【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种船舶烟气遥感监测方法，尤其涉及一种基于高斯烟羽模型的船舶高硫燃油监测方法。
技术介绍
1、船舶排放是全球大气污染的重要贡献源之一，据统计分析，船舶二氧化硫排放量占全球人为总排放量的4-9％。为了控制船舶排放，交通运输部和生态环境部相继发布了《船舶大气污染物排放控制区实施方案》、《船舶发动机排气污染物排放限值及测量方法》和《长江经济带生态环境保护规划》等文件，要求2020年1月1日起，船舶进入内河排放控制区，应使用硫含量不大于0.1％m/m的船用燃油。如何实时监测在航船舶二氧化硫等排放污染物和有效识别硫含量超标燃油，最大限度地发挥排放控制区的作用，是当前乃至未来一段时期内面临的一项重要而急迫的挑战。
2、综观国内外已有研究，船舶污染物排放与燃油硫含量反算已引起了广泛关注，但是仍存在以下亟待解决的问题：1)现有的燃油硫含量识别方法主要基于硫碳比确定硫含量，在无法或不易获取二氧化碳监测浓度的情形下，亟需构建一种仅利用二氧化硫排放源强数据，即可对船舶燃油硫含量进行识别反算的方法；2)在实际航行环境中，风向会对船舶烟气扩散模型的构建有所影响，特别是当风向与航行方向不一致时，这种影响尤为显著；3)由于船舶烟气排放源有效高度、扩散系数、船舶排放源有效高度处风速等关键参数的影响，现有的高斯扩散模型在实际应用中准确度不高，亟需改进。
技术实现思路
1、专利技术目的：为了解决上述技术问题，本专利技术提出一种基于高斯烟羽模型的船舶高硫燃油监测方法，该方法具有监测范围广(光路
2、技术方案：为了实现上述专利技术目的，本专利技术提出一种基于高斯烟羽模型的船舶高硫燃油监测方法，所述方法包括：根据天气气象数据确定大气稳定度，根据大气稳定度和下风向距离计算扩散系数；根据船舶动静态信息和实测的监测点二氧化硫监测数据，通过智能优化算法得到船舶二氧化硫排放源强度；根据船舶基础信息，计算船舶燃油消耗量；根据所述船舶燃油消耗量和所述的船舶二氧化硫排放源强度，计算船舶燃油硫含量；所述智能优化算法的目标是各监测点二氧化硫监测数据和对应的二氧化硫计算浓度最接近，所述二氧化硫计算浓度基于高斯烟羽模型计算得到，所述高斯烟羽模型中的原扩散系数采用根据大气稳定度和下风向距离计算所得的扩散系数替代。
3、其中，船舶动静态信息包括：船舶动态信息和船舶静态信息，船舶动态信息包括船舶所在经纬度、船舶航行速度、航行角度、距离监测点位置；船舶静态信息包括水上移动通信业务标识码(船舶mmsi编号)、船名、船舶吨位、船舶类型、排放源高度；天气气象数据包括当地经纬度、观测时间、太阳时角、太阳倾角、太阳高度角、云量、入射等级、风速和风向。
4、高斯烟羽模型可以使用通用的考虑实源和像源共同影响的常规计算式。考虑到气体反射会存在损失，像源的扩散浓度会减小，作为一种优选的方案，本专利技术提出一种计及反射比例的高斯烟羽模型，计算二氧化硫计算浓度的计算式为：
5、
6、式中，q表示船舶烟气的排放源强度，σy和σz分别为横风向和垂直方向的扩散系数；y为横风向坐标；z为垂直方向坐标；h为船舶烟气排放源有效高度，u是有效风速，c为二氧化硫计算浓度，r为反射比例，r∈[0,1]。
7、根据天气气象数据确定大气稳定度，可以使用通用的大气稳定度确定方法。作为一种优选的方案，本专利技术计算扩散系数包括以下步骤：
8、步骤21，根据监测点经度和观测时间计算太阳时角：
