本發(fā)明涉及船舶領域，更具體地，涉及一種用于船舶污染物排放量計算的靜態(tài)數(shù)據獲取方法。

背景技術：

大氣污染物排放清單是制定污染減排政策、評價各污染源排放影響和污染減排效果的重要依據和手段，工業(yè)污染源、道路移動源等陸源的大氣污染治理工作開展時間較長，清單編制方法亦趨于成熟。隨著精細化管理需求和空氣質量持續(xù)改善壓力不斷加大，船舶對區(qū)域大氣污染排放貢獻受到越來越多的關注，而目前我國僅有部分沿海港口城市建立了船舶排放清單，清單編制方法還有待完善。

船舶排放清單的編制總體經歷了“自上而下”的估算方法到“自下而上”的精細化計算過程。前期的排放清單主要采用基于吞吐量、船用燃油消耗量、船舶進出港數(shù)據等的“自上而下”的估算方法，操作相對簡單，但缺乏對船舶實際航行狀態(tài)的反映以及數(shù)據區(qū)域代表性不足等使得清單計算結果具有較大不確定性。為有效提高清單結果的精確度，ais數(shù)據被逐步應用到船舶大氣污染物排放清單編制中。

船舶自動識別系統(tǒng)(automaticidentificationsystem，簡稱ais系統(tǒng))由岸基(基站)設施和船載設備共同組成，是一種新型的集網絡技術、現(xiàn)代通訊技術、計算機技術、電子信息顯示技術為一體的數(shù)字助航系統(tǒng)和設備。ais系統(tǒng)的ais消息提供三類數(shù)據，其中包含船舶靜態(tài)數(shù)據(包含船名、呼號、mmsi、imo、船舶類型、船長、船寬等)、船舶動態(tài)數(shù)據(包含經度、緯度、船首向、航跡向、航速、實時信息上報的utc時間等)、船舶航程數(shù)據(包含船舶狀態(tài)，吃水，目的地等)。

ais系統(tǒng)詳實的航行速度、時間、經緯度等信息可被用來獲取船舶數(shù)量以及航行軌跡、航速等多個實時活動水平關鍵參數(shù)，以精確計算船舶實際航行過程中的大氣污染物排放量。但ais數(shù)據并不包含對于船舶排放量計算同樣十分重要的主輔機和鍋爐功率等靜態(tài)數(shù)據，由于與船舶動態(tài)信息匹配的相關基礎數(shù)據獲取以及海量ais數(shù)據處理的難度較大(a類船載移動設備報告間隔在航行狀態(tài)下不超過10s)，使用ais數(shù)據“自下而上”編制船舶排放清單的方法主要集中在歐洲、北美等發(fā)達國家和地區(qū)。

我國船舶清單開發(fā)對ais數(shù)據的初期使用主要集中在活動水平統(tǒng)計分析、提取船舶流量、利用船舶航行軌跡進行空間分配等方面，該種方法建立的排放清單通過降低關鍵參數(shù)精確度來提高排放量計算的簡易度，沒有充分發(fā)揮ais本身帶有的實時航行狀態(tài)數(shù)據在清單開發(fā)過程中的優(yōu)勢，同時也忽略了不同船舶類型、不同噸位等級船舶在單位時間內的污染排放量差異性，空間分配結果依然存在較大的不確定性。目前也有部分學者給出了基于ais數(shù)據建立的船舶大氣污染物排放清單，或僅以遠洋船為研究對象或側重于對清單結果的描述，對于我國沿海和內河船數(shù)量多、部分船型ais數(shù)據關鍵信息項缺失嚴重、數(shù)據補充難度大的實際情況及解決辦法的相關內容并沒有涉及。因此，如何針對可獲取的數(shù)據源現(xiàn)狀實現(xiàn)對ais靜態(tài)數(shù)據的有效補充和完善以便更好地應用于船舶排放清單“自下而上”的編制過程是現(xiàn)行研究的重點。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為克服上述現(xiàn)有技術所述的至少一種缺陷(不足)，提供一種能夠對靜態(tài)數(shù)據進行補充和完善的用于船舶污染物排放量計算的靜態(tài)數(shù)據獲取方法。

