一种港口船舶排放脱钩评估方法、装置及介质与流程

本发明涉及港口环境管理与交通排放分析，尤其涉及一种港口船舶排放脱钩评估方法、装置及介质。

背景技术：

1、海上运输承担了全球约80%的货物运输量，港口作为远洋船舶活动与排放高度集中的区域，其船舶排放的温室气体及空气污染物已成为影响全球气候变化和港区空气质量的关键因素。在“双碳”目标和绿色港口建设的双重驱动下，精准识别港口船舶排放的变化机理及其驱动因素，已成为航运业低碳转型的核心技术需求。

2、然而，现有技术存在明显缺陷。一方面，基于扩展的stirpat模型或系统动力学的方法，虽能识别多因素对碳排放的影响程度，但本质上属于统计回归或情景模拟，无法实现对各因素贡献量的精确、无残差分解，难以量化具体因素（如能效提升或政策干预）在特定时间段内的确切减排贡献。另一方面，单一的lmdi（对数平均迪氏指数）因素分解方法虽然能够实现无残差分解，但其仅能回答“各因素推动了多大的排放变化”这一问题，却无法直接揭示排放变化与港口经济活动（如吞吐量）之间的动态响应关系，缺乏脱钩分析视角，因此无法判断减排成效是否以牺牲经济活动为代价。此外，单一的tapio脱钩模型虽能判定排放与经济增长的脱钩状态，但无法识别脱钩状态形成的内部驱动机制，即无法回答“是能效提升、能源结构优化还是排放因子降低推动了脱钩”这一关键问题。现有的少数将lmdi与脱钩模型组合的研究，也仅仅是两种方法的简单并列，并未建立因素分解结果与脱钩努力之间的定量映射关系，更无法剥离经济规模因素（即吞吐量增长的自然效应）来评估非经济规模因素的“主动”减排贡献。同时，所有现有技术均未能揭示不同排放物，如温室气体（ghg）、氮氧化物（nox）、细颗粒物（pm2.5）和硫氧化物（sox），在驱动机制上的本质差异，导致实践中难以制定精准的协同减排策略。

3、因此，本发明提供一种更为可靠的港口船舶排放脱钩评估方案。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种港口船舶排放脱钩评估方法、装置及介质，用于解决现有技术中排放因素分解与脱钩评估割裂、难以定量识别非经济因素脱钩贡献以及无法揭示不同排放物差异化驱动机制的问题。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种港口船舶排放脱钩评估方法，方法包括：

4、获取预处理后的船舶港口运行基础数据；所述船舶港口运行基础数据至少包括船舶排放数据、船舶活动数据及港口货物吞吐量数据；

5、采用构建得到的基于lmdi加法分解的五因素分解模型，基于所述船舶港口运行基础数据进行分解操作，得到覆盖多维度效应的船舶排放驱动效应明细结果；

6、基于所述船舶排放驱动效应明细结果执行tapio脱钩测算操作，得到目标脱钩状态判定结果；

7、基于所述目标脱钩状态判定结果反向嵌入lmdi分解因子进行脱钩努力量化，得到剔除规模效应后的总脱钩努力指数与各分项因素贡献占比；

8、根据所述总脱钩努力指数与所述船舶排放驱动效应明细结果进行多维度耦合分析，得到不同排放物的差异化驱动机制与协同减排策略。

9、可选的，所述多维度效应至少包括吞吐量效应、运输强度效应、船舶能效效应、能源结构效应和排放因子效应；

10、当所述船舶港口运行基础数据为船舶排放数据时，所述采用构建得到的基于lmdi加法分解的五因素分解模型，基于所述船舶港口运行基础数据进行分解操作，得到覆盖多维度效应的船舶排放驱动效应明细结果，具体包括：

11、采用构建得到的基于lmdi加法分解的五因素分解模型，将相邻年份间的港口远洋船舶排放总变化量分解为吞吐量效应、运输强度效应、船舶能效效应、能源结构效应和排放因子效应；

12、将港口远洋船舶排放数据分解为五项因素乘积的形式，表示为：

13、；

14、其中，e为港口远洋船舶排放总量，q为港口货物吞吐量，a为船舶到港艘次，w为船舶发动机总能耗，为第类动力设备的能耗，为第类动力设备的排放量，=1,2,3分别表示主机、辅机和锅炉，t表示单位吞吐量对应的船舶活动水平，u表示单位船舶艘次对应的能源消耗水平，表示第类动力设备能耗占总能耗的比例，表示第类动力设备单位能耗对应的排放强度。

