适合于GIS-LCA的清单计算及环境评估方法和系统

适合于gis-lca的清单计算及环境评估方法和系统
技术领域
1.本发明涉及lca(life cycle assessment，生命周期评估)、gis-lca(地理信息系统-生命周期分析评估)、区域化lca应用领域，具体涉及一种适合于gis-lca的清单计算及环境评估方法和系统。


背景技术：

2.生命周期评价可追溯到20世纪60年代的环境概况分析，国际标准化组织对其的定义为“一种评价产品从原材料，到生产、运输、使用及最终处置阶段的环境影响的工具”，根据环境影响类别或生产阶段的子集来评估产品，其目的在于进行某一产品或服务的生命周期评价时，比较和识别该生命周期中可做出最大改进优化的部分。
3.按iso14040的定义，生命周期评价是用于评价与某一产品或服务相关的环境因素和潜在环境影响的方法，它是通过编制某一系统相关投入与产出的存量记录，评估与这些投入、产出有关的潜在环境影响，根据生命周期评价研究的目标解释存量记录和环境影响的分析结果来进行的。生命周期评价提供一个严格的框架，包括目标和范围定义、清单分析、影响评价和结果解释4部分。其中，清单分析是生命周期评价的核心环节，通过汇编数据以量化规定系统中每个过程的资源使用和排放。
4.现有的lca全生命周期清单(lci)计算方法主要以矩阵阵营为主，随着区域化lca的提出，区域化lca的清单计算方法也跟着提出，但是不管是传统lca的清单计算方法还是区域化lca的清单计算方法，都不能满足gis-lca的清单计算，更不能满足gis-lca精确性的特点。


技术实现要素：

5.针对上述问题，本发明的目的是提供一种适用于gis-lca的清单计算及环境评估方法和系统，以克服传统lca及区域化lca的清单计算方法不能满足gis-lca的情况。
6.为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
7.第一方面，本发明提供一种适用于gis-lca的清单计算及环境评估方法，包括以下步骤：
8.基于目标产品的过程数据，获取位置空间集合s；
9.针对位置空间集合s，构造其技术领域矩阵a和环境干预矩阵b，并计算得到基于位置空间集合s的清单g；
10.将位置空间集合s转化为位置空间矩阵l，对得到的清单g进行转换，得到适合于gis-lca的清单d；
11.将得到的适合于gis-lca的清单d作为目标产品的背景数据，利用gis-lca对目标产品进行环境评估。
12.进一步，所述针对位置空间集合s，构造其技术领域矩阵a和环境干预矩阵b，并计算得到基于位置空间集合s的清单g，包括：
13.针对位置空间集合s，构造其技术领域矩阵a和需求向量f，并计算得到供应向量s；
14.针对位置空间集合s，构造其环境干预矩阵b；
15.基于供应向量s和环境干预矩阵b，计算得到基于位置空间集合s的清单g。
16.进一步，所述针对位置空间集合s，构造其技术领域矩阵a和需求向量f，并计算得到供应向量s，包括：
17.针对位置空间集合s内的每个空间位置v，构造每个空间位置v的技术领域子矩阵a及子需求向量f；
18.对所有空间位置v的技术领域子矩阵a及子需求向量f进行汇总，得到位置空间集合s的技术领域矩阵a和需求向量f；
19.基于技术领域矩阵a和需求向量f，计算得到供应向量s。
20.进一步，所述清单g为：
21.g＝bs＝ba-1
f。
22.进一步，所述将位置空间集合s转化为位置空间矩阵l，对得到的清单g进行转换，得到适合于gis-lca的清单d，包括：
23.将位置空间集合s的空间位置关系，转化为空间位置矩阵l；
24.将基于位置空间集合s的清单g按照位置进行划分，得到与位置相关的矩阵g'；
25.基于空间位置矩阵l和矩阵g'，计算得到适合于gis-lca的清单d。
26.进一步，所述将位置空间集合s的空间位置关系，转化为空间位置矩阵l，包括：
27.基于位置空间集合s内各对象之间的空间位置关系，得到位置关系矩阵；
28.将所述位置关系矩阵，转化为位置空间矩阵l。
29.进一步，所述适合于gis-lca的清单d表示为：
30.d＝lg'
31.其中，l为位置空间矩阵，g'为与位置相关的矩阵。
32.第二方面，本发明提供一种适用于gis-lca的清单计算及环境评估系统，包括：
33.过程数据处理模块，用于基于目标产品的过程数据，获取位置空间集合s；
34.第一清单计算模块，用于针对位置空间集合s，构造其技术领域矩阵a和环境干预矩阵，并计算得到基于位置空间集合s的清单g；
35.第二清单计算模块，用于将位置空间集合s转化为位置空间矩阵l，对得到的清单g进行转换，得到适合于gis-lca的清单d；
36.评估模块，用于将得到的适合于gis-lca的清单d作为目标产品的背景数据，利用gis-lca对目标产品进行环境评估。