為解決上述技術問題，本發(fā)明的技術方案如下：

一種用于船舶污染物排放量計算的靜態(tài)數(shù)據獲取方法，包括：

獲取ais數(shù)據，對ais數(shù)據進行解碼，從解碼數(shù)據中提取靜態(tài)數(shù)據；

對靜態(tài)數(shù)據進行預處理形成靜態(tài)數(shù)據庫；

對靜態(tài)數(shù)據庫中缺失的數(shù)據進行補充和完善。

以ais數(shù)據為基礎，利用動力計算方法進行船舶大氣污染物排放量的計算時需要用到ais靜態(tài)數(shù)據庫。本發(fā)明充分利用ais已有信息項來補充缺失的靜態(tài)數(shù)據，可有效降低采用平均數(shù)值等替代缺失數(shù)據進行排放量計算時所帶來的較大不確定性，從而提高了排放量計算的準確性。

上述方案中，對靜態(tài)數(shù)據進行預處理形成靜態(tài)數(shù)據庫具體包括如下步驟：

將不同日期的靜態(tài)數(shù)據存儲在不同的文件內并以日期命名；

當同一天的靜態(tài)數(shù)據中存在多條記錄有相同mmsi編號的ais數(shù)據時，刪除信息項全部相同的重復數(shù)據，僅保留mmsi編碼相同的信息最全且合理的一條ais數(shù)據，其余進行刪除處理。

ais報文信息都通過特定的標識符進行信息上傳，具有不可直觀閱讀性，因此本發(fā)明在獲取到ais數(shù)據后先對其進行解碼，解碼成可直觀閱讀和使用的數(shù)據，解碼后提取靜態(tài)數(shù)據進行規(guī)范化單獨存儲和冗余處理，方便用于排放清單的編制和使用。

上述方案中，對靜態(tài)數(shù)據庫中缺失的數(shù)據進行補充和完善的具體步驟包括：

收集整理與船舶相關的數(shù)據庫信息對ais靜態(tài)數(shù)據庫進行關鍵信息項的多源查詢匹配操作獲取可匹配到的ais靜態(tài)數(shù)據缺失的數(shù)據信息項；

對無法直接通過多源查詢匹配的方式獲取的缺失數(shù)據信息項，通過數(shù)理統(tǒng)計的方式進行回歸模擬結果推算獲取。

此方式充分利用了其他數(shù)據庫中對船舶靜態(tài)數(shù)據的記載，通過數(shù)據匹配和數(shù)理統(tǒng)計方式來補充缺失的靜態(tài)數(shù)據，可有效降低采用平均數(shù)值等替代缺失數(shù)據進行排放量計算時所帶來的較大不確定性，從而提高了排放量計算的準確性。

上述方案中，所述與船舶相關的數(shù)據庫包括船舶簽證、船舶進出口岸查驗信息、船檢、勞氏船級社數(shù)據庫的一種或者多種。

上述方案中，多源查詢匹配具體方式是選擇一個關鍵因子進行信息的匹配，不同數(shù)據庫可以依次選擇mmsi編碼、船舶英文名稱作為關鍵因子進行數(shù)據的匹配。

上述方案中，通過數(shù)理統(tǒng)計的方式進行回歸模擬結果推算獲取缺失的靜態(tài)數(shù)據的具體步驟包括：

將船舶類型劃分為遠洋、沿海和內河三大類，每個大類下的船舶均劃分貨船、客船、油輪、拖船和其他共五種，提取ais靜態(tài)數(shù)據中的船長數(shù)據，依據不同船型的船長和船舶噸位間的擬合關系式推算出噸位數(shù)據，再根據噸位值和功率間的擬合關系式得到主機功率值；

按照國內外清單編制經驗利用輔機、主機額定功率間的比值與主機額定功率進行關聯(lián)，計算獲取輔機額定功率值；

上述方案中，不同船型的船長和船舶噸位間的擬合關系式以船舶簽證數(shù)據庫及船舶進出口岸查驗信息數(shù)據庫中可查詢獲取船長數(shù)據的船舶數(shù)據為樣本，通過數(shù)理統(tǒng)計的方式獲取船長與噸位間的擬合關系式；

噸位值與功率間的擬合關系以獲取到的船舶簽證數(shù)據庫及船舶進出口岸查驗信息數(shù)據庫中的數(shù)據為樣本，通過數(shù)理統(tǒng)計的方式獲取噸位值與功率間的擬合關系式。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明技術方案的有益效果是：

