本发明属于vocs监测，涉及一种可挥发性化学品运输过程vocs排放实时计算方法。
背景技术：
1、vocs(可挥发性有机物)分为非甲烷碳氢化合物(简称nmhcs)、含氧有机化合物、卤代烃、含氮有机化合物、含硫有机化合物等几大类。vocs参与大气环境中臭氧和二次气溶胶的形成，其对区域性大气臭氧污染、pm2.5污染具有重要的影响。大多数vocs具有令人不适的特殊气味，并具有毒性、刺激性、致畸性和致癌作用，特别是苯、甲苯及甲醛等对人体健康会造成很大的伤害。vocs是导致城市灰霾和光化学烟雾的重要前体物，主要来源于煤化工、石油化工、燃料涂料制造、溶剂制造、使用、运输等过程。
2、煤化工、石油化工、燃料涂料制造、溶剂等可挥发性化学产品(volatile chemicalproduct,vcp)的装卸、运输过程是vocs泄露的重要组成部分，对其进行精确计算和测算具有重要意义。现有技术对装卸、运输过程的泄露测算仍然较为简单，排放因子、系数主要依靠以往累积的试验数据和国内外研究获得，排放成分谱也主要以往累积的试验数据和国内外研究获得且测定的vcp种类有限，活动强度主要依靠调研和经验获得，导致最终的计算结果的不确定性大、时间分辨率低、vocs物质种类不全面或不正确。
3、因此，研究一种准确、高效可挥发性化学品运输过程vocs排放实时计算方法，以解决现有技术存在的问题，具有十分重要的意义。
技术实现思路
1、本发明的目的是解决现有技术中存在的问题，提供一种可挥发性化学品运输过程vocs排放实时计算方法。
2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
3、可挥发性化学品运输过程vocs排放实时计算方法，包含以下步骤：
4、(1)建立计算基础数据库，获得地理围栏数据库以及不同车辆车型、排放标准、燃料类型的vcp运输车的vocs排放因子模型、尾气排放vocs成分谱数据、vocs的理化特性数据、车辆储罐内vcp成分谱数据、泄露排放vocs成分谱数据；
5、尾气排放vocs成分谱数据为通过测量得到的vcp运输车排放的尾气中各种vocs在vcp运输车排放的尾气中所有的vocs中的占比；
6、为了计算不同维度、来源的各种vocs排放量、泄漏量，需要知道其基本的理化特性，vocs的理化特性数据包括vocs的cas编号、在车辆储罐内的饱和蒸汽压、分子量；
7、车辆储罐内vcp成分谱数据为车辆储罐内各vcp在车辆储罐内所有的vcp中的占比；
8、泄露排放vocs成分谱数据为通过测量或计算得到的vcp运输车排放的泄露气中各种vocs在vcp运输车排放的泄露气中所有的vocs中的占比；
9、(2)获得区域内vcp运输车的车辆基础信息、车辆运行信息、车辆实时经纬度数据、车辆运单信息、车辆储罐所在的环境温度；
10、(3)根据车辆运单信息对每一辆vcp运输车的运行轨迹进行分析，获得其运输某种vcp的轨迹、装货点、卸货点；
11、(4)以标记的运行数据为基础，对每一辆vcp运输车在不同阶段的每一种vocs的总排放量进行计算，公式如下：
12、
13、式中：
14、代表cas编号为n的vocs在第j最小运动片段中的总排放量，单位为g，最小运动片段即远程在线监控数据中连续的两个数据点间的路程，远程在线监控数据即监控终端获得的并通过无线网络发送的车辆定位数据；
15、代表由于尾气排放导致的cas编号为n的vocs在第j最小运动片段中的总排放量，单位为g；当cas编号为n的vocs在尾气排放vocs成分谱数据中没有对应的数据时，反之，则其中：
16、代表vcp运输车在第j最小运动片段中排放的尾气中所有的vocs的量，单位为g；其中：
17、代表vcp运输车的总vocs排放因子，单位为g/km；
18、dj代表vcp运输车在第j最小运动片段内的行驶里程，单位为km；dj＝(tj-tj-1)vevj/3600；(tj-tj-1)代表第j最小运动片段与第j-1最小运动片段的时间间隔，单位为s；vevj代表vcp运输车在第j最小运动片段的车速，单位为km/h；
