CN114998076B - 一种内河船舶大气污染物排放量估算方法、系统、计算设备和存储介质 - Google Patents

一种内河船舶大气污染物排放量估算方法、系统、计算设备和存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种内河船舶大气污染物排放量估算方法、系统、计算设备和存储介质，包括：获取水上船舶流量统计数据；基于水上船舶流量统计数据，计算上行船舶大气污染物排放量和下行船舶大气污染物排放量；将上行船舶大气污染物排放量和下行船舶大气污染物排放量加和，得到整个江段的船舶大气污染物排放量。本发明采用水上船舶流量统计数据作为计算基础数据，数据获取难度小；无需对原始数据进行预处理，方法简单；将船舶流量统一折算为标准船舶，降低计算量。

Description

一种内河船舶大气污染物排放量估算方法、系统、计算设备和 存储介质
技术领域
本发明涉及大气污染物排放量估算技术领域，具体涉及一种内河船舶大气污染物排放量估算方法、系统、计算设备和存储介质。
背景技术
水路运输是我国重要的交通运输方式，航运业快速发展的同时也加重了大气污染；相关研究表明，我国部分城市的PM2.5中有5µg/m3来自船舶废气排放，在传统陆源大气污染得到有效治理的大背景下，船舶大气污染问题已逐步受到政府和社会各界的重视，计算船舶大气污染物排放量是进行船舶大气污染治理的前提。
目前船舶大气污染物排放量计算方法繁多，根据计算原理可分为“动力法”和“燃料消耗法”两大类。“动力法”是利用船舶发动机功率与运行时间计算大气污染物排放量，“燃料消耗法”是利用船舶燃料消耗量计算大气污染物排放量。
“动力法”主要基于AIS（船舶自动识别系统，Automatic Identification System，简称AIS）数据获取船舶的动态信息，以此为基础进行船舶大气污染物排放量的计算；该方法准确性较高，时间和空间分辨率也较好；但在实际工作中，AIS数据并不容易获取，即使获取后也需要进行繁琐的数据预处理，计算过程复杂，时间消耗巨大，而且在很多内河水域船舶AIS系统开机率非常低，因此基于AIS的动力法的应用受到了极大的制约。
“燃料消耗法”主要基于一段时间内船舶消耗燃料量的调查和统计进行船舶大气污染物排放量的计算；该方法原理简单，可以较方便的得出船舶大气污染物排放的总量，但是由于计算忽略了船舶的航行特征，因此时间和空间分辨率较差；实际工作中，进行每艘船舶燃料消耗量的调查也难以实现，因此燃料消耗法的应用受到了现有统计体系的极大制约。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种内河船舶大气污染物排放量估算方法、系统、计算设备和存储介质，其基于水上船舶流量统计完成估算，无需AIS数据。
本发明的第一目的在于提供一种内河船舶大气污染物排放量估算方法，包括：
获取水上船舶流量统计数据；
基于水上船舶流量统计数据，计算上行船舶大气污染物排放量E S ；其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE001
Figure 34104DEST_PATH_IMAGE002
式中，n为船舶流量观测断面，n-1为基于船舶流量观测断面所划分的江段数量；E i 为第i个江段上行船舶某种大气污染物排放量，单位为t；P si 为第i个江段上行的船舶数量，单位为艘次；EMR为船舶主机额定功率，单位为kW；MLF E 为船舶主机平均负荷率，MEF为船舶主机某种大气污染物的排放因子，单位为g/kW·h；T si 为第i个江段船舶上行的航行时间，单位为h；
基于水上船舶流量统计数据，计算下行船舶大气污染物排放量E X ；其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
Figure 478861DEST_PATH_IMAGE004
式中，E j 为第j个江段下行船舶某种大气污染物排放量，单位为t；P xj 为第j个江段下行的船舶数量，单位为艘次；T xj 为第j个江段船舶下行的航行时间，单位为h；
将上行船舶大气污染物排放量E S 和下行船舶大气污染物排放量E X 加和，得到整个江段的船舶大气污染物排放量E。
作为本发明的进一步改进，
Figure DEST_PATH_IMAGE005
Figure 298918DEST_PATH_IMAGE006
式中，Q si 为第i个船舶流量观测断面的上行标准船舶流量，单位为艘次；Q s(i+1) 为第i+1个船舶流量观测断面的上行标准船舶流量，单位为艘次；L si 为第i个江段的距离，单位为km；S si 为第i个江段内船舶上行速度，单位为km/h。
作为本发明的进一步改进，
Figure DEST_PATH_IMAGE007
Figure 399598DEST_PATH_IMAGE008