以ais數(shù)據為基礎，利用動力計算方法進行船舶大氣污染物排放量的計算時需要用到ais靜態(tài)數(shù)據庫。本發(fā)明針對ais靜態(tài)信息不足以支撐排放量計算的實際情況提出了一種通過構建船舶ais靜態(tài)信息關聯(lián)屬性庫實現(xiàn)對ais靜態(tài)數(shù)據的有效補充，其包括兩個步驟，首先利用多個現(xiàn)有數(shù)據庫進行多源數(shù)據匹配對缺失數(shù)據進行直接補充，而后識別無法直接匹配的船舶采用回歸模擬結果推算的方法進行間接補充。該方法充分利用了ais自有靜態(tài)數(shù)據項和目前可掌握的其他數(shù)據信息，有效提高了ais數(shù)據在船舶大氣污染物排放清單編制過程中的可用性，為實現(xiàn)基于ais數(shù)據的逐艘次的船舶排放計算提供關鍵技術支持。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種用于船舶污染物排放量計算的靜態(tài)數(shù)據獲取方法具體實施例的流程圖。

具體實施方式

附圖僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制；

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，此外，術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或隱含所指示的技術特征的數(shù)量。由此，限定的“第一”、“第二”的特征可以明示或隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發(fā)明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明的技術方案做進一步的說明。

實施例1

如圖1所示，為本發(fā)明一種用于船舶污染物排放量計算的靜態(tài)數(shù)據獲取方法具體實施例的流程圖。參見圖1，本具體實施例一種用于船舶污染物排放量計算的靜態(tài)數(shù)據獲取方法的具體步驟包括：

s101.獲取ais數(shù)據，對ais數(shù)據進行解碼，從解碼數(shù)據中提取靜態(tài)數(shù)據。

由于需要利用ais數(shù)據，因此，本發(fā)明的方法針對的是安裝并開啟ais設備的船舶，包括遠洋船、沿海船和內河船等。ais設備上報的報文信息不僅包含遠洋船舶航行軌跡，還包含了沿海船舶和大量的內河船舶，但由于ais報文為加密文件，且存在數(shù)據信息項不完整、數(shù)據冗余、數(shù)據量龐大等原因，目前并沒有被很好的應用到船舶大氣污染物排放清單的開發(fā)工作中。本發(fā)明針對現(xiàn)有ais靜態(tài)數(shù)據應用于船舶大氣污染物排放清單研究時存在的問題一一進行解決。

ais報文各條信息項都需通過特定的標識符進行信息上傳，具有不可直觀閱讀性，需要對其信息項進行解碼，解譯成可直觀閱讀和使用的數(shù)據，可服務于污染物排放清單編制的主要包括靜態(tài)數(shù)據項和動態(tài)數(shù)據項兩大部分，由于上報頻率存在差異性以及考慮后續(xù)清單編制工作的便易性，將解譯后的靜態(tài)數(shù)據進行單獨存儲，形成船舶靜態(tài)數(shù)據庫。ais系統(tǒng)的技術特性可參考國際電信聯(lián)盟發(fā)布的《itu-rm.1371-4建議書》，來源方面，岸基ais數(shù)據可通過海事部門獲取、衛(wèi)星ais數(shù)據可通過定向數(shù)據庫購買的方式獲取。

其中從ais數(shù)據中可以獲取到的靜態(tài)數(shù)據庫關鍵信息項包括：mmsi(水上移動通信業(yè)務標識碼，maritimemobileserviceidentify)編號、船舶英文名稱、船舶類型、船舶分類編號(編號“0”代表a類船、編號“1”代表b類船)、船長、船寬、吃水等信息項，其中imo(國際海事組織的識別碼)編號、呼號信息項基本缺失。

s102.對靜態(tài)數(shù)據進行預處理形成靜態(tài)數(shù)據庫。

提取靜態(tài)數(shù)據后還需要對數(shù)據進行清洗和整理等預處理。具體步驟如下：

1)將船舶靜態(tài)數(shù)據按日期進行單獨存儲，即同一天的報文解碼數(shù)據存儲在同一個文件內，并以日期命名，以盡量減少出現(xiàn)一個編號對應多條靜態(tài)數(shù)據的情況；

