[發明專利]一種基于CFD及多數據源的城市實時全局環境估計方法

有效

• 申請號: 201611267869.8
• 申請日: 2016-12-31
• 公開（公告）號: CN106650158B
• 公開（公告）日: 2018-05-29
• 發明（設計）人: 康宇;王雪峰;李澤瑞;陳紹馮;昌吉
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06T17/05
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;顧煒

本發明涉及一種基于CFD及多數據源的城市實時全局大氣環境估計方法，包括結合城市環境監測站點歷史數據、全球中尺度氣象預測結果、國家氣象數據、城市重點污染源數據、城市地理三維模型及機動車尾氣檢測系統路面實時監測數據，利用CFD作為計算引擎，根據氣象信息自適應切換環境質量模式，采用多尺度網格離散化城市模型，引入多組分污染模型，并考慮氣象干濕沉降過程，建立一個針對城市全局空氣環境質量實時估計方法。本方法給出了城市尺度環境質量估計方案，其全面性，準確性，實時性均比已有方案有很大提升。

技術領域

本發明涉及一種基于CFD(計算流體力學)及多數據源的城市實時全局環境估計方法，融合氣象數據、污染物數據、機動車尾氣實時監測數據、城市模型的城市全局大氣環境估計方法，屬于環境工程領域。

背景技術

隨著社會發展進步，人們對精細化，個性化的天氣數據的需求日益顯著，同時環境污染現象日趨嚴重，近幾年我國許多城市大面積出現霧霾現象，影響人們身心健康與生產生活。環境污染治理已經成為國家管理的重大議題。對環境污染的研究分析首先需要得到區域內高精度的環境污染分布數據，但由于目前氣象站點及環境監測點數量稀少，大部分環境質量服務軟件只能提供較大地理范圍的空氣質量粗略信息，無法實現精細化個性化實時化環境數據服務。更高分辨率的城市空氣質量分布數據有助于市民合理規劃出行安排，避開高污染區域；培養人們的環保意識，積極主動的維護環境。同時，城市空氣污染濃度空間分布及時間分布數據能為市政部門進行新建筑用地規劃，重點污染源治理等行政決策提供依據。

現有大氣污染物擴散模型主要有高斯模型。高斯模型假定空氣流動為穩態流動，而除了地表之外，其他方向為無邊界擴散。污染物在風向方向上流動，而在其他方向上擴散，擴散過程服從高斯分布。高斯模型物理意義直觀易懂，便于計算。對固定點源模擬結果精度較高，且對輸入氣象數據要求較少，許多新式模型均是基于穩態高斯煙羽擴散方程，以參數化的手段處理不同地形環境得到的。但對地表下墊面復雜環境無法良好模擬，沒有考慮干濕沉降過程，故而模型有局限性。

統計模型，如蒙特卡洛模型。根據微小顆粒擴散隨機游走過程，跟蹤污染物粒子軌跡得到污染物氣團總體運動特征，來模擬污染物時空分布演化過程。該模型能反應擴散的物理本質，不需要額外假設。但需要預知環境風場，溫度場。

第一代大氣質量預測模型主要為高斯模型。二十世紀八十年代后，第二代污染物擴散模型研究達到高潮，有許多模型被提出，可處理大氣化學，干濕沉降過程。如AMS系統，HPDM系統，ADMS系統等。這些系統能處理很大空間尺度的污染物擴散，但時空分辨率很低。九十年代后，第三代模型逐漸發展起來，如Model-3模型，該模型基于高斯模型，并增加了污染物種類。包含排放模式系統SMOKE，中尺度氣象模式MM5與通用多尺度空氣質量模式系統CMAQ。但Models-3也只能進行中尺度以上范圍大氣質量預測。

目前針對城市微環境的大氣質量評估尚缺乏具體數值模式。

通過對該領域進行專利檢索，發現尚未出現相關專利。在東南大學楊楊俊宴、方永華申請、2016年4月20日公開、公開號為CN 105513133A、發明名稱為“一種城市風環境數字地圖制作及顯示方法”的中國發明專利申請中，專利申請人提出了一種城市風環境數字地圖制作及顯示方法，通過三維繪圖模塊進行城市三維空間模型建構；將建成的城市三維空間數字模型輸入風環境CFD計算模塊；采集地面風環境實時數據輸入CFD計算模塊件，進行可視的城市風環境全域模擬，利用帶GPS定位功能的風環境實測設備現場測試，形成實施監測數據；根據風環境實施監測數據對風環境的整體模擬數據進行實測校核修正，形成某一時刻的城市風環境三維數據庫；將建成的風環境三維數據庫輸入三維可視化模塊；利用三維可視化模塊將風環境數據庫轉入進行可視化處理。該發明只針對風環境進行城市微尺度的模擬監測，而沒有提出一個針對空氣質量及各種污染物組分分布分析的統一框架模式。

而其他非專利文獻如非專利文獻1則提到了利用CFD進行城市環境數值模擬。