摘 要

本研究以AIS船舶自动识别系统为基础，通过对深圳港区内在一定空间内的船舶动静两态的数据收集整理，再利用船舶在巡航、减速、机动和停泊这4种工况下在一定的时间内实际航行过程，采用“自下而上”的动力法估算得出深圳港的船舶排放清单，本文的船舶排放量计算模型来自于国内外现有主流的计算模型，此外，在计算未知主机功率的船舶的主机功率时通过对大量样本拟合得出的公式得出的估算数据，经过已有文献论证，误差在合理的范围之内，而辅机和锅炉的功率的得出是通过普遍适用的经验公式得出，其余的数的选定参照国内外文献中出现的适合于深圳港本地化的。通过对深圳港的船舶排放特征的分析研究，依据研究得出的结论提出对控制治理深圳港区的船舶排放问题行之有效的措施。

关键词：时空统计；AIS；排放清单；排放特征

Abstract

Based on the AIS ship automatic identification system, this study collects and collects static data and dynamic data of ships in Shenzhen port area, and combines the actual navigation process of the ship in a certain period time under the four conditions of cruise, deceleration, maneuvering and mooring. Using the "bottom-up" dynamic method to estimate the ship discharge list of Shenzhen Port, the ship emission calculation model of this paper comes from the existing mainstream calculation models at home and abroad, in addition, the host power of the ship in calculating the unknown host power. The estimated data obtained by the formula obtained by fitting a lot of samples has been proved by the existing literature, and the error is within a reasonable range, and the power of the auxiliary machine and the boiler is obtained through the universally applicable empirical formula. The selection of the remaining numbers refers to the localization of Shenzhen Port that appears in the domestic and foreign literature. Based on the analysis of the ship's emission characteristics of Shenzhen Port, based on the conclusions of the research, it puts forward effective measures to control the ship discharge problem in Shenzhen Port Area.

Key Words：AIS；emission inventory；emission characteristics

目 录

摘 要

Abstract

第1章 绪论 1

1.1研究背景与意义 1

1.1.1研究背景 1

1.1.2研究意义 1

1.2国内外研究现状 2

1.3研究思路与主要内容 3

1.3.1研究思路 3

1.3.2论文的主要内容 3

第2章 船舶排放清单估算方法 4

2.1船舶自动识别系统AIS 4

2.2估算方法概述以及选用 5

2.3计算模型的建立 5

2.4模型参数的确定 6

2.4.1船舶主机、辅机和锅炉功率的确定 6

2.4.2船舶主机、辅机和锅炉的负载率 8

2.4.3排放因子 8

2.4.4低负载校正因子 9

第3章 以深圳港为例的船舶排放清单结果与分析 10

3.1深圳港概况以及AIS数据收集范围 10

3.2深圳港船舶排放总量 10

3.3船舶排放气体的分担率 10

3.3.1按船型划分 10

3.3.2按船舶工况划分 14

3.3.3按船舶上排放源划分 15

3.4不确定性分析 16

第4章 结论与展望 17

4.1结论 17

4.2展望 17

参考文献 19

致谢 21

第1章 绪论

1.1研究背景与意义

1.1.1研究背景

伴随着时代的发展，航运业繁荣的景象导致越来越多的船舶出现，但与此同时，这些大量的船舶废气排放带来的大气环境污染也日渐愈发凸显甚至严重影响了生态环境。由于受限科技水平，核能等清洁能源还未在普通的船舶上使用普及，如今的船舶大多数还是以内燃机燃烧化石石油燃料获取动力和电力来供给船舶的正常航行与生产作业。并且还有一个事实，虽然各国环保部门要求船舶装备尾气处理装置，但到目前为止，大多数的船舶仍未加装船舶废气的处理装置，大量的船舶废气便无所阻拦的直接排放到大气环境中，对大气环境造成严重的污染。事实是，在未经处理装置处理过的随意排放气体中，含有多种污染气体，目前已知的污染气体有二氧化硫()、氮氧化物()、一氧化碳()、二氧化碳()等等，除此之外还有微小颗粒物。这些未经处理的气体以及物质将直接或间接对环境造成严重的破坏，其中污染最为严重的是船舶废气中的硫化物和氮氧化合物在湿润大气环境中与水汽发生一些复杂的化学反应后下落形成的酸雨，酸雨不仅有腐蚀性会对建筑产生腐蚀，而且酸雨还会导致土壤酸化，酸化后的土地无法进行农业生产，对农业造成重大损失。除此之外，还有船舶废气中的等温室气体以及通过反应间接生成的臭氧是全球变暖的罪魁祸首之一，由于船舶在世界范围内广泛的航行，使得这些船舶排放带来的问题在全球范围内普遍存在，在各国认识到船舶废气的危害性日渐加重后，各国更进一步的在世界范围内合作开展对船舶排放的研究，并选择适宜的措施进行整治。