37.第三方面，本发明提供一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行所述方法中的任一方法。
38.第四方面，本发明提供一种计算设备，包括：一个或多个处理器、存储器及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行所述方法中的任一方法的指令。
39.本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本发明通过利用gis的空间位置关系，将gis与基于过程数据计算得到的清单相结合，克服了传统lca和区域化lca的清单
(lci)计算方法不适用与gis-lca的情况。该方法同样适用于传统lca的清单(lci)与区域化lca的清单计算情况，适用范围广。
40.因此，本发明可以广泛应用于lca评估领域。
附图说明
41.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：
42.图1为本发明实施例提供的适用于gis-lca的lci计算方法流程示意图。
具体实施方式
43.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
44.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
45.本发明的一些实施例中，提供一种适用于gis-lca的清单计算及环境评估方法，首先从目标产品的过程数据中提取得到位置空间集合，并计算得到基于位置空间集合的清单；然后将位置空间集合转换为空间位置矩阵，进而将基于位置空间集合的清单转换为适合于gis-lca的清单，作为gis-lca的背景数据以便对目标产品进行环境评估。
46.与之相对应地，本发明的另一些实施例中，提供一种适用于gis-lca的清单计算及环境评估系统、设备和存储介质。
47.实施例1
48.如图1所示，本实施例提供一种适用于gis-lca的清单计算及环境评估方法，其包括以下步骤：
49.(1)基于目标产品的过程数据，获取位置空间集合s；
50.(2)针对位置空间集合s，构造其技术领域矩阵a和环境干预矩阵b，并计算得到基于位置空间集合s的清单g；
51.(3)将位置空间集合s转化为位置空间矩阵l，对得到的清单g进行转换，得到适合于gis-lca的清单d；
52.(4)将得到的适合于gis-lca的清单d作为目标产品的背景数据，利用gis-lca对目标产品进行环境评估或者绿色包装。
53.优选地，上述步骤(1)中，目标产品的过程数据，是指一个人类活动(过程)及其与环境和其他人类活动的交换，由一组输入和一组输出组成；也可以称为单元过程(upr)。比如，电力生产过程，其由一系列的燃料/原料等输入数据转化为电及其对应的对环境有影响的排放物(so2等物质)，这是一个过程数据，其发生的位置，在数据收集时就是明确的，其代
70.进一步的，上述步骤(2.1.2)中，技术领域矩阵a由所有空间位置v对应的技术领域子矩阵a构成，且技术领域子矩阵a在技术领域矩阵a中的位置与位置空间集合s的位置对应，即位置关系如下：
[0071][0072]
其中，技术领域矩阵a的维度为(ns*m)x(ns*m)，m为产品或服务的个数，n为过程的个数，s是位置空间集合s的元素个数；vi为空间位置，ai为空间位置vi对应的技术领域子矩阵。由于计算的所有过程是单个产品或者经过分配等处理后的过程(符合假设条件的是)仍是单个参考产品的过程，所以最终的其是方阵。
[0073]
需求向量f由子需求向量f构成，且子需求向量f在需求向量f中的位置与位置空间集合s的位置对应，即位置关系如下：
[0074][0075]
其中，需求向量f的维度为(s*m)，s是位置空间集合s的元素个数，如下表3所示：(表内数据根据实际情况确定)
[0076]
表3需求向量f
[0077]
[0078][0079]
进一步的，上述步骤(2.1.3)中，供应向量s根据技术领域矩阵a和需求向量f得到，其计算公式为：s＝a-1
f。
[0080]
进一步的，上述步骤(2.2)中，环境干预矩阵也称生物圈矩阵，其描述了每个产出单位所释放的排放和资源消耗。生物圈基质中的单位是每一产量的环境干预量(例如，每公斤生产的钢铁排放的公斤氮氧化物)。
[0081]
每个空间位置v的环境干预子矩阵b的维度为(w)*(s*m)，其中，w为与环境交换的个数，m为产品或服务的个数，s为位置空间集合s的个数。具体如下表4所示(表内数据根据实际情况确定)。
[0082]
表4环境干预子矩阵b
[0083] v1-过程1v1-过程2v1-过程3....v1-nox100 v1-sox100 v1-co2100 ...
