[發明專利]一種存在空氣污染物化學反應情況的污染源逆向辨識方法

在審

• 申請號: 202011190933.3
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112259172A
• 公開（公告）日: 2021-01-22
• 發明（設計）人: 薛雨;顧欽子;王祎;葛凡;翟志強
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G16C20/10
• 分類號: G16C20/10;G16C20/20;G16C20/70
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 戴風友

本發明公開了一種存在空氣污染物化學反應情況的污染源逆向辨識方法，屬于空氣污染監測和源辨識技術領域。本發明針對擴散過程中存在化學反應的污染物，開發一種標志元素逆向分析法，通過確定空氣污染物化學反應中的標志元素為對象來模擬化學反應前后的成分變化。首先獲取目標區域內待檢測污染源的污染類型，明確污染物是否存在化學反應現象；再建立待測區域數值模型并計算流場；使用濃度監測裝置讀取污染物濃度，并分析計算出標志元素濃度數據，代入伴隨方法方程組求解，使用基于伴隨概率方法計算污染源信息。此方法通過提取標志元素，考慮了空氣污染物化學反應對污染物傳播的影響，提高了污染源監測的準確性。

技術領域

本發明屬于空氣污染監測和源辨識技術領域，具體涉及一種存在空氣污染物化學反應情況的污染源逆向辨識方法。

背景技術

了解大氣傳輸和擴散事件在一系列情景中具有重要作用，特別是在化學、生物或放射性物質擴散后用于采取應急響應措施。而越來越多的污染物排放及泄露、恐怖主義威脅、核事故和自然災害等對公共衛生和多個行業產生不利影響的重大事件都會將有害物質散布到大氣中。一些對大氣污染物的擴散研究使用模型預測給定排放源分布的大氣污染物濃度，以提供應急響應措施，有助于實行有效應對和進行緊急情況評估。對此可以提出反問題，包括基于給定的一組測量濃度評估未知的空氣污染源。反問題的解決方案可用于估計和驗證許多有毒或放射性物種的排放。對于空氣未知污染源的識別已有較多的研究。現有的污染源識別方法主要分為兩大類：正向計算方法和逆向計算方法。正向計算方法主要是一種試錯方法，這一種方法往往效率較慢。而逆向模擬方法是結合氣象過程，逆向運用空氣質量模式，獲得污染源的時間和空間分布，可以結合計算流體力學通過模擬計算快速確定污染源的位置及釋放強度。

現有專利：一種利用固定位置污染物探測器辨識城市空間多污染物源的方法(授權公告號CN106650017A)采用基于概率論的伴隨方法，在穩定流場中通過有限個固定位置污染物探測器做到對城市多個污染源的快速辨識。該發明在逆向求解污染源的過程中具有較大的優勢，通過引入伴隨算子求解流場伴隨方程，避免了對流場敏感度的計算，其計算總量約為流場計算的兩倍，極大地降低了計算成本。該發明的缺陷在于：沒有考慮污染物在空氣中的化學反應的情況，導致該發明只適用于惰性污染物，在針對于現實情況中會發生化學反應的污染物計算結果并不精確，可能導致尋源的結果有誤，或在尋源過程中浪費不必要的時間。

因此，針對上述問題，本發明進一步完善了用于城市空間的多污染物源辨識的伴隨方法，提出了一種存在空氣污染物化學反應情況下對同時存在的多個污染源進行位置和釋放強度的逆向辨識方法，使源辨識結果更加準確和符合實際。

發明內容

本發明的主要目的在于解決城市顆粒污染物污染源的快速辨識問題，以及解決專利(授權公告號CN106650017A)沒有考慮到污染物在空氣中的化學反應的缺陷。提出一種存在空氣污染物化學反應情況的污染源逆向辨識方法。

本發明的技術方案：

一種存在空氣污染物化學反應情況的污染源逆向辨識方法，步驟如下：

步驟一，明確待測空氣污染物種類及其在空氣中發生的化學反應，根據反應類型確定可以代表反應前后狀態的標志元素并以此為對象進行下一步分析，使用標志元素濃度帶入污染物濃度傳輸模型公式；

步驟二，建立待測區域數值模型，求解納威斯托克斯方程得到待測區域流場數據；

步驟三，獲得三個不同監測站點位置L及各個化學反應涉及成分濃度數據，根據選取的標志元素計算標志元素濃度數據C；

步驟四，根據步驟三獲得監測站點位置信息L及計算所得標志元素濃度數據C計算求解污染物傳播方程的伴隨方程：