9、ω＝15t+λ-300
10、式中，ω表示太阳时角，t表示观测时的北京时间的小时部分，λ表示监测点的地理经度；
11、步骤22，根据太阳时角、太阳倾角和监测点纬度计算太阳高度角：
12、
13、式中，h表示太阳高度角，表示监测点的地理纬度，σ表示太阳倾角；
14、
15、式中，day表示观测时间所在日期是一年中的第几日，θ表示换算角；
16、步骤23，根据太阳高度角和云量数据，查询太阳入射等级表，确定太阳入射等级；
17、步骤24，根据太阳入射等级和风速数据，查询大气稳定度级别表，确定大气稳定度；
18、步骤25，在不同等级的大气稳定度下，确定横风向和垂直方向的特征参数，结合下风向距离确定横风向和垂直方向的扩散系数，计算式为：
19、
20、式中，σy和σz分别为横风向和垂直方向的扩散系数，x表示下风向距离；γ1,y和γ2,y为横风向特征参数；γ1,z和γ2,z为垂直方向特征参数；αy和αz为扩散指数。
21、所述智能优化算法的目标是各监测点二氧化硫监测数据和对应的二氧化硫计算浓度最接近，可以采用任何实质上反映各监测点二氧化硫监测数据和对应的二氧化硫计算浓度最接近的函数关系。作为一种优选的方案，智能优化算法的目标函数设定为：
22、
23、式中，和分别为第i个监测点二氧化硫监测数据和对应的二氧化硫计算浓度，n为监测点个数；目标函数f(q)为目标函数，q表示船舶烟气的排放源强度。
24、进一步的，本专利技术还对所述高斯烟羽模型进行改进，包括：
25、对风向与线源夹角进行修正，当风向与线源之间的夹角为ɑ时，二氧化硫计算浓度的计算公式改进为船舶烟气高斯烟羽扩散的积分公式：
26、
27、式中，c为改进的二氧化硫计算浓度；(xp,yp)为监测点坐标；(0,y′)为船舶位置坐标；α为风向与线源的夹角；q表示船舶烟气的排放源强度，αy和σz分别为横风向和垂直方向的扩散系数；z为垂直方向坐标；h为船舶烟气排放源有效高度，u是有效风速，r为反射比例，r∈[0,1]，l为线源长度。
28、对船舶烟气排放源有效高度进行修正：
29、h＝h′+δh
30、式中，h′为船舶烟囱的几何高度；δh为船舶的烟气抬升高度。
31、对有效风速进行修正：
32、
33、式中，ug为气象仪监测到的地面风速；hg为气象仪监测风速的高度；m为幂次定律常数，由大气稳定度确定。
34、根据船舶基础信息，计算船舶燃油消耗量的常用方法为：
35、步骤41，确定船舶的主机燃油消耗量：
36、a1＝a1*b1
37、式中，a1为主机燃油消耗量；a1为主机功率；b1为主机耗油率；
38、步骤42，确定船舶的辅机燃油消耗量：
39、a2＝a2*b2
40、式中，a2为辅机燃油消耗量；a2为辅机功率；b2为辅机耗油率；
41、步骤43，确定船舶燃油消耗量：
42、
43、式中，m为船舶燃油消耗量；p为主机基本耗油系数。
44、该常用方法可以采用其他计算船舶燃油消耗量的方本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于高斯烟羽模型的船舶高硫燃油监测方法，其特征在于，所述方法包括：根据天气气象数据确定大气稳定度，根据大气稳定度和下风向距离计算扩散系数；根据船舶动静态信息和实测的监测点二氧化硫监测数据，通过智能优化算法得到船舶二氧化硫排放源强度；根据船舶基础信息，计算船舶燃油消耗量；根据所述船舶燃油消耗量和所述的船舶二氧化硫排放源强度，计算船舶燃油硫含量；所述智能优化算法的目标是各监测点二氧化硫监测数据和对应的二氧化硫计算浓度最接近，所述二氧化硫计算浓度基于高斯烟羽模型计算得到，所述高斯烟羽模型中的原扩散系数采用根据大气稳定度和下风向距离计算所得的扩散系数替代。