ꢀꢀꢀꢀ
[0084]
环境干预矩阵b由环境干预子矩阵b构成，子矩阵b在b中的位置与位置空间集合s的位置对应，即位置关系如下：
[0085][0086]
其中，b的维度为(s*w)*(s*m),s为位置空间集合s的元素个数,m为产品或服务的个数，n为与环境交换的数目。如下表5所示。(数据根据实际情况写入)
[0087]
表5环境干预矩阵b
[0088][0089]
进一步的，上述步骤(2.3)中，为了计算所有过程的生命周期中聚集的排放和资源流动，将生物圈矩阵乘以供应向量得到基于位置空间集合的清单g，即
[0090]
g＝bs＝ba-1f[0091]
基于位置空间集合的清单g，如下表6所示(表内数据根据实际情况填入)。
[0092]
表6基于位置空间集合的清单g
[0093] lci值v1-nox1v1-sox1v1-co21... v2-nox0v2-sox0v2-co20
[0094]
其中，清单g的长度为s*w。
[0095]
进一步的，上述步骤(3)，包括以下步骤：
[0096]
(3.1)将位置空间集合s的空间位置关系，转化为位置空间矩阵l；
[0097]
(3.2)将基于位置空间集合s的清单g按照空间位置进行划分，得到与位置相关的矩阵g'；
[0098]
(3.3)基于位置空间矩阵l和矩阵g'，计算得到适合于gis-lca的清单d。
[0099]
进一步的，上述步骤(3.1)，包括以下步骤：
[0100]
(3.1.1)基于位置空间集合s内各对象之间的空间位置关系，得到位置关系矩阵。
[0101]
具体地，将位置空间集合s内的所有对象，分别与其内其他对象的位置关系进行比较，将其位置关系组合成一个矩阵的形式，其维度为s*s，如下所示：
[0102]
[0103]
其中，equal代表v1与v1的关系是相等；within代表v1在v2内部；disjoint代表v1与v3的关系是相离。其中空间位置关系采用ogc标准。
[0104]
(3.1.2)将步骤(3.1.1)得到的位置关系矩阵，转化为位置空间矩阵l。
[0105]
具体地，对于位置关系是equal、contains的位置，将值置为1,其它置为0，转换为空间位置矩阵l，表示为：
[0106][0107]
特殊情况下：两个位置关系如果是overlap(即叠加)，则可以根据叠加面积比例将其按比例进行划分。
[0108]
如：v2与v1相交，v2的面积的50％与v1相交，则第二行由上面变为：
[0109][0110]
进一步的，上述步骤(3.2)中，根据表6，由于清单g可以看做是一个长度为s*w的向量；位置空间集合s可以看做是一个s*s的向量；将基于位置空间集合s的清单g变换为与位置相关的矩阵，也即将s*w的向量，变为s*w的矩阵即可，得到的g'可以表示为：
[0111][0112]
其中，g'的维度为(s*w)，s为位置空间集合的元素个数，w为交换到空间的数目。
[0113]
例如：假设清单g的向量实际是这样子的：
[0114]
[青岛-nox的值
[0115]
青岛-co2的值
[0116]
....