2)當同一天的船舶靜態(tài)數(shù)據中存在多條ais數(shù)據，每條ais數(shù)據均記錄有相同的mmsi編號時，僅保留信息最全且合理的一條，其余進行刪除處理。比如，比較各記錄中船名、船長、船寬、船舶類型四項參數(shù)，四項信息全部相同的僅保留其中一條記錄其余刪除，僅mmsi編號相同的，優(yōu)先選取有正常船名(不出現(xiàn)亂碼或空的船名)、船長較大的記錄，其余記錄刪除。

s103.對靜態(tài)數(shù)據庫中缺失的數(shù)據進行補充和完善。

動力法計算中需要用到主機額定功率這一靜態(tài)數(shù)據，但通常ais靜態(tài)數(shù)據中缺失主機額定功率等信息。基于此，本發(fā)明提出了通過多源數(shù)據匹配和回歸模擬結果推算相結合的方法來構建船舶ais靜態(tài)信息關聯(lián)屬性庫以補充和完善缺失的靜態(tài)數(shù)據。具體實現(xiàn)時，先收集整理多種與船舶相關的數(shù)據庫信息對ais靜態(tài)數(shù)據做多源查詢匹配獲取ais靜態(tài)數(shù)據缺失的數(shù)據；

現(xiàn)有技術中船舶簽證、船舶進出口岸查驗信息、船檢、勞氏船級社等數(shù)據庫中均涉及船舶靜態(tài)數(shù)據，收集整理船舶簽證、船舶進出口岸查驗信息、船檢、勞氏船級社等數(shù)據庫信息對ais靜態(tài)數(shù)據庫進行多源查詢匹配，關鍵信息項依據數(shù)據庫的不同可依次選擇水上移動通信業(yè)務標識碼(mmsi編碼)、船舶英文名稱，匹配結果可同時實現(xiàn)對船舶類型的詳細劃分。

具體就關鍵信息項的選擇來講：

勞氏船級社數(shù)據、船舶檢驗登記數(shù)據、船舶簽證數(shù)據等含有ais數(shù)據中缺少的船舶主機功率、噸位、詳細類型(普通貨船、干散貨船、集裝箱船、滾裝船、化學品運輸船、液化氣運輸船、油輪、拖船、客船、其他等)等關鍵信息。

對于勞氏船級社等遠洋船舶數(shù)據庫，可將“mmsi編號”作為關鍵因子與ais數(shù)據進行船舶匹配和信息補充；

對于船舶檢驗登記信息、船舶簽證信息等主要對應本國的沿海和內河船舶,其不包括mmsi編號，可將“船舶英文名稱”作為關鍵因子與ais數(shù)據進行船舶匹配和信息補充。

其中，為保證船舶名格式的一致性及后續(xù)的可對比性，將船舶英文名稱統(tǒng)一改為大寫，并刪除名稱中可能存在的空格與tab鍵。

經過多源數(shù)據匹配后，補充排放量計算所需的主機功率、噸位、詳細類型等信息，如果還存在多源數(shù)據庫無法匹配的船舶則進入第二步，利用數(shù)理統(tǒng)計的方式進行回歸模擬結果推算的方式對在第一步中無法補充到主機功率和噸位信息的船舶進行信息補充。

具體為：

取ais靜態(tài)信息項中的船長數(shù)據，依據不同船型的船長和船舶噸位間的擬合關系式(見表1)推算出噸位數(shù)據，再依據噸位值和功率值間的擬合關系式(見表2)得到主機功率數(shù)據。具體地，船長與噸位間的數(shù)理關系以船舶簽證信息及船舶進出口岸查驗信息中部分可查詢獲取到船長數(shù)據的船舶為基礎，通過數(shù)理統(tǒng)計的方式獲取船長與噸位間的擬合關系式，噸位與功率間的數(shù)理關系以獲取到的船舶簽證信息及船舶進出口岸查驗信息為基礎，通過數(shù)理統(tǒng)計的方式獲取噸位與功率間的擬合關系式。輔機功率值根據輔機、主機額定功率間的比值獲取，鍋爐額定功率取國內外清單編制經驗值，鑒于ais信息的局限性，將船舶類型劃分為貨船、客船、油輪、拖船和其他(不包括捕撈船)共五種。該方法充分利用了ais已有信息項來補充缺失數(shù)據，可有效降低采用平均數(shù)值等替代缺失數(shù)據帶來的較大不確定性。其中，不同船型的船長和船舶噸位間的擬合關系式以及噸位值和功率值間的擬合關系式是采集大量樣本數(shù)據通過數(shù)據擬合得到的，本發(fā)明是以珠江三角洲為研究區(qū)域采集船舶樣本研究得到擬合關系。

