费量占该地区全部行业的煤炭消费量的比例Ratio_Coalj、基准年份的该地区的煤炭、油品、天然气消费量矩阵Consumption_Basej中的Consumption_Coal_Basej和归一化后的数据矩阵Industry_Normalizedj，对该地区的各重点行业的煤炭消费量进行归类汇总，进而计算该地区的各重点行业的煤炭总消费量：
Figure BDA0002613090490000151
其中，Consumption_Industry_Coal_Sumj为该地区的各重点行业的煤炭总消费量；Coal_Sumj,t为推算的第j地区的全部工业行业的第t月份的煤炭消费量；
建立该地区的各重点行业的工业产品产量或企业在线监测系统和油品消费量之间关系的数据矩阵：
Figure BDA0002613090490000152
其中，
Figure BDA0002613090490000153
为第j地区的各重点行业的工业产品产量或企业在线监测系统和油品消费量之间的数据矩阵，共i行，t列；Oii,j,t为推算的第j地区的第i个重点行业的第t月份的油品量；
再根据基准年份的第j地区的重点行业中的油品消费量占该地区全部行业的油品消费量的比例Ratio_Oilj、基准年份的该地区的煤炭、油品、天然气消费量矩阵Consumption_Basej中的Consumption_Oil_Basej和归一化后的数据矩阵Industry_Normalizedj，对该地区的各重点行业的油品消费量进行归类汇总，进而计算该地区的各重点行业的油品总消费量：
Figure BDA0002613090490000161
其中，Consumption_Industry_Oil_Sumj为该地区的各重点行业的油品总消费量；Oil_Sumj,t为推算的第j地区的全部工业行业的第t月份的油品消费量；
建立该地区的各重点行业的工业产品产量或企业在线监测系统和天然气消费量之间关系的数据矩阵：
Figure BDA0002613090490000162
其中，
Figure BDA0002613090490000163
为第j地区的各重点行业的工业产品产量或企业在线监测系统天然气消费量之间的数据矩阵，共i行，t列；Gasi,j,t为推算的第j地区的第i个重点行业的第t月份的天然气量；
再根据基准年份的第j地区的重点行业中的天然气消费量占该地区全部行业的天然气消费量的比例Ratio_Gasj、基准年份的该地区的煤炭、油品、天然气消费量矩阵Consumption_Basej中的Consumption_Gas_Basej和归一化后的数据矩阵Industry_Normalizedj，对该地区的各重点行业的天然气消费量进行归类汇总，进而计算该地区的各重点行业的天然气总消费量：
Figure BDA0002613090490000171
其中，Consumption_Industry_Gas_Sumj为该地区的各重点行业的天然气总消费量；Gas_Sumj,t为推算的第j地区的全部工业行业的第t月份的天然气消费量；
根据计算得到的该地区的各重点行业的煤炭总消费量、油品总消费量和天然气总消费量，核算该地区工业各行业月度二氧化碳排放量，实现该地区工业各行业月度二氧化碳排放量的快速核算。
具体地，构建二氧化碳排放系数矩阵：
[EFCoal EFOil EFGas]1×3
其中，EFCoal为煤炭的二氧化碳排放系数；EFOil为油品的二氧化碳排放系数；EFGas为天然气的二氧化碳排放系数；
将计算得到的该地区的各重点行业的煤炭总消费量、油品总消费量和天然气总消费量进行汇总，得到消费量综合矩阵：
Figure BDA0002613090490000172
将二氧化碳排放系数矩阵乘以消费量综合矩阵：
Figure BDA0002613090490000173
Figure BDA0002613090490000181
其中，Carbonj,t为第j地区的第t月份的二氧化碳排放量；
通过上述计算，核算出该地区工业各行业月度二氧化碳排放量，实现该地区工业各行业月度二氧化碳排放量的快速核算。