[0117]
山东-nox的值
[0118]
山东-co2的值
[0119]
....],
[0120]
位置空间集合s实际为：
[0121]
青岛山东
[0122]
青岛[10
[0123]
山东11]
[0124]
则g'变成：
[0125]
[青岛-nox的值青岛-co2的值,
[0126]
山东-nox的值山东-co2的值。]
[0127]
进一步的，上述步骤(3.3)中，得到的适合于gis-lca的清单d表示为：
[0128]
d＝lg'
[0129]
其中，l为位置关系矩阵，g'为上面求出的位置相关的矩阵。
[0130]
需要说明的是，gis-lca不同于传统的lca和区域化lca，其比传统的lca考虑了地理位置，相比于区域化lca虽然都考虑空间位置，但更强调精确性。
[0131]
实施例2
[0132]
上述实施例1提供了适用于gis-lca的清单计算及环境评估方法，与之相对应地，本实施例提供一种适用于gis-lca的清单计算及环境评估系统。本实施例提供的系统可以实施实施例1的适用于gis-lca的清单计算及环境评估方法，该系统可以通过软件、硬件或软硬结合的方式来实现。例如，该系统可以包括集成的或分开的功能模块或功能单元来执行实施例1各方法中的对应步骤。由于本实施例的系统基本相似于方法实施例，所以本实施例描述过程比较简单，相关之处可以参见实施例1的部分说明即可，本实施例提供的系统的实施例仅仅是示意性的。
[0133]
本实施例提供的适用于gis-lca的清单计算及环境评估系统，包括：
[0134]
过程数据处理模块，用于基于目标产品的过程数据，获取位置空间集合s；
[0135]
第一清单计算模块，用于针对位置空间集合s，构造其技术领域矩阵a和环境干预矩阵b，并计算得到基于位置空间集合s的清单g；
[0136]
第二清单计算模块，用于将位置空间集合s转化为位置空间矩阵l，同时对得到的清单g进行转换，得到适合于gis-lca的清单d；
[0137]
评估模块，用于将得到的适合于gis-lca的清单d作为目标产品的背景数据，利用gis-lca对目标产品进行环境评估或者绿色包装。
[0138]
实施例3
[0139]
本实施例提供一种与本实施例1所提供的适用于gis-lca的清单计算及环境评估方法对应的处理设备，处理设备可以是用于客户端的处理设备，例如手机、笔记本电脑、平板电脑、台式机电脑等，以执行实施例1的方法。
[0140]
所述处理设备包括处理器、存储器、通信接口和总线，处理器、存储器和通信接口通过总线连接，以完成相互间的通信。存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序时执行本实施例1所提供的适用于gis-lca的清单计算及环境评估方法。
[0141]
在一些实施例中，存储器可以是高速随机存取存储器(ram：random access memory)，也可能还包括非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
[0142]
在另一些实施例中，处理器可以为中央处理器(cpu)、数字信号处理器(dsp)等各种类型通用处理器，在此不做限定。
[0143]
实施例4
[0144]
本实施例1的适用于gis-lca的清单计算及环境评估方法可被具体实现为一种计
算机程序产品，计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于执行本实施例1所述的适用于gis-lca的清单计算及环境评估方法的计算机可读程序指令。
[0145]
计算机可读存储介质可以是保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意组合。
[0146]
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

技术特征：
