[發明專利]基于粒子系統的區域污染物濃度可視化方法

無效

• 申請號: 201010242612.3
• 申請日: 2010-08-02
• 公開（公告）號: CN101900662A
• 公開（公告）日: 2010-12-01
• 發明（設計）人: 蔣志方;李苗苗;李雪梅
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01N15/06
• 分類號: G01N15/06
• 代理公司: 濟南圣達專利商標事務所有限公司 37221
• 代理人: 張勇

技術領域

本發明涉及基于粒子系統的區域污染物濃度可視化方法。

背景技術

為了了解和控制環境空氣污染，很多學者對大氣中污染物濃度分布、擴散方式及展示形式等進行了研究。文獻[1]提出了一種解析高斯模型，可以預測瞬時污染物排放后大氣污染水平，這種模型在預測局部污染強度中應用廣泛，能夠預測出污染物在一段時間后的污染范圍及濃度分布情況，并且將結果在GIS中展示。現在在GIS中的顯示大部分都是基于二維的，無法表現它在空間區域中的特性。由于污染物通常都有不透明的特性，會使天空看起來渾濁。為了更生動地模擬大氣中污染物的濃度分布和擴散效果，我們利用對模糊(不透明)物體的模型來進行描述。

模糊物體如火焰、云、薄霧、煙霧等，因其沒有固定的形狀，無法使用傳統的繪制方法繪制。文獻[2]提出了使用粒子系統來建模這些模糊物體的方法。粒子系統由粒子集合組成，粒子集合中的每個粒子都有自己的屬性，包括位置、速度(包含速率和方向)、大小、顏色、透明度、壽命等，這些屬性隨著時間不斷變化，形成復雜多變的物體。文獻[3]提出了在粒子系統的基礎上，使用紋理潑濺的方法對粒子進行紋理映射，形成形狀多變的云，光照在粒子中的傳播路徑使用前向散射模型和Rayleigh相位函數。Harris對在建模上粒子系統進行了改進，引入了紋理映射使繪制的圖形更加真實，但是在局部細節上由于粒子屬性設置不當，造成效果失真。

發明內容

本發明為更生動地模擬大氣中污染物的濃度分布和擴散效果，提出了基于粒子系統區域污染物濃度可視化方法。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

基于粒子系統的區域污染物濃度可視化方法，該方法包括如下步驟：

Step1：獲得污染物濃度預報數據；

Step2：對污染物濃度預報數據進行分層，獲取指定層的污染物濃度值；

Step3：對指定層的污染物濃度值進行渲染，得到粒子的屬性值；

Step4：對渲染后的相鄰粒子間進行模糊平滑處理；

Step5：根據模糊平滑處理后的粒子的屬性值，確定相應的大氣散射模型同時得到指定層的粒子圖像；

Step6：將粒子圖像與衛星影像圖像進行融合，得到包含污染物濃度信息的圖像。

所述step1或step2中污染物濃度預報數據為：可吸入顆粒物PM10、二氧化硫SO2、一氧化氮NO、二氧化氮NO2、一氧化碳CO、臭氧O3的濃度預報數據。

所述污染物濃度預報數據的采集過程如下：

a：首先通過若干環境監測站點的自動檢測設備采集空氣污染物；

b：數據采集傳輸儀將自動檢測設備采集的空氣污染物數據進行A/D轉換，轉換后的數據，采用HJ/T212-2005國家環保總局數據傳輸標準通訊協議傳輸到監控中心的服務端；

c：監控中心服務端將接收到的數據處理后，送入空氣質量預報計算模型系統；

d：通過空氣質量預報計算模型系統對采集的空氣污染物數據進行處理，得到污染物濃度數據。

所述step3中從粒子的位置，粒子的大小，粒子的顏色值及不透明度值來對污染物濃度進行渲染，具體如下：

a.粒子位置：相鄰粒子間的間距相等，表示為d；

b.粒子大小

使用兩種方法來形成霧的粒子大小：規則方法和隨機方法。

(1)規則方法：即將每一濃度都對應一個固定的粒子大小，將粒子大小規定在范圍內，根據濃度值的大小進行線性插值；

(2)隨機方法：首先，計算濃度的最大值和最小值，最大值對應的粒子大小為最小值的五倍；其他粒子大小從兩者之間的線性插值獲得；

c.粒子顏色和不透明度

根據污染物的濃度值大小，利用映射函數得到每個濃度值對應的顏色值大小，粒子的顏色值和不透明度與濃度值相等；其中，x表示污染物濃度值，f(x)為相應的顏色值大小。

所述step4中模糊平滑處理的過程如下：

第一：標注邊界點，已知粒子的位置即(x，y，z)，找出x，y，z方向上位置的最大值和最小值，將其標注為邊界點，其中，x，y，z為粒子的三維坐標；

第二：將z值固定，找出邊界點相應的x，y值，當內點(x，y，z)有8個鄰點時，則