19、代表cas编号为n的vocs在尾气排放vocs成分谱数据中对应的数据，单位为％；
20、代表由于泄露排放导致的cas编号为n的vocs在第j最小运动片段中的总排放量，单位为g；当cas编号为n的vocs在泄露排放vocs成分谱数据中没有对应的数据时，反之，则其中：
21、代表cas编号为n的vocs在泄露排放vocs成分谱数据中对应的数据，单位为％；
22、代表vcp运输车在第j最小运动片段中排放的泄露气中所有的vocs的量，单位为g；当处于运输状态时，当处于装载、卸载状态时其中：
23、代表vcp运输车在所有的最小运动片段中运输排放的泄露气中所有的vocs的量，单位为g；；代表系数，取值为0.02683，单位为g/(pa·m3)；vevl代表vcp运输车的车辆储罐体积，单位为m3；gdvl代表统计期内物料装载量，单位为m3，由运单信息获得；vepv代表vcp运输车的车辆储罐压力阈值，单位为pa；s1代表装载完成后的蒸汽饱和度，取值为0；s2代表卸载开始前的蒸汽饱和度，取值为1；代表装载、卸载排放的泄露气中所有的vocs在车辆储罐内的加权饱和蒸汽压，单位为pa；phcasn代表cas编号为n的vocs在车辆储罐内的饱和蒸汽压，单位为pa；代表cas编号为n的vocs在车辆储罐内vcp成分谱数据中对应的数据，单位为％；
24、nfull代表整个运载full阶段的数据点数量；
25、代表vcp运输车在所有的最小运动片段中装载、卸载排放的泄露气中所有的vocs的量，单位为g；代表装载、卸载排放的泄露气中所有的vocs的平均分子量，单位为g/mol；r代表理想气体常数，其值为8.314焦耳/(摩尔·开氏度)；vet代表车辆储罐所在的环境温度(通过网络api接口查询专业网站获得)，单位为℃；ktfix代表温度修正系数(通过实验结果统计获得)，相邻两个整点之间的时间点对应的温度修正系数保持不变，同所述相邻两个整点中较小的整点对应的温度修正系数，各整点对应的温度修正系数见下表：
26、ktfix＝-0.04·(j·10-6)2+0.4129·j·10-6+0.9941；
27、式中，j代表总太阳辐射度(down,j/m2，计算时无需带入单位)，即过去10年该地点所在地理网格、时间段的平均值，过去10年某网格、时间的总太阳辐射度可以从历史资料中再分析获得https://terra.nasa.gov/data；
28、ndock代表整个装卸货dock阶段的数据点数量。
29、获得高时空和物种分辨率的vocs排放是区域排放精准管控的基础，目前已有计算方法主要有：实测法、公式法、物料平衡法、系数法，主要有几个大问题：各类方法获得的排放量，结果只能知道总的vocs排放，无法知道vocs内分物种的排放，未考虑装卸运输过程的车辆尾气排放，无法知晓排放的时间地点；实测法的主要问题是效率和实时性太低，无法对区域内所有的vcp的装卸、运输过程进行测算；物料平衡法、系数法精细化程度太低，不适用于运输、装卸货过程的vocs泄露计算；公式法对运输过程的vocs排放，未考虑温度变化的影响，计算精度较低；化学品泄露的成分谱，目前vocs成分谱主要依赖实测，但是实际的vcp货物种类是海量的，不可能对每一种货物排放成分谱进行测量，所以现有的成分谱有一定的局限性；
30、本发明利用单号中的产品un号获得运输的产品信息，然后根据产品中各vcp组成，根据各种vcp的组成和饱和蒸汽计算获得各种vcp货物的成分谱；本发明利用远程监控定位数据就能够明确每一次装卸货物和运输过程(泄露排放和尾气排放)逐时逐地的vocs排放情况，在获得总的vocs排放后，再结合成分谱数据，就可以获得逐时逐地的分组分vocs排放情况；
31、本发明采用公式计算每一辆vcp运输车在不同阶段的每一种vocs的总排放量，现有技术只有尾气排放，或者只有泄露排放，现有技术只有一个油罐车的年vocs排放情况，没有实时的、包含地理信息的排放情况，本发明有效弥补了现有技术的不足；
32、本发明采用公式计算vcp运输车在所有的最小运动片段中运输排放的泄露气中所有的vocs的量，现有技术的实测法的主要问题是效率和实时性太低，无法对区域内所有的vcp的装卸过程进行测算，现有技术未公开过用于计算运输过程的vocs排放的公式，本发明有效弥补了现有技术的不足；