式中，R Xj 为第j个船舶流量观测断面的下行标准船舶流量，单位为艘次；R X(j+1) 为第j+1个船舶流量观测断面的下行标准船舶流量，单位为艘次；L Xj 为第j个江段的距离，单位为km；S Xj 为第j个江段的船舶下行速度，单位为km/h。
作为本发明的进一步改进，
在计算上行船舶大气污染物排放量过程中，从下游向上游方向依次为江段S 1 、江段S 2 、……、江段S n-1 ；
在计算下行船舶大气污染物排放量过程中，从上游向下游方向依次为江段X 1 、江段X 2 、……、江段X n-1 。
本发明的第二目的在于提供一种内河船舶大气污染物排放量估算系统，包括：
获取模块，用于获取水上船舶流量统计数据；
上行计算模块，用于基于水上船舶流量统计数据，计算上行船舶大气污染物排放量E S ；其中，
Figure 2618DEST_PATH_IMAGE001
Figure 911668DEST_PATH_IMAGE002
式中，n为船舶流量观测断面，n-1为基于船舶流量观测断面所划分的江段数量；E i 为第i个江段上行船舶某种大气污染物排放量，单位为t；P si 为第i个江段上行的船舶数量，单位为艘次；EMR为船舶主机额定功率，单位为kW；MLF E 为船舶主机平均负荷率，MEF为船舶主机某种大气污染物的排放因子，单位为g/kW·h；T si 为第i个江段船舶上行的航行时间，单位为h；
下行计算模块，用于基于水上船舶流量统计数据，计算下行船舶大气污染物排放量E X ；其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE009
Figure 174065DEST_PATH_IMAGE004
式中，E j 为第j个江段下行船舶某种大气污染物排放量，单位为t；P xj 为第j个江段下行的船舶数量，单位为艘次；T xj 为第j个江段船舶下行的航行时间，单位为h；
排放量计算模块，用于将上行船舶大气污染物排放量E S 和下行船舶大气污染物排放量E X 加和，得到整个江段的船舶大气污染物排放量E。
作为本发明的进一步改进，
Figure 965304DEST_PATH_IMAGE005
Figure 106435DEST_PATH_IMAGE006
式中，Q si 为第i个船舶流量观测断面的上行标准船舶流量，单位为艘次；Q s(i+1) 为第i+1个船舶流量观测断面的上行标准船舶流量，单位为艘次；L si 为第i个江段的距离，单位为km；S si 为第i个江段内船舶上行速度，单位为km/h。
作为本发明的进一步改进，
Figure 869992DEST_PATH_IMAGE007
Figure 969535DEST_PATH_IMAGE008
式中，R Xj 为第j个船舶流量观测断面的下行标准船舶流量，单位为艘次；R X(j+1) 为第j+1个船舶流量观测断面的下行标准船舶流量，单位为艘次；L Xj 为第j个江段的距离，单位为km；S Xj 为第j个江段的船舶下行速度，单位为km/h。
作为本发明的进一步改进，
在上行计算模块中，从下游向上游方向依次为江段S 1 、江段S 2 、……、江段S n-1 ；
在下行计算模块，从上游向下游方向依次为江段X 1 、江段X 2 、……、江段X n-1 。
本发明的第三目的在于提供一种计算设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，所述处理器、通信接口和存储器通过通信总线完成相互间的通信；
所述存储器，用于存放计算机程序；
所述处理器，用于执行所述存储器上所存放的程序时，实现上述内河船舶大气污染物排放量估算方法。
本发明的第四目的在于提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现上述内河船舶大气污染物排放量估算方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明采用水上船舶流量统计数据作为计算基础数据，数据获取难度小；
2、本发明无需对原始数据进行预处理，方法简单；
3、本发明将船舶流量统一折算为标准船舶，降低计算量。
附图说明
图1为本发明一种实施例公开的内河船舶大气污染物排放量估算方法的流程图；
图2为本发明一种实施例公开的内河船舶大气污染物排放量估算系统的框架图；
图3为本发明一种实施例公开的上行方向江段划分示意图；
图4为本发明一种实施例公开的下行方向江段划分示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：
如图1所示，本发明提供一种内河船舶大气污染物排放量估算方法，包括：
步骤1、获取水上船舶流量统计数据；
具体包括：
根据交通运输部综合规划司按月发布的《内河主要航道水上船舶流量统计月报》，获取某条内河航道指定时间的标准船舶流量（单位：艘次）；技术人员也可以根据需要，自行设置观测断面并开展船舶流量观测以获取水上船舶流量统计数据；若自行开展船舶流量观测，需按以下规则将自然船舶流量折算为标准船舶流量；其中，长江干线、西江及西江航运干线航道标准船舶折算系数如表1所示，长江和西江主要支流、京杭运河及主要支流标准船舶折算系数如表2所示。