如图1所示，通过与历史年能源平衡表和环境统计数据进行比对，将采用本发明的方法得到的二氧化碳排放量，与利用历史年能源平衡表和环境统计数据得到的二氧化碳排放量，进行得到二氧化碳排放量核算结果的误差，然后采用蒙特卡洛法(Monte Carlosimulation)分析二氧化碳核算结果的不确定性，得到的不确定性结果在0.95以上，则说明采用本发明的方法得到的二氧化碳排放量的准确度和精确度非常高，准确率在95％以上，得到的二氧化碳排放量在置信区间内。
其中，历史年能源平衡表是通过能源平衡年鉴获得的，环境统计数据是通过环境统计年鉴获得的；蒙特卡洛法是IPCC(联合国政府间气候变化专门委员会)清单方法学指南中优先推荐的方法，对于计算因子的不确定性范围和分布没有要求，适用性强。本发明的方法根据IPCC指南建议使用95％的置信区间，每次计算得到的二氧化碳排放量，以蒙特卡罗模拟(100,000次模拟)不确定性，其中，α＝0.05；也就是使用95％的置信区间，计算的准确率在95％。
本发明还提供了一种快速核算工业各行业二氧化碳排放量的核算系统，该系统包括：
数据获取模块，用于针对某一地区，从工业各行业中选取多个同时包括煤炭消费量、油品消费量和天然气消费量的重点行业，建立基准年份的该地区的各重点行业的煤炭、油品、天然气占比系数矩阵和该地区的各重点行业的消费量矩阵；
函数获取模块，用于基于工业-环境大数据，建立重点行业与对应的工业产品名称和企业在线监测系统名称相匹配的匹配函数关系；
归一化处理模块，用于基于该匹配函数关系，建立该地区的各重点行业相匹配的工业产品产量或企业在线监测系统的月度数据矩阵和年度数据矩阵，并将二者进行归一化处理，得到归一化后的数据矩阵；
总消费量获取模块，用于根据归一化后的数据矩阵，建立该地区的各重点行业的工业产品产量或企业在线监测系统和煤炭消费量之间关系的数据矩阵和计算该地区的各重点行业的煤炭总消费量；
建立该地区的各重点行业的工业产品产量或企业在线监测系统和油品消费量之间关系的数据矩阵和计算该地区的各重点行业的油品总消费量；
建立该地区的各重点行业的工业产品产量或企业在线监测系统和天然气消费量之间关系的数据矩阵和计算该地区的各重点行业的天然气总消费量；和
核算模块，用于根据计算得到的该地区的各重点行业的煤炭总消费量、油品总消费量和天然气总消费量，核算该地区工业各行业月度二氧化碳排放量，实现该地区工业各行业月度二氧化碳排放量的快速核算。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种快速核算工业各行业二氧化碳排放量的方法，该方法包括：
针对某一地区，从工业各行业中选取多个同时包括煤炭消费量、油品消费量和天然气消费量的重点行业，建立基准年份的该地区的各重点行业的煤炭、油品、天然气占比系数矩阵和该地区的各重点行业的消费量矩阵；
基于工业-环境大数据，建立重点行业与对应的工业产品名称和企业在线监测系统名称相匹配的匹配函数关系；
基于该匹配函数关系，建立该地区的各重点行业相匹配的工业产品产量或企业在线监测系统的月度数据矩阵和年度数据矩阵，并将二者进行归一化处理，得到归一化后的数据矩阵；
根据归一化后的数据矩阵，建立该地区的各重点行业的工业产品产量或企业在线监测系统和煤炭消费量之间关系的数据矩阵和计算该地区的各重点行业的煤炭总消费量；
建立该地区的各重点行业的工业产品产量或企业在线监测系统和油品消费量之间关系的数据矩阵和计算该地区的各重点行业的油品总消费量；
建立该地区的各重点行业的工业产品产量或企业在线监测系统和天然气消费量之间关系的数据矩阵和计算该地区的各重点行业的天然气总消费量；
根据计算得到的该地区的各重点行业的煤炭总消费量、油品总消费量和天然气总消费量，核算该地区工业各行业月度二氧化碳排放量，实现该地区工业各行业月度二氧化碳排放量的快速核算。
2.根据权利要求1所述的快速核算工业各行业二氧化碳排放量的方法，其特征在于，所述针对某一地区，从工业各行业中选取某一同时包括煤炭消费量、油品消费量和天然气消费量的重点行业，建立基准年份的该地区的重点行业的煤炭、油品、天然气占比系数矩阵和该地区的重点行业的消费量矩阵；具体为：