33、本发明采用公式计算vcp运输车在所有的最小运动片段中装载、卸载排放的泄露气中所有的vocs的量，该公式是由现有技术的公式改造而来的，由于罐内温度不一定能够获得，本发明通过环境温度结合温度修正来近似，表面总蒸汽压压由各物质的蒸汽压乘以其混合占比近似；现有技术的公式如下：
34、
35、作为优选的技术方案：
36、如上所述的可挥发性化学品运输过程vocs排放实时计算方法，步骤(1)中，地理围栏的形式包括行政区划、道路、重点企业、网格、重点区域；
37、当围栏为行政区划时编码为19位：“地理围栏类型1位，市3位，县3位，街道3位(2019年中华人民共和国行政区划代码)，9个0占位”，例如编码“1,310110021,0000000000”代表上海杨浦区长海路街道；
38、当围栏为道路时编码为19位：“地理围栏类型1位，道路编码10位(gb/t 2260)，8个零占位”，例如编码“2,x105320125,000000000”，其中道路编码由字母和数字共10位构成，如“x105320125”，其中，“x”反映县道的性质，“105”反映线路的类型、方向和顺序，“320125”为线路所在县(市、区)的行政代码(以国家统计局发布的2013年江苏省行政区划代码为准)；
39、当围栏为重点企业时编码为19位：“地理围栏类型1位，统一社会信用代码18位”，例如编码391310113133400526b代表上海宝钢工业有限公司；
40、当围栏为网格时编码为19位：“地理围栏类型1位，8"网络编码18位(gb/t 40087-2021)”，其中，8"网络编码为250m经度的地理编码，这一级编码有18位，18位为一个边长为250m的正方形的地理编码位数；
41、当围栏位为重点区域时编码为19位：“地理围栏类型1位，市3位，县3位，街道3位(2019年中华人民共和国行政区划代码)，自定义编码9位”，例如编码“4,310110021,3348000000”代表上海杨浦区长海路街道某工地；
42、为了简化后续运行数据点位置所在地理的判别计算量，计算电子围栏的中心点，并按照16位32“网格编码”《gb/t 40087-2021》进行编码，得到的编码为前述编码的索引，方便匹配计算。
43、如上所述的可挥发性化学品运输过程vocs排放实时计算方法，步骤(1)中，vocs排放因子模型的表达式如下：
44、
45、式中：
46、代表vcp运输车的总vocs排放因子，单位为g/km；
47、vev代表vcp运输车的车速，单位为km/h；
48、代表vcp运输车的加速度，单位为km/(h·s)；
49、代表系数，其值是通过拟合得到的。
50、本发明通过对不同车辆车型、排放标准、燃料类型的vcp运输车开展排放实测实验或现有实验结果(可以通过pems法、台架法获得)，获得不同车速下不同车型尾气的总vocs排放水平(气相、液项、颗粒项)，通过拟合的方法获得不同车型的排放模型，最终得到了车辆车型x、排放标准y、燃料类型z的vcp运输车的vocs排放因子模型，即
51、有关vcp运输车的vocs排放因子模型，《道路机动车排放清单编制技术指南(试行)》只有一个固定的系数，行驶里程乘排放系数，精度较差；moves方法，基于vsp工况划分后统计各工况的平均排放系数，使用时根据车辆运行的vsp进行查找匹配对于的排放系数，该方法计算量较大且连续性较差，不适合实时海量数据的计算；也有学者提出使用排放关于速度的一元、二元方程进行建模，该方法未考虑加速度，无法反应剧烈变速工况的排放；本发明首次提出了公式用二元多次方程来解决上述问题。
52、如上所述的可挥发性化学品运输过程vocs排放实时计算方法，步骤(2)中，车辆基础信息包括车辆车牌号、车辆车型、车辆排放标准、车辆所属企业、车辆所属行业、车辆储罐体积、车辆储罐压力阈值；
53、车辆运行信息包括车辆车牌号、数据发送时间、车辆排放标准、车辆所属企业、车辆所属行业、车辆实时经纬度数据、车数数据；