表1
Figure 451332DEST_PATH_IMAGE010
表2
Figure DEST_PATH_IMAGE011
步骤2、基于水上船舶流量统计数据，计算上行船舶大气污染物排放量E S ；
具体包括：
将整个江段根据船舶流量观测断面（n个）分为n-1个江段，从下游向上游方向依次为江段S 1 、江段S 2 、……、江段S n-1 ；
上行船舶大气污染物排放量E S 为：
Figure 130575DEST_PATH_IMAGE001
Figure 14217DEST_PATH_IMAGE002
Figure 612558DEST_PATH_IMAGE005
Figure 112809DEST_PATH_IMAGE006
式中，E i 为第i个江段上行船舶某种大气污染物排放量，单位为t；P si 为第i个江段上行的船舶数量，单位为艘次；EMR为船舶主机额定功率，单位为kW；MLF E 为船舶主机平均负荷率，MEF为船舶主机某种大气污染物的排放因子，单位为g/kW·h；T si 为第i个江段船舶上行的航行时间，单位为h；Q si 为第i个船舶流量观测断面的上行标准船舶流量，单位为艘次；Q s(i+1) 为第i+1个船舶流量观测断面的上行标准船舶流量，单位为艘次；L si 为第i个江段的距离，单位为km；S si 为第i个江段内船舶上行速度，单位为km/h。
步骤3、基于水上船舶流量统计数据，计算下行船舶大气污染物排放量E X ；
具体包括：
将整个江段根据船舶流量观测断面（n个）分为n-1个江段，从上游向下游方向依次为江段X 1 、江段X 2 、……、江段X n-1 ；
下行船舶大气污染物排放量E X 为：
Figure 189218DEST_PATH_IMAGE012
Figure 989684DEST_PATH_IMAGE004
Figure 634292DEST_PATH_IMAGE007
Figure 825102DEST_PATH_IMAGE008
式中，E j 为第j个江段下行船舶某种大气污染物排放量，单位为t；P xj 为第j个江段下行的船舶数量，单位为艘次；EMR为船舶主机额定功率，单位为kW；MLF E 为船舶主机平均负荷率，MEF为船舶主机某种大气污染物的排放因子，单位为g/kW·h；T xj 为第j个江段船舶下行的航行时间，单位为h；R Xj 为第j个船舶流量观测断面的下行标准船舶流量，单位为艘次；R X(j+1) 为第j+1个船舶流量观测断面的下行标准船舶流量，单位为艘次；L Xj 为第j个江段的距离，单位为km；S Xj 为第j个江段的船舶下行速度，单位为km/h。
步骤4、将上行船舶大气污染物排放量E S 和下行船舶大气污染物排放量E X 加和，得到整个江段的船舶大气污染物排放量E；其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE013
进一步，本发明的步骤2与步骤3之间在执行时可调换顺序。
如图2所示，本发明提供一种内河船舶大气污染物排放量估算系统，包括：
获取模块，用于实现上述步骤1；
上行计算模块，用于实现上述步骤2；
下行计算模块，用于实现上述步骤3；
排放量计算模块，用于实现上述步骤4。
本发明提供一种计算设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器、通信接口和存储器通过通信总线完成相互间的通信；
存储器，用于存放计算机程序；
处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现上述内河船舶大气污染物排放量估算方法，即步骤1~步骤4。
本发明提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现上述内河船舶大气污染物排放量估算方法，即步骤1~步骤4。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例的流程或功能。计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘Solid State Disk(SSD))等。
实施例：
以长江干线航道（武汉以上段）为例，采用基于水上船舶流量统计的内河船舶大气污染物排放量估算方法计算该江段内的船舶大气污染物排放量；具体包括：
S1、获取水上船舶流量统计数据
根据交通运输部综合规划司按月发布的《内河主要航道水上船舶流量统计月报》，获取20xx年xx月长江干线航道（武汉以上段）日均船舶流量（单位：艘次），见表3。
表3
Figure 433764DEST_PATH_IMAGE014
S2、划分上行方向江段
将长江干线航道（武汉以上段）根据船舶流量观测断面（11个）分为10段，从下游向上游方向依次为江段S1、江段S2、……、江段S10，见图3。
S3、计算上行方向各江段距离
