本发明涉及碳核算，尤其涉及一种基于ais数据的碳排放核算方法、设备、介质。
背景技术：
1、海运业已成为全球温室气体排放增长最快的贡献者之一，约占总排放的3％，在过去十年中增加了20％。随着海运需求不断增长，预计到2050年，其排放量将比2008年增加90-130％，这与《巴黎协定》的温室气体控制目标相矛盾，因此迫切需要在海运领域采取减排措施。然而，由于海运业的国际性质，导致其减排形势在政府管控方面处于一种监管模糊地带。
2、在全球环境保护事业中，评估海上碳排放至关重要。imo(国际海事组织)、eea(欧洲环境署)和epa(美国环境保护署)等组织已经制定了两种基本方法来估算航运业的空气污染物排放：一种是基于燃料的方法，依赖于直接观测；另一种是基于活动的方法，将活动数据的统计分析与各国特定的排放因子相结合。
3、传统上，基于燃料的方法在排放清单中被广泛采用，提供了相对准确的船舶排放计算。然而，随着详细船舶轨迹数据的增加，基于活动的方法日益受到重视，成为评估船舶排放的主要方法之一。在这种方法中，一个关键技术是steam(船舶交通排放评估模型)方法，该方法不仅在区域级别计算排放，还在各种尺度上显著贡献于对空间分布的碳足迹的理解。
4、尽管海上排放评估方法有所进步，但海运业内的碳转移和碳补偿研究仍然相对不足。现有研究主要集中在国家级层面的碳排放转移和时空演变，而对省、州级的碳排放和碳转移的研究有限。此外，现有关于碳补偿的研究主要涉及区域间的整体补偿，往往忽视了海上运输业的具体复杂性。
技术实现思路
1、本发明所要解决的问题是：提供一种基于ais数据的碳排放核算方法、设备、介质，基于活动的方法，对个体船舶进行精确的碳排放计算，为解决现实海上运输碳减排存在的问题提供实用建议。
2、本发明采用以下技术方案：一种基于ais数据的碳排放核算方法，包括以下步骤：
3、s1、ais数据预处理：采集待测区域内船舶的ais数据，进行数据清洗去除异常值；
4、s2、建立碳排放核算模型：包括：建立船舶在运动时刻的碳排放计算模型、建立船舶在停留时刻的碳排放计算模型；
5、s3、使用碳核算算法，进行船舶碳排放量计算：
6、s31、船舶停留点识别，得到带有船舶停留标记和地理位置标识的数据集；
7、s32、基于碳排放核算模型计算船舶停留点和运动点的碳排放，得到带有船舶轨迹点碳排放的数据集；
8、s33、轨迹分割，基于船舶轨迹划分航线；
9、s34、进行碳核算，包括碳排放、碳转移和碳补偿核算，得到每条航线、省级的碳排放和碳转移数据集以及碳补偿结果。
10、进一步地，s1中采集的ais数据，字段包括：mmsi，time，lat，lon，speed，vesseltype。
11、其中，mmsi是每艘船舶的海上移动服务身份识别码，长度是九位数；time是数据记录时间；lat、lon分别代表船舶在地理坐标系下的经纬度；speed指船舶速度；vessel type指船舶类型，不同的国家、地区或组织对船舶类型的分类体系而有所不同，在具体应用中，需要参考相应地区的标准和规定。
12、例如：海上移动服务身份识别码mmsi为100011000的船舶，在2020-03-01 22:35:01时刻下，处于经纬度(30.351，-100.041)，此刻速度为10.2节，船舶类型为17(油轮)。
13、进一步地，在s1中数据清洗的方法，包括如下步骤：
14、s1.1、基于“vessel type”属性实现数据提取，每艘船都有一个数字代码，根据需求提取船舶数据。例如“vessel type”标识为70至79的是货船。
15、s1.2、通过使用“mmsi”对数据进行分组，根据“time”对数据条目进行排序，从而确定每艘船的轨迹。
16、s1.3、基于中值滤波的数据处理方法，利用“time”、“lat”、“lon”和“speed”等属性处理数据集中的异常记录。
17、进一步地，s21中，船舶运动时刻的碳排放计算模型为：
18、
19、式中，ik为船舶残渣油污染排放系数，fcij为船舶从轨迹点i行驶至轨迹点j的燃油消耗系数，单位：kw；sij是从轨迹点i行驶至轨迹点j的大圆距离，单位为海里；是从轨迹点i行驶至轨迹点j的平均速度，单位为节；ps是船舶在运动时刻的发动机功率；sfc是特定工作条件下的燃油消耗率量，单位为g/kwh。
20、进一步地，s22中，船舶停留时刻的碳排放计算模型为：
21、estop＝ik×fcstop
22、＝ik×pa×tstop×sfc×1×10-6tonnes
23、式中，fcstop为船舶在停留点的燃油消耗系数，pa是船舶在停留时刻的发动机功率，单位为kw；tstop是船舶在停留点的停留时间，单位为小时。
