[發明專利]一種化學危害同化系統

有效

• 申請號: 202011508053.6
• 申請日: 2020-12-18
• 公開（公告）號: CN112560270B
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 顧進;諸雪征;韓朝帥;晏國輝;蔣金利;梁婷;李思維;馮燕冉;梁延松;張赫;徐毅;李寧寧
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍陸軍防化學院
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G16C20/30;G06F113/08
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 安麗

1.一種化學危害同化系統，其特征在于，包括：釋放信息估算模塊、氣象場模塊、濃度預測模塊、觀測數據處理模塊、數據同化模塊、結果分析和顯示模塊；

釋放信息估算模塊，用于為預測模型提供氣溶膠云團初始的源強信息，如果通過可靠信息獲取釋放信息數據，則直接代入其他模塊進行預測；如果無法準確獲取釋放源項信息，則根據監測到的危害濃度數據，通過遺傳算法進行數據的同化反演，得到釋放初始狀態信息，所述初始狀態信息包括釋放源位置、釋放總量和釋放率；

氣象場模塊，用于獲取相關的氣象場信息，進行風場診斷，得出危害區域內各點的氣象信息，并送至濃度預測模塊；所述氣象場信息包括風向、風速、降雨和溫度；

濃度預測模塊，用于危害擴散的預測估算，根據釋放信息估算模塊和氣象場模塊提供的釋放初始狀態信息和氣象場信息，對擴散參數進行估算，進而得到未來時刻各位置的危害濃度預測值，并傳輸至數據同化模塊；

觀測數據處理模塊，用于對各監測點獲取的監測濃度數據和氣象數據進行處理，通過劃分時間窗口，將不同時刻的監測濃度值進行歸一化處理，組成觀測矩陣；

數據同化模塊，用于對預測的濃度值和監測的濃度數據進行綜合處理，提高濃度預測模塊的預測精度；根據濃度預測模塊得到的未來不同時刻各個監測點濃度預測值，采用化學危害變分同化基礎模型、化學危害變分同化梯度函數和釋放信息初始狀態分析值模型，將未來不同時刻各個監測點濃度預測值與各監測點對應時刻的觀測矩陣進行同化迭代，得到誤差最小化時的釋放信息初始狀態分析值；

結果分析和顯示模塊，用于分析結果誤差，并輸出顯示，根據數據同化模塊求得的釋放初始狀態信息、背景誤差協方差矩陣、觀測誤差協方差矩陣、擴散參數和觀測算子，對各個區域的預測誤差進行分析，得到當前時刻和未來時間段內的危害濃度分布和變化趨勢。

2.根據權利要求1所述的化學危害同化系統，其特征在于：所述數據同化模塊中，所述構建化學危害變分同化基礎模型如下：

其中，表示t_i時刻的觀測值；指由模式算子由t₀時刻積分到t_i時刻的模式變量；表示將預報模式從t₀時刻積分到t_i時刻的模式預報算子；指將t_i時刻的模式變量經觀測算子H_i映射得到得觀測場；δx＝x₀-x_b，為分析增量，x_b為模型背景場；R為觀測誤差協方差矩陣；對于各個觀測系統來說，不同位置上的觀測誤差在統計上是相互獨立的，將R簡化為對角矩陣；B是背景誤差協方差矩陣；

其中，ε_b為背景誤差，ε_b＝x^true-x_b，x^true為背景真值。

3.根據權利要求1所述的化學危害同化系統，其特征在于：所述數據同化模塊中，化學危害變分同化梯度函數如下：

對標量函數J關于自變量x求導，得到其梯度函數：

其中，x為需要求解的狀態參量；x_b為模型背景場，由高斯擴散模型輸出的參量組成；B是背景誤差協方差矩陣；y為觀測場數據；H是觀測算子，是將觀測場數據的類型映射到與狀態量相一致；R為觀測誤差協方差矩陣。

4.根據權利要求1所述的化學危害同化系統，其特征在于：所述數據同化模塊中，釋放信息初始狀態分析值模型如下：

x_a＝x_b+(B^-1+H^TR^-1H)^-1H^TR^-1(y-H(x_b))

其中，x_a為初始狀態分析值；x_b是模型的背景場；y為觀測場數據。