[發(fā)明專利]一種存在顆粒污染物沉降情況的污染源逆向辨識方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011200038.5
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112347712A
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發(fā)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: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06Q50/26;G01N15/06;G01N15/04;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 戴風友

1.一種存在顆粒污染物沉降情況的污染源逆向辨識方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟一，建立待測區(qū)域建筑的三維模型，求解納威斯托克斯方程得到流場數(shù)據(jù)；

步驟二，確定待測區(qū)域存在顆粒污染物沉降情況，通過化學成分判定及物理測量手段明確待測污染物種類和粒徑；

步驟三，建立歐拉模型，將待計算顆粒污染物的重力沉積效應整合到污染物傳播標量方程實現(xiàn)顆粒物的沉降模擬，顆粒物沉降與流體之間形成速度差，將其編入標量方程對流項與流體的矢量速度相加，此時污染物傳播標量方程改進為：

其中，是污染物顆粒物的沉降速度，C是顆粒物的濃度；σ_c表示湍流擴散率，此處設置值為1.0；S_c是顆粒污染物源的生成率；μ_eff是粒子布朗擴散系數(shù)D_P與粒子渦流擴散率ε_P之和；

步驟四，獲得三個不同監(jiān)測站位置L及污染物濃度數(shù)據(jù)C，計算污染物傳播方程的伴隨方程：

其中，ψ^*為伴隨概率因子(位置或時間的伴隨概率因子)，τ為逆向的時間，為探測區(qū)域位置矢量，為測點位置矢量，c表示污染物濃度，V_j為x_j軸方向上的速度，v_c，j表示污染物c在x_j軸方向上的有效湍流擴散系數(shù)，q₀為污染物負源的單位體積流量，Γ₁、Γ₂和Γ₃為邊界條件，n_i為x_j軸方向的單位矢量，為負荷項，其表達式由兩個階躍方程組成：

得出各個探測器辨識到的污染源可能存在的位置，上述得出的可能源位置無限多，通過公式(1-5)將三個探測器辨識結果整合，即確定唯一一個可能的污染物源：

其中，N為探測數(shù)據(jù)的個數(shù)，τ_i和分別為對應于第i個探測數(shù)據(jù)的探測位置、探測時間和探測到的污染物濃度，τ₀為已知的污染物釋放時間，M₀為假設的污染物釋放強度，為根據(jù)第i個探測數(shù)據(jù)通過公式(1-2)計算出的污染源概率分布，為根據(jù)第i個探測數(shù)據(jù)求得的相應污染物釋放濃度M₀和位置x的概率分布，的分布形式為正態(tài)分布：

其中，為對應于第i個探測數(shù)據(jù)的實際污染物濃度，為污染物探測器的測量誤差的標準平方差；

通過將步驟四中所選取的三個測點對應信息帶入公式(1-1)所示的改進的污染物傳播標量方程和公式(1-2)至公式(1-6)所示的伴隨方程求解，得到污染源的第一個可能位置S1(1)和釋放強度C1(1)；

步驟五，實地檢測S1(1)位置是否存在污染源，若尋得污染源，則第一次尋源成功，定位結束；若實地檢測S1(1)位置不存在污染源，則在S1(1)的下風向重新選取三個測點進行計算，直到在此原則下的計算所得可能源位置處找到真實源；

步驟六，關停S1或在原濃度數(shù)據(jù)上減去S1濃度貢獻值，在測試區(qū)域內(nèi)去除S1的影響，若去除S1影響后余下的濃度皆低于限值，說明所有的污染源皆已找到，尋源結束；若去除S1影響后余下的濃度仍然超過限值，說明還存在其他污染源，在去除已知污染源影響的數(shù)據(jù)中重新選取測點，重復步驟四至步驟五，直到所有污染源都被找到。

2.如權利要求1所述的一種存在顆粒污染物沉降情況的污染源逆向辨識方法，其特征在于，

所述的步驟三中，公式(1-1)中污染物顆粒物的沉降速度使用斯托克斯定律計算，

其中g是重力加速度，d_p是顆粒物粒徑，μ是動力粘度，ρ_P是粒子的密度，ρ_A是氣體的密度；簡化可得顆粒物沉降速度表達式：