54、车辆运单信息包括车辆车牌号、运单号、运单开始时间、运单起始地址、运单结束时间、运单起始地址、发货企业、收货企业、承运企业、运输产品名称、运输产品联合国号(用于调取货物详细组分和理化特性，计算蒸发泄漏量)、运输产品体积(用于计算vcp运输车的满载率)。
55、如上所述的可挥发性化学品运输过程vocs排放实时计算方法，步骤(3)具体如下：
56、(a)读取第i张已经开始的运单，获取车辆牌照、运单i开始时间、装货地址、卸货地址、运输挥发性有机产品物质、运输货物量、车辆车型、排放标准；
57、(b)根据运单i的车辆牌照，以及运单开始时间、结束时间及其当前时间，调取车辆运行的运行数据；
58、(c)运单i已结束的，选取区间[t0,te]内各个时间点的经度、纬度、速度，运单未结束的选取当前时间的运行监控数据区间[t0,tx]内各个时间点的经度、纬度、速度，其中，t0为开始时间，te为结束时间，tx为开始到结束间的某一时刻；
59、(d)判别车辆在各个时间点的状态，状态包括空载empty、装卸货dock、运载full；
60、(e)根据车牌信息获得车辆排放标准、车型、所属企业、所属行业情况，将数据与当前车辆运行监控数据关联；
61、(f)据时间、车辆运行经纬度将车辆运行数据的经纬度数据按照地球空间网格编码规则变成16位的地理编码geof_c_code，按照geof_c_code查询车辆位置所属的街镇地理编码，按照此编码和时间查询获得当前车辆实时环境温度te，将数据与当前车辆运行监控数据关联；
62、(g)判断其所在的街镇、道路、企业、重点区域的geof_code，并将geof_code与运行监控数据关联；
63、(h)根据标记结果、挥发性有机产品名称gd_um、运输量gd_vl，将数据与当前车辆运行监控数据关联；
64、(i)数据标记、关联结束。
65、由于vcp在不同运输阶段的计算方法不同，所以要获得车辆所处的运行阶段，现有的技术都是仅仅依赖车辆的经纬度路径数据和发动机监控数据实现的，通过车速、发动机工况特征来判别车辆处于城市道路、高速公路或者是停车场等地点，无法识别车辆的装货、卸货状态，也有通过获得车辆的载重来识别载货或卸货，或视频加人工智能方式来获得车辆时候处于载货或卸货状态，但是需要在车辆上额外安装视频或载重传感器；本发明首先利用所有vcp运输车辆均配备的北斗定位监控数据，判别车辆的停止点，然后将停止点与vcp运输车辆运单信息上的装卸货地址进行比对便能对车辆的空载、装货、运输、卸货等各个阶段进行标记。
66、如上所述的可挥发性化学品运输过程vocs排放实时计算方法，步骤(d)具体如下：
67、(d1)当车辆状态为静止且位置与装货地址对应经纬度距离<50m时，记录下装货开始时间tl1，如果未能找到tl1，则将车辆在区间[t0,tx]内各个时间点的状态标记为empty；反之，则进入下一步；
68、(d2)当车辆状态为运行且位置与装货地址对应经纬度距离<50m时，发生在装货时间后，记录下装货结束时间tl2，如果未能找到tl2，则将车辆在区间[t0,tl1]内各个时间点的状态标记为empty，同时将车辆在区间(tl1,tx]内各个时间点的状态标记为dock；反之，则进入下一步；
69、(d3)当车辆状态为静止且位置与卸货地址对应经纬度距离<50m时，记录下卸货开始时间tnl1，如果未能找到tnl1，则将车辆在区间[t0,tl1]内各个时间点的状态标记为empty，同时将车辆在区间(tl1,tl2]内各个时间点的状态标记为load，同时将车辆在区间(tl2,tx]内各个时间点的状态标记为full；反之，则进入下一步；
