一种机动车行驶碳排放的预测方法、电子设备及存储介质与流程

本发明属于碳排放核算，具体涉及一种机动车行驶碳排放的预测方法、电子设备及存储介质。

背景技术：

1、化石能源使用导致的气候变化和全球变暖已成为一个紧迫的话题，运输行业一直是降低化石能源使用和相关温室气体排放的关键部门之一。基于多源数据的交通运输能耗、温室气体和大气污染物排放监测与评估技术研发为交通运输行业科技创新中长期重点研究方向之一。机动车行驶过程中产生的温室其他排放是交通运输行业温室气体和大气污染物排放的主要来源。因此，准确核算机动车行驶过程中的温室气体排放是实现低碳运输的关键。

2、专利申请号为cn202210810636.7、专利名称为一种机动车碳排放监测方法及系统，通过获取机动车的车辆工况信息、尾气监测信息及采样时间；根据每一个采样时间对应的车辆工况信息计算比功率，并根据比功率和车辆类型在比功率分区表查找到比功率分区，获取采样时间的气态物排放量分担率；统计相同比功率分区所对应的采样信息条数，将比功率分区、采样信息条数、采样时间以及气态物排放量分担率组成比功率数据矩阵；以采样时间为标识符，及对应的比功率分区作为矩阵聚类条件，将每一个比功率分区对应的尾气监测信息和车辆工况信息，得到尾气排放关联矩阵；根据比功率数据矩阵和尾气排放关联矩阵，计算得到所有采样时间内的机动车碳排放总量。

3、尽管现有计算方法依托大规模轨迹数据测算车辆行驶过程中产生的碳排放，但是现有研究主要是依托车辆行驶速度、加速度这两类车辆参数与碳排放之间建立模型关系，没有考虑其他影响要素。其次，现有方法主要依靠当前的车辆运行信息计算碳排放，在隧道、强磁场等可能对gps信号产生强干扰的地区，gps数据传输错误导致的数据失真问题并没有克服，导致计算产生误差。

技术实现思路

1、本发明要解决的问题是提高机动车行驶碳排放的预测的精度，提出一种机动车行驶碳排放的预测方法、电子设备及存储介质。

2、为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

3、一种机动车行驶碳排放的预测方法，包括如下步骤：

4、s1、建立机动车行驶状态数据集合；

5、s2、在测试车辆安装监测设备采集机动车行驶碳排放数据，然后基于步骤s1获得的机动车行驶状态数据集合建立机动车行驶状态与机动车行驶碳排放数据映射关系数据集合；

6、s3、对步骤s2获得的机动车行驶状态与机动车行驶碳排放量映射关系数据集合中的自变量进行机动车行驶碳排放量贡献度排序，选定构建碳排放模型的机动车行驶状态与机动车行驶碳排放量映射关系数据集合中的自变量；

7、s4、基于步骤s3选定的机动车行驶状态与机动车行驶碳排放量映射关系数据集合中的自变量，构建碳排放模型；

8、s5、对步骤s4构建的碳排放模型计算的预测值与实测值进行计算结果的校验，重复步骤s3至s5，直至误差范围在允许的范围内。

9、进一步的，行驶状态数据集合中的数据包括车辆自身携带装备记录的数据和通过匹配获得的道路数据、气象数据，步骤s1的具体实现方法包括如下步骤：

10、s1.1、采集车辆自身携带装备记录的数据，包括车载gps数据、车载自动诊断系统obd记录的数据；

11、所述车载gps数据包括车牌、时间戳、采样时的经纬度、定位质量指示、使用卫星数量、信号强度、水平精确度，海拔高度、瞬时速度、报警标志位、方向夹角、当前信息扩展信号位；

12、所述车载自动诊断系统obd记录的数据包括温度数据、位置数据、状态数据、流量和浓度数据：所述温度数据包括水温、发动机油/变速箱油的油温、进气温度；位置数据包括节气门位置数据、油门踏板位置数据、风门电机位置数据、油浮子位置数据；所述状态数据包括电磁阀开关状态、压缩机开关状态、节温器开关状态、电子扇开关状态、刹车灯开关状态、档位开关位置；所述流量和浓度数据包括进气流量、喷油量、氧传感器数据；

13、s1.2、采集通过匹配获得的道路数据、气象数据；

14、所述道路数据依据车载gps数据的每个时间戳记录的车辆位置经纬度匹配道路数据库，从而获得车辆行驶过程中每个时间戳对应的道路数据，主要包括道路类型、道路坡度、道路线形、道路限速值、道路状态监测数据；

15、所述气象数据依据车载gps数据的每个时间戳以及车辆位置经纬度匹配气象数据库，从而获得车辆行驶过程中每个时间戳对应的气象数据，主要包括温度、湿度、降水量、风向；

16、s1.3、将步骤s1.1、步骤s1.2采集到的数据建立机动车行驶状态数据集合。

17、进一步的，步骤s2的具体实现方法包括如下步骤：

18、s2.1、在测试车辆安装车载尾气监测设备pems记录车辆在不同行驶状态下的碳排放数据，采用道路实测方法对测试车辆进行数据采集，对测试车辆的数据采集时间间隔与测试车辆的车载gps数据的采样间隔保持一致，获得测试车辆行驶数据对应的碳排放数据；

19、s2.2、建立不同车辆类型、能源类型、排量的测试车辆的车辆运行工况，包括速度、扭矩、加速度、道路类型、坡度、海拔高度、发动机油的油温、变速箱油的油温、进气温度、油门踏板信息、风门电机位置信息、油浮子位置信息、压缩机开关状态、节温器开关状态、电子扇开关状态、刹车灯开关状态、档位开关位置、进气流量、喷油量、氧传感器数据；

