[發明專利]一種街道峽谷內污染物分布實時估計方法

有效

• 申請號: 201611267880.4
• 申請日: 2016-12-31
• 公開（公告）號: CN106777762B
• 公開（公告）日: 2020-01-10
• 發明（設計）人: 康宇;王雪峰;李澤瑞;趙振怡;許鎮義
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06T17/05;G06F111/10
• 代理公司: 11251 北京科迪生專利代理有限責任公司
• 代理人: 楊學明;顧煒

1.一種街道峽谷內污染物分布實時估計方法，其特征在于包括如下步驟：

第一步，提取城市三維建筑模型數據，使用STL模型簡化技術合并所述三維建筑模型三角面，將地理信息映射到所述三維建筑模型，生成具有地理信息的簡化城市路網街道峽谷三維建筑模型；

第二步，利用街道車流密度數據及尾氣檢測點檢測污染物，包括pm2.5、氮氧化物、CO、硫化物濃度值，使用多元回歸擬合得到實時路網污染源強分布Q_j(x，y)；

第三步，基于計算流體力學CFD湍流模型與OSPM污染物擴散模型相結合所得OSPM混合擴散模型，導入第一步所得簡化城市路網街道峽谷三維建筑模型及第二步所得實時路網污染物源強分布Q_j(x，y)，計算街道峽谷內污染物濃度，得到街道峽谷污染物濃度分布Y_j(x，y)；

第四步，在第三步得到上一時刻街道污染物濃度分布Y_j(x，y)基礎上，將當前時刻根據第二步所得實時路網污染物源強分布Q_j(x，y，t)循環導入第三步混合擴散模型，生成實時動態街道峽谷污染物濃度分布Y_j(x，y，t)；

所述第三步，具體實現過程為：

(1)第一步所得具有地理信息的簡化城市路網街道峽谷三維模型結合街道機動車密度數據，截取模型中高車流密度段，進行變尺度網格劃分，從車道到街道峽谷出口處網格逐漸稀疏化，生成網格化城市路網街道峽谷三維模型；

(2)設定邊界條件：使用城市全局風環境數據得到街道峽谷上方風向、風速數據，峽谷上方風速沿街道方向及垂直街道方向分解為u₀，v₀,并設定峽谷內沿街道方向風速分布滿足指數型函數其中u₀為峽谷上方平行街道方向風速，z為離地高度，z₀為街道峽谷高度，α為邊界層內速度損失指數；設定u為風速入口邊界條件，出口邊界條件為充分發展流動，流動參數一階導數為零，建筑物表面設定為固壁邊界，上邊界使用風環境數據作為邊界條件；

(3)設定流體為不可壓流，不計溫度對流動作用，使用Realizable k-ε模型對穩態不可壓縮連續性方程進行封閉；

(4)使用污染物多組分輸送模型，針對主要污染物PM2.5，No，硫化物分別建立不同的組分輸送方程，具體某種組分Y_j的輸送微分方程為：

式中：ρ為流體密度，Y_j為組分j的質量分數，V_k，i為組分擴散速度在i方向的分量，Q_j為組分源項強，v_i為組分擴散系數項,不同組分擴散系數不同；

(5)將經過步驟(1)網格劃分處理得到的網格化城市路網街道峽谷三維模型導入求解器并按照步驟(2)設定邊界條件，使用步驟(3)所得Realizable k-ε湍流模型與步驟(4)污染物輸送模型作為擴散控制方程，實時計算生成當前街道峽谷內流場及污染物組分分布；

(6)針對低車流密度路段，使用OSPM模型初步計算街道峽谷內污染物組分總濃度值，根據第二步所得街道污染物源強組分Q_j，使用第一步所得具有地理信息的簡化城市路網街道峽谷三維模型，通過直接查詢低車流密度路段對應所述三維建筑模型中建筑模型高度，街道模型寬度，乘上地圖比例尺系數即得到街道峽谷兩側建筑物高度H₁，H₂與街道寬度L，代入OSPM模型求解器，得到街道峽谷內污染物組分j總濃度值Y_all，j，結合最鄰近、具有相同街道方向的高車流密度路段污染物源強Q_high，j及CFD計算所得污染物濃度分布，對比待求低車流密度路段污染物源強Q_low，j，使用公式：

擬合得到待求低車流密度路段污染物濃度分布，式中α為結構誤差值，定義為Q_high，j對應街道峽谷高寬比與Q_low，j對應路段高寬比差異值。