根据基准年份的高空间分辨率排放网格数据库，获取某一地区的各行业的煤炭、油品和天然气消费量；
按照煤炭消费量、油品消费量、天然气消费量的数据排列顺序，对该地区的各行业的消费量由大到小进行排序，将同时包括煤炭消费量、油品消费量和天然气消费量某一行业中的煤炭消费量、油品消费量和天然气消费量加在一起得到的消费量占该行业的全部消费量的80％-90％，将该行业定义为重点行业Industryi，其中，i为某一重点行业；
针对某一地区，从工业各行业中选取某一同时包括煤炭、油品、天然气消费量的重点行业，针对该重点行业，计算基准年份的该地区的该重点行业中的煤炭消费量占该地区全部行业的煤炭消费量的比例：
Ratio_Coalj＝(∑Coali，j)/Coalj
其中，Ratio_Coalj为基准年份的第j地区的重点行业中的煤炭消费量占该地区全部行业的煤炭消费量的比例；Coali，j为基准年份的第j地区的第i个重点行业中的煤炭消费量；Coalj为基准年份的第j地区全部行业的煤炭消费量；
计算基准年份的该地区的该重点行业中的油品消费量占该地区全部行业的油品消费量的比例：
Ratio_Oilj＝(∑Oili，j)/Oilj
其中，Ratio_Oilj为基准年份的第j地区的重点行业中的油品消费量占该地区全部行业的油品消费量的比例；Oili，j为基准年份的第j地区的第i个重点行业中的油品消费量；Oilj为基准年份的第j地区全部行业的油品消费量；
计算基准年份的该地区的该重点行业中的天然气消费量占该地区全部行业的天然气消费量的比例：
Ratio_Gasj＝(∑Gasi，j)/Gasj
其中，Ratio_Gasj为基准年份的第j地区的重点行业中的天然气消费量占该地区全部行业的天然气消费量的比例；Gasi，j为基准年份的第j地区的第i个重点行业中的天然气消费量；Gasj为基准年份的第j地区全部行业的天然气消费量；
基于上述三个比例，得到基准年份的第j地区的重点行业的煤炭、油品、天然气占比系数矩阵Ratioj：
Ratioj＝[Ratio_Coalj Ratio_Oilj Ratio_Gasj]1×3
根据基准年份的高空间分辨率排放网格数据库，获取基准年份的该地区的煤炭、油品、天然气消费量矩阵Consumption_Basej：
Figure FDA0002613090480000031
其中，Consumption_Basej为基准年份的第j地区的煤炭、油品、天然气消费量矩阵，该矩阵为i行，3列；Consumption_Coal_Basej为基准年份的第j地区的煤炭消费量子矩阵；Consumption_Oil_Basej为基准年份的第j地区的油品消费量子矩阵；Consumption_Gas_Basej为基准年份的第j地区的天然气消费量子矩阵；
Coal_Basei，j为第j地区的第i个重点行业的基准年份的煤炭消费量；Oil_Basei，j为第j地区的第i个重点行业的基准年份的油品消费量；Gas_Basei，j为第j地区的第i个重点行业的基准年份的天然气消费量。
3.根据权利要求1所述的快速核算工业各行业二氧化碳排放量的方法，其特征在于，所述基于工业-环境大数据，建立该重点行业名称与对应的工业产品名称和企业在线监测系统名称相匹配的匹配函数关系；具体为：
基于工业-环境大数据，建立该重点行业名称与对应的工业产品名称和企业在线监测系统名称相匹配的匹配函数关系：
Figure FDA0002613090480000032
其中，Industryi为第i个重点行业；g(Productk，CEMSl)为工业产品名称和企业在线监测系统名称；Productk为某个重点行业所对应的工业产品名称k；CEMSl为某个重点行业所对应的企业在线监测系统名称l。
4.根据权利要求1所述的快速核算工业各行业二氧化碳排放量的方法，其特征在于，所述基于该匹配函数关系，建立该地区的各重点行业相匹配的工业产品产量或企业在线监测系统的月度数据矩阵和年度数据矩阵，并将二者进行归一化处理，得到归一化后的数据矩阵；具体为：