20、s2.3、根据步骤s2.2建立的车辆运行工况，采集不同车辆类型、能源类型、排量的测试车辆的行驶数据对应的碳排放数据，以车辆运行工况自变量、机动车行驶状态数据集合中的自变量为自变量 x i，  i为车辆运行工况自变量、机动车行驶状态数据集合中的自变量中的任意一个，以碳排放数据作为因变量y，构建机动车行驶状态与机动车行驶碳排放量映射关系数据集合。

21、进一步的，步骤s3的具体实现方法包括如下步骤：

22、s3.1、对步骤s2得到的自变量 x i，进行机动车行驶碳排放量贡献度计算，所述机动车行驶碳排放量贡献度依据方差计算，计算公式为：

23、

24、其中，是自变量的方差，是自变量的均值，是自变量的总量， i是中的任意一个；

25、s3.2、当步骤s3.1计算的自变量的方差具有集聚现象时，进行自变量对分析结果的决定幂的计算，计算公式如下：

26、

27、其中，是自变量对分析结果的决定幂，为分组 j的分区方差，各分区依据步骤s3.1的计算公式获得；是自变量在整个空间区域内的整体方差，由步骤s3.1的计算公式获得，为分区数量；

28、s3.3、根据步骤s3.2计算得到的，选择（ cx1, cx2, cx3… cxn）中的最大值对应的自变量为贡献度最高的自变量或者同时选择贡献度排名前列的自变量为贡献度最高的自变量，作为构建碳排放模型的机动车行驶状态与机动车行驶碳排放量映射关系数据集合中的自变量。

29、进一步的，步骤s4的具体实现方法包括如下步骤：

30、s4.1、根据步骤s3得到的构建碳排放模型的机动车行驶状态与机动车行驶碳排放量映射关系数据集合中的自变量，利用数理统计中的回归分析方法确定碳排放总体模型，表达式为：

31、

32、其中，为随采样时间 t变化的碳排放，为影响系数，为在时间 ｔ时的随机误差；

33、s4.2、步骤s4.1得到的碳排放总体模型基于外部因素的影响及自身车辆的影响，对每一个自变量增加自回归阶数进行进一步改进，表达式为：

34、

35、其中，为模型的自回归系数，为随采样时间 t-k变化的碳排放，为移动平均系数，为移动平均系数对应的随机误差项；

36、s4.3、对步骤s4.1的表达式、步骤s4.2的表达式，进一步考虑将由线性状态转变为空间位置上的权重矩阵，并引入时空延迟算子，延迟算子用于表示某一时间、空间或时空位置上的值受到邻近时间、空间或时空位置值的影响程度，得到表达式为：

37、

38、其中，用于表征第 c个自相关项的空间阶数，为在时间滞后 c和空间滞后 l上的自回归参数，为在空间位置 l处的权重矩阵；

39、s4.4、将步骤s4.3得到的表达式，进一步增加入移动平均阶数b，用于以过去的残差项提升拟合效率，得到碳排放模型的表达式为：

40、

41、其中，表示第 c个移动平均项的空间阶数，表示在时间滞后和空间滞后 l上的移动平均参数。

42、进一步的，步骤s5利用平均绝对百分比误差公式计算碳排放模型分析结果与真实值间的差异，计算公式为

43、

44、其中，为基于碳排放模型计算的碳排放，为实测碳排放， n 为测试样本总量。

45、电子设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，所述的处理器执行所述计算机程序时实现所述的一种机动车行驶碳排放的预测方法的步骤。

46、计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的一种机动车行驶碳排放的预测方法。

47、本发明的有益效果：

48、本发明所述的一种机动车行驶碳排放的预测方法，提出一种基于多源数据融合的机动车碳排放核算方法改进现有技术。首先，该方法相比现有研究，增加了三类数据辅助计算，尤其增加了车载自动诊断系统obd（on board diagnostics）数据，更能体现车辆发动机扭矩，油门踏板等多种属性信息，另外，依托轨迹数据的时间戳和位置经纬度匹配道路数据和环境数据。其次，构建因子与碳排放之间的关系模型不仅考虑当前预测变量的时间序列，同时考虑邻接自变量的时间序列，具体的讲，为了避免隧道、强磁场等对gps信号产生强干扰导致车辆运行数据传输发生错误，利用前一阶段的数据辅助计算修正误差值，具体作法为相比传统模型增加自回归阶数和移动平均阶数，从而解决当前轨迹数据采样误差导致的计算不准确问题。

49、本发明所述的一种机动车行驶碳排放的预测方法，克服现有技术方法简化对车辆运行状态的描述，仅将速度、加速度这两类车辆参数作为输入参数从而导致计算准确性有限的问题。在融合多源数据增加自变量以及利用车辆前一阶段的数据辅助计算修正误差的方法，有效提升了计算的准确性，相比速度、加速度两类车辆参数的模型平均绝对百分比误差提升2%-11%，尤其对货运车辆的计算准确性提升显著。

50、本发明所述的一种机动车行驶碳排放的预测方法，碳排放模型结算发现，出于对计算准确性、计算效率的综合需求，各类型车辆计算碳排放的自变量选择具有显著差异性。自变量中加入道路类型这一自变量对于计算碳排放对于提升计算准确性非常重要；对于2.0l及2.0l以下的小汽车，自变量选择速度、加速度即可以获得理想的计算效果，增加额外的自变量对于计算准确性并无明显效果，并且随着自变量数量的增加会降低计算效率浪费计算资源；15-18t大型客车建议增加一项自变量提升计算准确性；14t以上货车则应当采用与小汽车不同的自变量提升计算准确性，传统方案的误差可能达到200%以上。