1.一种适用于gis-lca的清单计算及环境评估方法，其特征在于，包括以下步骤：基于目标产品的过程数据，获取位置空间集合s；针对位置空间集合s，构造其技术领域矩阵a和环境干预矩阵b，并计算得到基于位置空间集合s的清单g；将位置空间集合s转化为位置空间矩阵l，对得到的清单g进行转换，得到适合于gis-lca的清单d；将得到的适合于gis-lca的清单d作为目标产品的背景数据，利用gis-lca对目标产品进行环境评估。2.如权利要求1所述的一种适用于gis-lca的清单计算及环境评估方法，其特征在于，所述针对位置空间集合s，构造其技术领域矩阵a和环境干预矩阵b，并计算得到基于位置空间集合s的清单g，包括：针对位置空间集合s，构造其技术领域矩阵a和需求向量f，并计算得到供应向量s；针对位置空间集合s，构造其环境干预矩阵b；基于供应向量s和环境干预矩阵b，计算得到基于位置空间集合s的清单g。3.如权利要求2所述的一种适用于gis-lca的清单计算及环境评估方法，其特征在于，所述针对位置空间集合s，构造其技术领域矩阵a和需求向量f，并计算得到供应向量s，包括：针对位置空间集合s内的每个空间位置v，构造每个空间位置v的技术领域子矩阵a及子需求向量f；对所有空间位置v的技术领域子矩阵a及子需求向量f进行汇总，得到位置空间集合s的技术领域矩阵a和需求向量f；基于技术领域矩阵a和需求向量f，计算得到供应向量s。4.如权利要求2所述的一种适用于gis-lca的清单计算及环境评估方法，其特征在于，所述清单g为：g＝bs＝ba-1
f。5.如权利要求1所述的一种适用于gis-lca的清单计算及环境评估方法，其特征在于，所述将位置空间集合s转化为位置空间矩阵l，对得到的清单g进行转换，得到适合于gis-lca的清单d，包括：将位置空间集合s的空间位置关系，转化为空间位置矩阵l；将基于位置空间集合s的清单g按照位置进行划分，得到与位置相关的矩阵g'；基于空间位置矩阵l和矩阵g'，计算得到适合于gis-lca的清单d。6.如权利要求5所述的一种适用于gis-lca的清单计算及环境评估方法，其特征在于，所述将位置空间集合s的空间位置关系，转化为空间位置矩阵l，包括：基于位置空间集合s内各对象之间的空间位置关系，得到位置关系矩阵；将所述位置关系矩阵，转化为位置空间矩阵l。7.如权利要求5所述的一种适用于gis-lca的清单计算及环境评估方法，其特征在于，所述适合于gis-lca的清单d表示为：d＝lg'其中，l为位置空间矩阵，g'为与位置相关的矩阵。
8.一种适用于gis-lca的清单计算及环境评估系统，其特征在于，包括：过程数据处理模块，用于基于目标产品的过程数据，获取位置空间集合s；第一清单计算模块，用于针对位置空间集合s，构造其技术领域矩阵a和环境干预矩阵，并计算得到基于位置空间集合s的清单g；第二清单计算模块，用于将位置空间集合s转化为位置空间矩阵l，对得到的清单g进行转换，得到适合于gis-lca的清单d；评估模块，用于将得到的适合于gis-lca的清单d作为目标产品的背景数据，利用gis-lca对目标产品进行环境评估。9.一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，其特征在于，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行如权利要求1至7所述方法中的任一方法。10.一种计算设备，其特征在于，包括：一个或多个处理器、存储器及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行如权利要求1至7所述方法中的任一方法的指令。

技术总结
本发明涉及一种适用于GIS-LCA的清单计算及环境评估方法和系统，包括以下步骤：基于目标产品的过程数据，获取位置空间集合S；针对位置空间集合S内的每个空间位置v，构造其技术领域矩阵A和环境干预矩阵，并计算得到基于位置空间集合S的清单G；将位置空间集合S转化为空间位置矩阵L，对得到的清单G进行转换，得到适合于GIS-LCA的清单D；将得到的适合于GIS-LCA的清单D作为目标产品的背景数据，利用GIS-LCA对目标产品进行环境评估。本发明可以广泛应用于LCA评估领域。于LCA评估领域。于LCA评估领域。


技术研发人员：田亚峻 刘焕焕 王娜娜 姜仕兴 郭翔
受保护的技术使用者：中国科学院青岛生物能源与过程研究所
技术研发日：2023.06.21
技术公布日：2023/9/12