15、可选的，相邻年份间排放总变化量的加法分解表示为：

16、；

17、其中，为t-1年至t年港口远洋船舶排放总变化量，和分别为第t和第t-1年的港口远洋船舶排放物排放量，、、、和分别为t-1至t年的吞吐量效应、运输强度效应、船舶能效效应、能源结构效应和排放因子效应。

18、可选的，所述基于所述船舶排放驱动效应明细结果执行tapio脱钩测算操作，得到目标脱钩状态判定结果，具体包括：

19、构建tapio脱钩模型，计算得到脱钩弹性系数；

20、根据所述脱钩弹性系数、排放变化量的正负及吞吐量变化量的正负，判定脱钩状态；所述脱钩弹性系数为相邻年份间排放变化率与吞吐量变化率之比；

21、所述脱钩弹性系数表示为：

22、；

23、其中，表示年至年阶段的脱钩弹性系数；和分别为第t和第t-1年的港口吞吐量；，表示相邻年份吞吐量变化量；

24、根据排放变化量的正负及吞吐量变化量的正负，以及脱钩弹性系数的取值范围，将脱钩状态划分为脱钩、负脱钩和连接三类状态；三类状态中至少包括八种状态。

25、可选的，基于所述目标脱钩状态判定结果反向嵌入lmdi分解因子进行脱钩努力量化，得到剔除规模效应后的总脱钩努力指数与各分项因素贡献占比，具体包括：

26、构建脱钩努力模型，基于所述船舶排放驱动效应明细结果，从排放总变化量中剔除吞吐量效应后得到总脱钩努力量；

27、针对吞吐量效应为正和为负两种情况，分别确定总脱钩努力指数及各非经济规模因素的分项脱钩努力指数；

28、所述总脱钩努力指数表示为：

29、；

30、其中，表示总脱钩努力指数，将所述所述总脱钩努力指数分解为、、和之和，、、和分别为运输强度、船舶能效、能源结构和排放因子的脱钩努力指数。

31、可选的，根据所述总脱钩努力指数与所述船舶排放驱动效应明细结果进行多维度耦合分析，得到不同排放物的差异化驱动机制与协同减排策略之前，还包括：

32、根据所述船舶排放驱动效应明细结果、所述目标脱钩状态判定结果、所述总脱钩努力指数与各分项因素贡献占比构建三层耦合分析框架；

33、基于构建得到的三层耦合分析框架，识别不同排放物的差异化驱动机制，并输出协同减排策略；所述三层耦合分析框架包括lmdi分解层、tapio脱钩判定层以及脱钩努力量化层。

34、可选的，所述船舶排放数据至少包括温室气体、氮氧化物、细颗粒物和硫氧化物四类排放物的排放量；

35、根据所述总脱钩努力指数与所述船舶排放驱动效应明细结果进行多维度耦合分析，得到不同排放物的差异化驱动机制与协同减排策略，具体包括：

36、对于温室气体与氮氧化物，当减排贡献主要来源于运输强度效应与船舶能效效应时，输出以港口运输组织优化、船舶减速计划实施、岸电推广及港口周转效率提升为主的运营管理策略；

37、对于细颗粒物和硫氧化物，当减排贡献主要来源于排放因子效应时，输出以低硫燃油法规执行、排放控制区政策深化及清洁燃料替代为主的技术升级策略。

38、可选的，吞吐量效应、运输强度效应、船舶能效效应、能源结构效应和排放因子效应的计算均采用对数平均权重函数计算得到，分别表示为：

39、；

40、；

41、；

42、；

43、；

44、其中，表示第t年的港口远洋船舶的第i类动力设备排放量；表示第t-1年的港口远洋船舶的第i类动力设备排放量；为对数平均权重函数，当任意一个因素分解结果为正值时，对应的因素对排放增长起促进作用，当为负值时，对应的因素对排放增长起抑制作用；表示第t年单位吞吐量对应的船舶活动水平，表示第t-1年单位吞吐量对应的船舶活动水平，表示第t年单位船舶艘次对应的能源消耗水平，表示第t-1年单位船舶艘次对应的能源消耗水平，表示第t年第类动力设备能耗占总能耗的比例，表示第t-1年第类动力设备能耗占总能耗的比例，表示第t年第类动力设备单位能耗对应的排放强度，表示第t-1年第类动力设备单位能耗对应的排放强度。