24、进一步地，s31中，停留点识别的过程中，具体包括以下步骤：
25、s31-1、通过评估船舶航速来识别潜在的停靠，将航速低于x节的时刻点归类为潜在的停留，然后确定了这些区间的起始索引。
26、对于每个潜在停留，如果持续时间超过定义的阈值，算法将相应的轨迹段标记为停止。
27、s31-2、通过检查连续停留之间的运动时间来处理连续停留处理。
28、如果运动时间低于预定的阈值，表示连续的停留周期，则将连续停留时间段合并为单个停留段。
29、s31-3、对于停留点轨迹，根据地理坐标系匹配距离停留点最近的港口及其所在省、州，对于运动点轨迹，寻找其所在海域的所属省、州，如果不存在，则认为处于公海。
30、最终输出是一个标记的数据集，表明船只运动和静止停止的周期。
31、进一步地，在步骤s33轨迹分割中，通过步骤s31-1的停留标记，根据不同的轨迹特征将船舶轨迹划分为特定的航线，为每条航线标记起始港口及其所在省或州。
32、进一步地，s34中，碳核算，具体包括以下步骤：
33、s34-1、每条航线的总碳排放量是通过将航线上所有点的排放量相加来确定的。
34、当某港口作为一条航线的终点和另一条航线的起点时，在该港停留产生的排放平均分布到航线1和2。
35、整条航线的碳排放平均分摊到起始省，于是就得到了该条航线下的起始省碳排放以及起始省对其他省的碳转移情况。
36、s34-2、通过将与该省相关的所有路线的碳排放量及碳转移量相加，计算出每个省的碳排放量及碳转移情况，得到每条航线、省的碳排放和碳转移数据集。
37、s34-3、通过获取当年碳价数据，计算每个省或州的碳补偿。
38、本发明技术方案第二方面提供了一种电子设备，包括存储器、处理器，所述处理器用于执行所述存储器中的程序，以此实现如上述基于ais数据的碳排放核算方法。
39、本发明技术方案第三方面提供了一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令的存储介质在由计算机处理器执行时，用于执行如上述基于ais数据的碳排放核算方法。
40、本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
41、(1)本发明基于ais数据的碳排放核算方法，采用基于活动的/自下而上的方法，利用ais数据对船舶的碳排放进行了精准计算。与传统的自上而下方法相比，不仅提高了准确性，而且为该领域的研究提供了新的视角和方法。
42、(2)本发明基于ais数据的碳排放核算方法，全面、综合、深入地研究海运业的碳排放、碳转移和碳补偿问题，可以帮助企业和政府部门更好地理解碳排放的时空动态转移规律，同时为海运业的减排工作提供了实用的建议和指导。
43、(3)本发明提供的碳核算方法，使省级管理机构能够基于船舶类型和排放量排放更有效地管理和制定碳排放相关政策，采取针对性的措施来降低碳排放，并促进碳排放的合理补偿和分配。
1.一种基于ais数据的碳排放核算方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于ais数据的碳排放核算方法，其特征在于，步骤s1中，采集待测区域内船舶的ais数据，ais数据字段包括：mmsi，time，lat，lon，speed，vessel type；
3.根据权利要求2所述的基于ais数据的碳排放核算方法，其特征在于，步骤s1中，所述数据清洗，方法包括如下步骤：
4.根据权利要求1所述的基于ais数据的碳排放核算方法，其特征在于，步骤s2中，船舶在运动时刻的碳排放计算模型为：
5.根据权利要求4所述的基于ais数据的碳排放核算方法，其特征在于，步骤s2中，船舶在停留时刻的碳排放计算模型为：
6.根据权利要求1所述的基于ais数据的碳排放核算方法，其特征在于，步骤s31中，船舶停留点识别，包括以下子步骤：
7.根据权利要求1所述的基于ais数据的碳排放核算方法，其特征在于，步骤s33中轨迹分割，通过步骤s3.1.1的船舶停留标记，根据轨迹特征，将船舶轨迹划分为特定的航线，为每条航线标记起始港口及其所在省或州。
8.根据权利要求1所述的基于ais数据的碳排放核算方法，其特征在于，s34中，碳核算方法包括以下子步骤：
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
10.一种包含计算机可执行指令的存储介质，其特征在于，所述计算机可执行指令的存储介质在由计算机处理器执行时，用于执行如权利要求1至8中任一项所述基于ais数据的碳排放核算方法。