具體地，先對船舶類型進行劃分，具體為：

①大中型船舶和小型船舶的初步劃分

編號“0”對應a類船舶，屬于大中型船(300總噸及以上)；

編號“1”對應b類船舶，屬于小型船(300總噸以下)。

②船舶類型劃分

船舶類型由0-99數(shù)字表示，按照排放清單的需求，將船舶類型整理如下：

③遠洋/沿海/內河船舶劃分

編號“1”對應的小型船歸入內河船舶范疇；

編號“0”對應的船舶：

mmsi編碼開頭為412/413且末一位不為0的為內河船舶；

mmsi編碼開頭為412/413且末一位為0的為沿海船舶；

mmsi編碼開頭為412/413且末兩位為00的為遠洋船舶；

mmsi編碼開頭不為412/413為遠洋船舶。

④船長與噸位間數(shù)理關系

表1船長與噸位值間數(shù)理關系

在表1中，r²是相關指數(shù)，用來衡量模擬效果好壞的指標，其值越接近1表示擬合關系擬合的效果越好。其中，遠洋客船和沿海客船由于數(shù)據樣本量較小，本發(fā)明采用直接取值方式給出遠洋和沿?？痛闹鳈C功率值，具體見表2，不經過擬合關系推算。

⑤噸位與主機額定功率間數(shù)理關系

表2船舶噸位與主機額定功率間數(shù)理關系

⑥輔機和鍋爐額定功率補充。

輔機額定功率由于在各數(shù)據庫中均嚴重缺失，按照國內外清單編制經驗利用輔機、主機額定功率間的比值(以下簡稱“輔機/主機比”)與主機額定功率進行關聯(lián)，通過主機額定功率和“輔機/主機比”的經驗值計算獲取。其中遠洋船輔機/主機比參考國內外清單編制的經驗值，沿海船依據樣本數(shù)據統(tǒng)計獲取，給出包括分船型的平均額定功率及輔機/主機比的統(tǒng)計均值，如表3所示，其中，表3中的普通貨船、干散貨船、化學品運輸船、滾裝船、液化氣運輸船、貨船a均屬于上述分類的貨船。鍋爐額定功率按照國內外清單編制經驗不再補充，直接給出各工況下的實際運行功率值來計算排放量。內河船舶由于計算排放量時不考慮輔機和鍋爐的排放量，因此此處不對內河船舶的輔機、鍋爐額定功率進行補充。

表3不同船型“輔機/主機比”

上表中，沿海船的統(tǒng)計結果是基于350余個樣本數(shù)得到的；貨船^a對應數(shù)值為普通貨船、干散貨船、化學品運輸船、滾裝船、集裝箱船和液化氣運輸船在內的6種船型對應數(shù)值的加權平均值，適用于無法通過多源數(shù)據庫進行直接匹配的船舶。

本發(fā)明針對ais靜態(tài)信息不足以支撐排放量計算的實際情況提出了一種通過構建船舶ais靜態(tài)信息關聯(lián)屬性庫實現(xiàn)對ais靜態(tài)數(shù)據的有效補充，包括兩個步驟，首先利用多個現(xiàn)有數(shù)據庫進行多源數(shù)據匹配對缺失數(shù)據進行直接補充，而后識別無法直接匹配的船舶采用回歸模擬結果推算的方法進行間接補充。該方法充分利用了ais自有靜態(tài)數(shù)據項和目前可掌握的其他數(shù)據信息，有效提高了ais數(shù)據在船舶大氣污染物排放清單編制過程中的可用性，為實現(xiàn)基于ais數(shù)據的逐艘次的船舶排放計算提供關鍵技術支持。

相同或相似的標號對應相同或相似的部件；

附圖中描述位置關系的用于僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制；

顯然，本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明權利要求的保護范圍之內。