45、与现有技术相比，本发明提供的一种港口船舶排放脱钩评估方法，通过获取预处理后的船舶港口运行基础数据；采用构建得到的基于lmdi加法分解的五因素分解模型，基于船舶港口运行基础数据进行分解操作，得到覆盖多维度效应的船舶排放驱动效应明细结果；并对结果执行tapio脱钩测算操作，得到目标脱钩状态判定结果；基于判定结果反向嵌入lmdi分解因子进行脱钩努力量化，得到剔除规模效应后的总脱钩努力指数与各分项因素贡献占比；最后多维度耦合分析，得到不同排放物的差异化驱动机制与协同减排策略。更为具体地，本发明通过上述的技术方案，形成了一个从“数据采集→因素分解→脱钩判定→贡献识别→策略输出”的端到端、可解释的决策支持方法，闭环地解决了现有技术中存在的问题。

46、另外，由于采用了lmdi加法分解技术，使得排放变化能够无残差地分解为五项效应，克服了传统回归方法无法精确量化各因素贡献的局限，分解结果严格满足因素恒等式，确保了分析的科学性和准确性。通过引入tapio脱钩模型，实现了对排放与经济活动响应关系的动态监测，能够动态判定八种脱钩状态，克服了单一lmdi分解无法反映排放与经济活动响应关系的缺陷，实现了对港口绿色发展成效的逐年动态追踪。建了脱钩努力模型，将lmdi分解结果与脱钩分析进行定量耦合，首次实现了对运输强度、船舶能效等非经济规模因素的脱钩贡献进行精准剥离与量化评估。例如，实证分析表明，2021年供应链危机导致港口拥堵时，ghg的脱钩努力指数降至负值（无脱钩努力），而pm2.5的脱钩努力指数仍维持正数（弱脱钩努力），这一量化结果直接揭示了不同措施对外部扰动的鲁棒性差异。通过对比分析ghg/nox与pm2.5/sox的驱动机制，能够明确识别出“运营管理驱动型”与“政策技术驱动型”两种减排路径，为港口管理者制定“运营优化+技术升级”的靶向协同策略提供了科学依据，避免了因“一刀切”政策导致的效率损失和资源浪费。本发明构建的“因素分解→脱钩判定→贡献识别→策略输出”三层耦合分析框架，形成了一个端到端的闭环逻辑，能够直接嵌入港口排放管理决策支持系统，实现对排放状况的动态监测、驱动因素的精准诊断和治理政策的自适应调整。

47、第二方面，本发明提供的一种港口船舶排放脱钩评估装置。装置包括：

48、船舶港口运行基础数据获取模块，用于获取预处理后的船舶港口运行基础数据；所述船舶港口运行基础数据至少包括船舶排放数据、船舶活动数据及港口货物吞吐量数据；

49、lmdi加法分解模块，用于采用构建得到的基于lmdi加法分解的五因素分解模型，基于所述船舶港口运行基础数据进行分解操作，得到覆盖多维度效应的船舶排放驱动效应明细结果；

50、目标脱钩状态判定模块，用于基于所述船舶排放驱动效应明细结果执行tapio脱钩测算操作，得到目标脱钩状态判定结果；

51、脱钩努力量化模块，用于基于所述目标脱钩状态判定结果反向嵌入lmdi分解因子进行脱钩努力量化，得到剔除规模效应后的总脱钩努力指数与各分项因素贡献占比；

52、协同减排策略确定模块，用于根据所述总脱钩努力指数与所述船舶排放驱动效应明细结果进行多维度耦合分析，得到不同排放物的差异化驱动机制与协同减排策略。

53、第三方面，本发明提供的一种计算机存储介质，计算机存储介质中存储有指令，当所述指令被处理器运行时，实现前述港口船舶排放脱钩评估方法。

54、第二方面提供的装置类方案以及第三方面提供的介质类方案实现的技术效果与第一方面提供的方法类方案相同，此处不再赘述。