2.根据权利要求1所述的基于高斯烟羽模型的船舶高硫燃油监测方法，其特征在于，船舶动静态信息包括：船舶动态信息和船舶静态信息，船舶动态信息包括船舶所在经纬度、船舶航行速度、航行角度、距离监测点位置；船舶静态信息包括水上移动通信业务标识码、船名、船舶吨位、船舶类型、排放源高度；天气气象数据包括当地经纬度、观测时间、太阳时角、太阳倾角、太阳高度角、云量、入射等级、风速和风向。
3.根据权利要求1所述的基于高斯
4.根据权利要求1所述的基于高斯烟羽模型的船舶高硫燃油监测方法，其特征在于，根据天气气象数据确定大气稳定度，根据大气稳定度和下风向距离计算扩散系数，包括以下步骤：
5.根据权利要求1所述的基于高斯烟羽模型的船舶高硫燃油监测方法，其特征在于，智能优化算法的目标函数为：
6.根据权利要求1所述的基于高斯烟羽模型的船舶高硫燃油监测方法，其特征在于，对所述高斯烟羽模型进行改进，包括：对风向与线源夹角进行修正，当风向与线源之间的夹角为a时，二氧化硫计算浓度的计算公式改进为船舶烟气高斯烟羽扩散的积分公式：
7.根据权利要求1所述的基于高斯烟羽模型的船舶高硫燃油监测方法，其特征在于，对所述高斯烟羽模型进行改进，包括：对船舶烟气排放源有效高度进行修正：
8.根据权利要求1所述的基于高斯烟羽模型的船舶高硫燃油监测方法，其特征在于，对所述高斯烟羽模型进行改进，包括：对有效风速进行修正：
9.根据权利要求1所述的基于高斯烟羽模型的船舶高硫燃油监测方法，其特征在于，根据船舶基础信息，计算船舶燃油消耗量，包括以下步骤
10.根据权利要求1所述的基于高斯烟羽模型的船舶高硫燃油监测方法，其特征在于，根据所述船舶燃油消耗量和所述的船舶二氧化硫排放源强度，计算船舶燃油硫含量，计算式为：
...【技术特征摘要】
1.一种基于高斯烟羽模型的船舶高硫燃油监测方法，其特征在于，所述方法包括：根据天气气象数据确定大气稳定度，根据大气稳定度和下风向距离计算扩散系数；根据船舶动静态信息和实测的监测点二氧化硫监测数据，通过智能优化算法得到船舶二氧化硫排放源强度；根据船舶基础信息，计算船舶燃油消耗量；根据所述船舶燃油消耗量和所述的船舶二氧化硫排放源强度，计算船舶燃油硫含量；所述智能优化算法的目标是各监测点二氧化硫监测数据和对应的二氧化硫计算浓度最接近，所述二氧化硫计算浓度基于高斯烟羽模型计算得到，所述高斯烟羽模型中的原扩散系数采用根据大气稳定度和下风向距离计算所得的扩散系数替代。
2.根据权利要求1所述的基于高斯烟羽模型的船舶高硫燃油监测方法，其特征在于，船舶动静态信息包括：船舶动态信息和船舶静态信息，船舶动态信息包括船舶所在经纬度、船舶航行速度、航行角度、距离监测点位置；船舶静态信息包括水上移动通信业务标识码、船名、船舶吨位、船舶类型、排放源高度；天气气象数据包括当地经纬度、观测时间、太阳时角、太阳倾角、太阳高度角、云量、入射等级、风速和风向。
3.根据权利要求1所述的基于高斯烟羽模型的船舶高硫燃油监测方法，其特征在于，高斯烟羽模型计算二氧化硫计算浓度，计算式为：
4.根据权利要求1所述...
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