基于上述函数对应关系，建立该地区的各重点行业对应的工业产品产量或企业在线监测系统的月度数据矩阵：
Figure FDA0002613090480000041
其中，Industryj为第j地区的各重点行业对应的工业产品产量或企业在线监测系统的月度数据矩阵，共i行，t列；
Industryi，j，t为第j地区的第i个重点行业对应的工业产品产量或企业在线监测系统的第t月份的数据；
建立基准年份的各重点行业对应的工业产品产量或企业在线监测系统的年度数据矩阵；
Figure FDA0002613090480000042
其中，Industry_Basej为基准年份的第j地区的各重点行业对应的工业产品产量或企业在线监测系统的年度数据矩阵，共i行，1列；
Industry_Basei，j为第j地区的第i个重点行业对应的工业产品产量或企业在线监测系统的基准年份的年度数据；
根据Industry_Basej，对Industryj进行归一化处理：
Figure FDA0002613090480000043
其中，Industry_Normalizedj为归一化后的数据矩阵，共i行，t列；
Industryi，j，t/Industry_Basei，j为归一化后第j地区的第i个重点行业对应的工业产品产量或企业在线监测系统的数据。
5.根据权利要求4所述的快速核算工业各行业二氧化碳排放量的方法，其特征在于，所述根据归一化后的数据矩阵，建立该地区的各重点行业的工业产品产量或企业在线监测系统和煤炭消费量之间关系的数据矩阵和计算该地区的各重点行业的煤炭总消费量；
建立该地区的各重点行业的工业产品产量或企业在线监测系统和油品消费量之间关系的数据矩阵和计算该地区的各重点行业的油品总消费量；
建立该地区的各重点行业的工业产品产量或企业在线监测系统和天然气消费量之间关系的数据矩阵和计算该地区的各重点行业的天然气总消费量；具体为：
根据归一化后的数据矩阵Industry_Normalizedj，建立该地区的各重点行业的工业产品产量或企业在线监测系统和煤炭消费量之间的数据矩阵：
Figure FDA0002613090480000051
其中，
Figure FDA0002613090480000052
为第j地区的各重点行业的工业产品产量或企业在线监测系统和煤炭消费量之间的数据矩阵，共i行，t列；Coali，j，t为推算的第j地区的第i个重点行业的第t月份的煤炭量；
再根据基准年份的第j地区的重点行业中的煤炭消费量占该地区全部行业的煤炭消费量的比例Ratio_Coalj、基准年份的该地区的煤炭、油品、天然气消费量矩阵Consumption_Basej中的Consumption_Coal_Basej和归一化后的数据矩阵Industry_Normalizedj，对该地区的各重点行业的煤炭消费量进行归类汇总，进而计算该地区的各重点行业的煤炭总消费量：
Figure FDA0002613090480000053
其中，Consumption_Industry_Coal_Sumj为该地区的各重点行业的煤炭总消费量；Coal_Sumj，t1为推算的第j地区的全部工业行业的第t月份的煤炭量；
建立该地区的各重点行业的工业产品产量或企业在线监测系统和油品消费量之间关系的数据矩阵：
Figure FDA0002613090480000061
其中，
Figure FDA0002613090480000062
为第j地区的各重点行业的工业产品产量或企业在线监测系统和油品消费量之间的数据矩阵，共i行，t列；Oili，j，t为推算的第j地区的第i个重点行业的第t月份的油品量；
再根据基准年份的第j地区的重点行业中的油品消费量占该地区全部行业的油品消费量的比例Ratio_Oilj、基准年份的该地区的煤炭、油品、天然气消费量矩阵Consumption_Basej中的Consumption_Oil_Basej和归一化后的数据矩阵Industry_Normalizedj，对该地区的各重点行业的油品消费量进行归类汇总，进而计算该地区的各重点行业的油品总消费量：