70、(d4)当车辆状态为运行且位置与卸货地址对应经纬度距离<50m时，发生在卸货时间后，记录下卸货结束时间tnl2，如果未能找到tnl2，则将车辆在区间[t0,tl1]内各个时间点的状态标记为empty，同时将车辆在区间(tl1,tl2]内各个时间点的状态标记为load，同时将车辆在区间(tl2,tnl1]内各个时间点的状态标记为full，同时将车辆在区间(tnl1,tx]内各个时间点的状态标记为dock；反之，则将车辆在区间[t0,tl1]内各个时间点的状态标记为empty，同时将车辆在区间(tl1,tl2]内各个时间点的状态标记为load，同时将车辆在区间(tl2,tnl1]内各个时间点的状态标记为full，同时将车辆在区间(tnl1,tnl2]内各个时间点的状态标记为unload，同时将车辆在区间(tnl2,tx]内各个时间点的状态标记为empty。
71、如上所述的可挥发性化学品运输过程vocs排放实时计算方法，步骤(g)具体如下：
72、(g1)读取一个电子围栏的各个边界点，按照求取经度平均值avg(lon)、纬度平均值avg(lat)的方式求取其边界点的中心点geof_c_code；
73、(g2)按照地球空间网格编码规则中的16位32"网格编码，将上一步获得的中心点geof_c_code作为该电子围栏的索引入库；
74、(g3)读取车辆实时运行数据的经纬度，将该点的经纬度按照地球空间网格编码规则中的16位32"网格编码，将此编码在上述电子围栏索引库中搜索，找到所有索引为这个编码的电子围栏；
75、(g4)使用射线法判断车辆实时经纬度是否在找到的这些电子围栏中，如果是则将该电子围栏与该点关联；射线法，就是从该车辆实时经纬度点开始，向右或向左的水平方向作一射线，计算该射线与多边形每条边的交点个数，如果交点个数为奇数，则点位于多边形内，偶数则在多边形外；
76、(g5)区域入库。
77、如上所述的可挥发性化学品运输过程vocs排放实时计算方法，步骤(4)中，cas编号为n的vocs在车辆储罐内的饱和蒸汽压phcasn的表达式如下：
78、
79、式中：
80、ρ代表系数，取值为133.3，单位为pa；
81、代表cas编号为n的vocs在饱和蒸汽压方程(antoine方程)中的系数a，由查找数据库获得；
82、代表cas编号为n的vocs在饱和蒸汽压方程(antoine方程)中的系数b，由查找数据库获得；
83、代表cas编号为n的vocs在饱和蒸汽压方程(antoine方程)中的系数c，由查找数据库获得；
84、上文提及的数据库即“the antoine equation for vapor-pressure data”(https://pubs.acs.org/doi/10.1021/cr60119a001)；
85、ktfix代表温度修正系数；
86、vet代表车辆储罐所在的环境温度，单位为℃。
87、本发明的公式由antoine方程改造而来，由于罐内温度不一定能够获得，本发明通过环境温度结合温度修正来近似，温度修正系数与时间相关，白天系数高，夜晚为1。
88、如上所述的可挥发性化学品运输过程vocs排放实时计算方法，步骤(4)中，cas编号为n的vocs在泄露排放vocs成分谱数据中对应的数据的计算公式如下：
89、
90、式中：
91、phcasn代表cas编号为n的vocs在车辆储罐内的饱和蒸汽压，单位为pa；
92、r代表vocs种类数量；
93、代表cas编号为n的vocs在车辆储罐内vcp成分谱数据中对应的数据，单位为％。
94、cas编号为n的vocs在泄露排放vocs成分谱数据中对应的数据等于其表面的分压力占所有混合物的表面的分压力之和，某种物质的表面分压力为其饱和蒸汽压phcasn与其在挥发性混合化学品中的占比，实际实施过程中可以事先将不同温度下都计算好，使用时直接调用；由于常规的vcp产品泄露谱通过实验无法穷尽，本发明采用公式近似，蒸汽压大、混合比例越大的物质泄露成分谱中越大，反之越小。
95、本发明中所有的符号及其含义见下表：
96、
97、
98、有益效果
99、本发明的方法，利用单号中的产品un号获得运输的产品信息，然后根据产品中各vcp组成，根据各种vcp的组成和饱和蒸汽计算获得各种vcp货物的成分谱；
100、本发明的方法，利用远程监控定位数据就能够明确每一次装卸货物和运输过程(泄露排放和尾气排放)逐时逐地的vocs排放情况，在获得总的vocs排放后，再结合成分谱数据，就可以获得逐时逐地的分组分vocs排放情况。