通过GIS软件，计算上行方向各江段距离，见表4。
表4
Figure DEST_PATH_IMAGE015
S4、计算各江段上行船舶数量
各江段上行船舶数量按下式进行计算：
Figure 619894DEST_PATH_IMAGE005
计算结果见表5。
表5
Figure 169824DEST_PATH_IMAGE016
S5、计算船舶在各江段内的上行航行时间
根据调查，长江内船舶上行速度统一取10km/h，航行时间按下式进行计算：
Figure 910247DEST_PATH_IMAGE006
计算结果见表6。
表6
Figure 203825DEST_PATH_IMAGE017
S6、计算各江段上行船舶大气污染物排放量
各江段上行船舶大气污染物排放量按下式计算：
Figure 447725DEST_PATH_IMAGE002
式中，
根据调查长江标准船舶的主机额定功率EMR取2000kW；
根据调查长江标准船舶的主机平均负荷率MLF E 取0.375；
根据调查长江标准船舶主机的大气污染物的排放因子MEF，见表7；
表7
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE018
各江段上行船舶大气污染物排放量计算结果见表8；
表8
Figure 27611DEST_PATH_IMAGE019
S7、计算上行船舶大气污染物排放量
船舶大气污染物排放量按下式计算：
Figure 193013DEST_PATH_IMAGE001
计算结果见表9。
表9
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE020
S8、划分下行方向江段
将长江干线航道（武汉以上段）根据船舶流量观测断面（11个）分为10段，从上游向下游方向依次为江段X1、江段X2、……、江段X10，见图4。
S9、计算下行方向各江段距离
通过GIS软件，计算下行方向各江段距离，见表10。
表10
Figure 618178DEST_PATH_IMAGE021
S10、计算各江段下行船舶数量
各江段下行船舶数量按下式进行计算：
Figure 185425DEST_PATH_IMAGE007
计算结果见表11。
表11
Figure 77158DEST_PATH_IMAGE022
S11、计算船舶在各江段内的下行航行时间
根据调查，长江内船舶下行速度统一取15km/h，航行时间按下式进行计算：
Figure 792173DEST_PATH_IMAGE008
计算结果见表12。
表12
Figure DEST_PATH_IMAGE023
S12、计算各江段下行船舶大气污染物排放量
各江段下行船舶大气污染物排放量按下式计算：
Figure 755450DEST_PATH_IMAGE004
式中，
根据调查长江标准船舶的主机额定功率EMR取2000kW；
根据调查长江标准船舶的主机平均负荷率MLF E 取0.375；
根据调查长江标准船舶主机的大气污染物的排放因子MEF，见表7；
各江段下行船舶大气污染物排放量计算结果见表13：
表13
Figure 911625DEST_PATH_IMAGE024
S13、计算下行船舶大气污染物排放量
下行船舶大气污染物排放量按下式计算：
Figure 770996DEST_PATH_IMAGE003
计算结果见表14。
表14
Figure DEST_PATH_IMAGE025
S14、计算整个江段的船舶大气污染物排放量
整个江段的船舶大气污染物排放量按下式计算：
Figure 775905DEST_PATH_IMAGE013
长江干线航道（武汉以上段）的船舶大气污染物排放量见表15。
表15
Figure 214976DEST_PATH_IMAGE026
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种内河船舶大气污染物排放量估算方法，其特征在于，包括：
获取水上船舶流量统计数据；
基于水上船舶流量统计数据，计算上行船舶大气污染物排放量E S ；其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE002
Figure DEST_PATH_IMAGE004
Figure DEST_PATH_IMAGE006
Figure DEST_PATH_IMAGE008
式中，n为船舶流量观测断面，n-1为基于船舶流量观测断面所划分的江段数量；E i 为第i个江段上行船舶某种大气污染物排放量，单位为t；P si 为第i个江段上行的船舶数量，单位为艘次；EMR为船舶主机额定功率，单位为kW；MLF E 为船舶主机平均负荷率，MEF为船舶主机某种大气污染物的排放因子，单位为g/kW·h；T si 为第i个江段船舶上行的航行时间，单位为h；Q si 为第i个船舶流量观测断面的上行标准船舶流量，单位为艘次；Q s(i+1) 为第i+1个船舶流量观测断面的上行标准船舶流量，单位为艘次；L si 为第i个江段的距离，单位为km；S si 为第i个江段内船舶上行速度，单位为km/h；