1.1.2研究意义

就目前看来，越来越复杂多样的大气环境污染越来越严重，并且各式各样的污染更是无一例外的影响着人类的生产生活。土地、水源、大气环境都或多或少受到了不小的污染，人类繁衍生息的生存空间在被压缩。拿大气环境来看，百年来，工业化的蓬勃迅速发展，形成了各行各业，但同时，各行各业产生的大气污染由单一的煤炭燃烧的温室气体以及烟尘污染向着更为复杂的光化学烟雾、酸雨、霾等等各类危害更为严重的污染方向发展且一发不可收拾，所以迫于形势，现在就需要各行业，各地区，各国家积极主动地参与到进行大气环境污染的整治工作中来，承担起治理大气环境污染的责任，确保人们的健康生活和大气环境的完好。整治大气环境污染不仅仅需要有个粗略的整体布局，还需要更具有针对性的分区域、分行业、分情况的更加细致化地来进行局部规划。因此，作为大气污染中重要的排放源之一的船舶运输类行业，对船舶排放的废气进行行之有效的治理措施就变得势在必行。为了能更好的提出有效的治理措施，治标还要治本，就需要对废气排放的源头入手，分析研究探讨船舶废气排放的污染特征，从而在源头上就进行排放控制和环境治理。为了达到这样的目的，分析探讨研究的船舶废气排放的过程则就可以通过计算并统计出船舶排放总量，对数据整理并制定出船舶的排放清单，通过排放清单可以得出船舶排放的特征，对特征进行定性与定量的分析，从而在源头上得出解决船舶废气污染问题的方法，这样就可以很好的治理船舶废气的排放。

1.2国内外研究现状

为了研究船舶排放问题，就先得对船舶排放的污染源定性以及定量，因此一份详实可信的船舶排放清单就得先建立起来，然后再对清单内船舶排放的污染物质分门别类以及数量的记录等等处理， 通过对船舶清单的研究以及分析得出相应的船舶排放特征，是目前控制船舶排放很有效的方法。如今国际上的船舶排放清单研究，从研究范围上可以分为全球性的和区域性的；从方法体系上可以分为自上而下和自下而上两类。随着排放清单的研究发展，一般选择从方法体系上研究。目前，自上而下的估算方法包括: 燃油法和贸易法; 自下而上的估算方法包括统计法和动力法。而在清单编制中通过实际的经验得知，在运用自下而上的方法研究时，排放清单的准确性一般优于自上而下的方法。计算船舶排放的基础数据一般可以分为静态数据(技术参数)和动态数据(活动水平)，需要用到的参数有船舶排放因子、船舶负载率等。多年以来的关于船舶清单制定研究，众多的文献纷纷采用了不同的方法。在多年以来积累的诸多的研究中，国外的Simon^[1]等在2007年通过AIS大致粗略的估算了香港地区及珠三角地区船舶排放清单；J.P.^[2]等和 Goldsworthy^[3]等在澳大利亚港口水域以及近海岸通航区域内利用AIS粗略估算出多种类型、多种吨型的船舶的排放量。相比较与国外，国内对船舶排放清单的研究开始较晚，陆陆续续的还处于发展之中，慢慢学习并自我探索，相较于国外，国内最先是使用基于燃料消耗量的排放因子法，通过对总的燃料消耗估算得出内河船舶^[4，6]、天津港^[5]、珠江三角洲^[7]以及国内船舶运输业总体^[8]的船舶排放量，后来开始慢慢使用精度更进一步的基于船舶活动的排放因子法来估算，青岛港^[9]、广东全省^[10]和上海港^[11-12]等地排放总量都是使用的此类方法。国外的研究^[13-15]发现，不断完善的船舶自动识别系统能够提供船舶的静态和动态信息，利用其特性可以更好的研究排放清单。至此，国内的研究也开始通过借助AIS，于中国香港地区^[16-17]、珠三角航区^[18，19]、大连港^[20]、上海洋山港^[21]、环渤海^[22-23]及长三角和东海^[24]等地区先后陆陆续续建立起船舶排放清单。虽然在一长段时间内国内研究学者在各地区做了许多的相关性的研究，但依然受限于船舶活动数据和相关研究基础数据的缺乏，尤其是对船舶排放因子的研究，只能参照国外研究的估算模型和参数，国内的研究依然落后于国外，这样的情况长此以往的发展下去会在很大一部分程度上影响到本地化船舶排放清单的制定，将很难真实反映国内船舶废气对大气污染的具体情况。国内对船舶排放清单的研究目前仍处于初步的发展阶段，中国本地化的船舶排放清单的研究还有很长的一段路要走。

1.3研究思路与主要内容

1.3.1研究思路

船舶排放的污染日益加剧，为了应对这一迫切局面，需要对船舶排放进行系统的研究得出解决办法。研究的基础是建立起排放清单，在得到清单后对清单进行分析研究，得出结论来解决现实问题，在本文中，研究的思路是：第一步利用AIS获取的船舶静态和动态数据信息；第二步是建立研究区域内的排放估算模型；第三步是根据研究区域内的船舶情况选取合理的参数，如排放因子、负载率等；第四步是根据获取的实时数据和选取的参数代入估算模型中得出排放总量并最终确立排放清单数据。在此排放清单的基础之上总结得出船舶排放整体与局部的特征，并对排放特征进行分析研究，得到解决相关污染问题的方法。

1.3.2论文的主要内容

本文的内容如下：

第二章：确立船舶排放估算方法。以研究区域内的船舶为研究对象，利用AIS获取研究区域内每条船舶的动态以及静态数据，采用动力法，结合船舶实际航行活动过程，建立起适用于研究区域内的计算模型，确定计算模型中各项参数，如排放因子等，各项参数要符合进出研究区域内船舶特征，在所有的参数确定下利用从AIS中得到的数据代入计算模型中得出排放数据，之后对所有的排放数据加以整理归纳得出研究区域的排放清单 。