Figure FDA0002613090480000063
其中，Consumption_Industry_Oil_Sumj为该地区的各重点行业的油品总消费量；Oil_Sumj，t为推算的第j地区的全部工业行业的第t月份的油品消费量；
建立该地区的各重点行业的工业产品产量或企业在线监测系统和天然气消费量之间关系的数据矩阵：
Figure FDA0002613090480000071
其中，
Figure FDA0002613090480000072
为第j地区的各重点行业的工业产品产量或企业在线监测系统天然气消费量之间的数据矩阵，共i行，t列；Gasi，j，t为推算的第j地区的第i个重点行业的第t月份的天然气量；
再根据基准年份的第j地区的重点行业中的天然气消费量占该地区全部行业的天然气消费量的比例Ratio_Gasj、基准年份的该地区的煤炭、油品、天然气消费量矩阵Consumption_Basej中的Consumption_Gas_Basej和归一化后的数据矩阵Industry_Normalizedj，对该地区的各重点行业的天然气消费量进行归类汇总，进而计算该地区的各重点行业的天然气总消费量：
Figure FDA0002613090480000073
其中，Consumption_Industry_Gas_Sumj为该地区的各重点行业的天然气总消费量；Gas_Sumj，t为推算的第j地区的全部工业行业的第t月份的天然气消费量。
6.根据权利要求5所述的快速核算工业各行业二氧化碳排放量的方法，其特征在于，所述根据计算得到的该地区的各重点行业的煤炭总消费量、油品总消费量和天然气总消费量，核算该地区工业各行业月度二氧化碳排放量，实现该地区工业各行业月度二氧化碳排放量的快速核算；具体为：
构建二氧化碳排放系数矩阵：
[EFCoal EFOil EFGas]1×3
其中，EFCoal为煤炭的二氧化碳排放系数；EFOil为油品的二氧化碳排放系数；EFGas为天然气的二氧化碳排放系数；
将计算得到的该地区的各重点行业的煤炭总消费量、油品总消费量和天然气总消费量进行汇总，得到消费量综合矩阵：
Figure FDA0002613090480000081
将二氧化碳排放系数矩阵乘以消费量综合矩阵：
Figure FDA0002613090480000082
其中，Carbonj，t为第j地区的第t月份的二氧化碳排放量；
通过上述计算，核算出该地区工业各行业月度二氧化碳排放量，实现该地区工业各行业月度二氧化碳排放量的快速核算。
7.一种快速核算工业各行业二氧化碳排放量的核算系统，其特征在于，该系统包括：
数据获取模块，用于针对某一地区，从工业各行业中选取多个同时包括煤炭消费量、油品消费量和天然气消费量的重点行业，建立基准年份的该地区的各重点行业的煤炭、油品、天然气占比系数矩阵和该地区的各重点行业的消费量矩阵；
函数获取模块，用于基于工业-环境大数据，建立重点行业与对应的工业产品名称和企业在线监测系统名称相匹配的匹配函数关系；
归一化处理模块，用于基于该匹配函数关系，建立该地区的各重点行业相匹配的工业产品产量或企业在线监测系统的月度数据矩阵和年度数据矩阵，并将二者进行归一化处理，得到归一化后的数据矩阵；
总消费量获取模块，用于根据归一化后的数据矩阵，建立该地区的各重点行业的工业产品产量或企业在线监测系统和煤炭消费量之间关系的数据矩阵和计算该地区的各重点行业的煤炭总消费量；
建立该地区的各重点行业的工业产品产量或企业在线监测系统和油品消费量之间关系的数据矩阵和计算该地区的各重点行业的油品总消费量；
建立该地区的各重点行业的工业产品产量或企业在线监测系统和天然气消费量之间关系的数据矩阵和计算该地区的各重点行业的天然气总消费量；和
核算模块，用于根据计算得到的该地区的各重点行业的煤炭总消费量、油品总消费量和天然气总消费量，核算该地区工业各行业月度二氧化碳排放量，实现该地区工业各行业月度二氧化碳排放量的快速核算。
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