基于水上船舶流量统计数据，计算下行船舶大气污染物排放量E X ；其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE010
Figure DEST_PATH_IMAGE012
Figure DEST_PATH_IMAGE014
Figure DEST_PATH_IMAGE016
式中，E j 为第j个江段下行船舶某种大气污染物排放量，单位为t；P xj 为第j个江段下行的船舶数量，单位为艘次；T xj 为第j个江段船舶下行的航行时间，单位为h；R Xj 为第j个船舶流量观测断面的下行标准船舶流量，单位为艘次；R X(j+1) 为第j+1个船舶流量观测断面的下行标准船舶流量，单位为艘次；L Xj 为第j个江段的距离，单位为km；S Xj 为第j个江段的船舶下行速度，单位为km/h；
将上行船舶大气污染物排放量E S 和下行船舶大气污染物排放量E X 加和，得到整个江段的船舶大气污染物排放量E。
2.如权利要求1所述的内河船舶大气污染物排放量估算方法，其特征在于，
在计算上行船舶大气污染物排放量过程中，从下游向上游方向依次为江段S 1 、江段S 2 、……、江段S n-1 ；
在计算下行船舶大气污染物排放量过程中，从上游向下游方向依次为江段X 1 、江段X 2 、……、江段X n-1 。
3.一种内河船舶大气污染物排放量估算系统，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取水上船舶流量统计数据；
上行计算模块，用于基于水上船舶流量统计数据，计算上行船舶大气污染物排放量E S ；其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE017
Figure 312741DEST_PATH_IMAGE004
Figure 320228DEST_PATH_IMAGE006
Figure 709752DEST_PATH_IMAGE008
式中，n为船舶流量观测断面，n-1为基于船舶流量观测断面所划分的江段数量；E i 为第i个江段上行船舶某种大气污染物排放量，单位为t；P si 为第i个江段上行的船舶数量，单位为艘次；EMR为船舶主机额定功率，单位为kW；MLF E 为船舶主机平均负荷率，MEF为船舶主机某种大气污染物的排放因子，单位为g/kW·h；T si 为第i个江段船舶上行的航行时间，单位为h；Q si 为第i个船舶流量观测断面的上行标准船舶流量，单位为艘次；Q s(i+1) 为第i+1个船舶流量观测断面的上行标准船舶流量，单位为艘次；L si 为第i个江段的距离，单位为km；S si 为第i个江段内船舶上行速度，单位为km/h；
下行计算模块，用于基于水上船舶流量统计数据，计算下行船舶大气污染物排放量E X ；其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE018
Figure DEST_PATH_IMAGE019
Figure DEST_PATH_IMAGE020
Figure 121273DEST_PATH_IMAGE016
式中，E j 为第j个江段下行船舶某种大气污染物排放量，单位为t；P xj 为第j个江段下行的船舶数量，单位为艘次；T xj 为第j个江段船舶下行的航行时间，单位为h；R Xj 为第j个船舶流量观测断面的下行标准船舶流量，单位为艘次；R X(j+1) 为第j+1个船舶流量观测断面的下行标准船舶流量，单位为艘次；L Xj 为第j个江段的距离，单位为km；S Xj 为第j个江段的船舶下行速度，单位为km/h；
排放量计算模块，用于将上行船舶大气污染物排放量E S 和下行船舶大气污染物排放量E X 加和，得到整个江段的船舶大气污染物排放量E。
4.如权利要求3所述的内河船舶大气污染物排放量估算系统，其特征在于，
在上行计算模块中，从下游向上游方向依次为江段S 1 、江段S 2 、……、江段S n-1 ；
在下行计算模块，从上游向下游方向依次为江段X 1 、江段X 2 、……、江段X n-1 。
5.一种计算设备，其特征在于，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，所述处理器、通信接口和存储器通过通信总线完成相互间的通信；
所述存储器，用于存放计算机程序；
所述处理器，用于执行所述存储器上所存放的程序时，实现如权利要求1~2中任一项所述的内河船舶大气污染物排放量估算方法。
6.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如权利要求1~2中任一项所述的内河船舶大气污染物排放量估算方法。
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