[發明專利]針對博物館展陳空間氣流組織可視化的監測數據同化方法

在審

• 申請號: 202110902814.4
• 申請日: 2021-08-06
• 公開（公告）號: CN113591410A
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 錢瑋昕;唐銘;劉京;陳慶慶;劉洋;丁榮良;杜雷;張然
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學;中國國家博物館
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G01D21/02;G06F111/10;G06F113/08;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 哈爾濱華夏松花江知識產權代理有限公司 23213
• 代理人: 時起磊

1.針對博物館展陳空間氣流組織可視化的監測數據同化方法，其特征在于：包括以下步驟：

S1、針對展陳空間內影響熱濕環境的因素，確定模型邊界條件中具有不確定性的條件參數變量，統計具有不確定性的條件參數變量的數量，并輸入到數據同化算法程序中，同時向數據同化算法程序中輸入各條件參數變量對應的條件參數值的區間范圍；

根據每個條件參數變量在其變化區間內的一般分布規律，對各條件參數變量分別進行采樣，并構建所有條件參數變量的初始集合E；

S2、向數據同化算法程序中輸入展陳空間內無線監測系統所采集的觀測數據，構建測量值向量；

S3、通過CFD正演模型分別對初始集合中的各元素進行求解，獲得觀測節點位置對應的空氣狀態參數模擬值矩陣；

S4、基于各條件參數變量的取樣樣本值與各空氣狀態參數模擬值之間的協方差矩陣、各空氣狀態參數模擬值之間的協方差矩陣以及測量誤差方差矩陣，計算卡爾曼增益矩陣；

S5、通過集合卡爾曼濾波法修正集合元素中的條件參數變量的參數值并更新初始集合為E'；

S6、計算空氣狀態參數模擬值與空氣狀態參數測量值之間的均方根誤差，設定收斂標準，判定計算收斂與否；當所有空氣狀態參數的RMSE均達到收斂標準時，則判定計算收斂，執行步驟S7；否則，令E＝E'，返回步驟S3，循環執行步驟S3～S6，直至迭代計算收斂；

S7、輸出監測數據同化后博物館展陳空間內氣流組織的可視化結果。

2.根據權利要求1所述的針對博物館展陳空間氣流組織可視化的監測數據同化方法，其特征在于：S1中，初始集合E的計算過程如下：

設模型邊界條件中存在m個具有不確定性的條件參數變量x_i，i＝1,2,3，…，m；設每個條件參數變量的取樣數量為n，即初始集合中元素的數量為n，初始集合中的第j個元素為Z_j＝[x_1,j，x_2,j，x_3,j，…，x_m,j]，j＝1,2,3,…,n；構成初始集合E＝[Z₁，Z₂，Z₃，···，Z_n]，對應的矩陣形式為：

式中，x_i,j——第i個條件參數變量的第j個取樣樣本值。

3.根據權利要求2所述的針對博物館展陳空間氣流組織可視化的監測數據同化方法，其特征在于：S2中，構建測量值向量的計算過程如下：

設數據同化算法程序中所構建的測量值向量為Y，假設在一次測量中，在c個測量點測量d種空氣狀態參數，則觀測數據共包含b＝c×d個空氣狀態參數測量值y_a，a＝1,2,3，…，b；則測量值向量Y為：

Y＝[y₁ y₂…y_b]^T (2)。

4.根據權利要求3所述的針對博物館展陳空間氣流組織可視化的監測數據同化方法，其特征在于：S3中，構建模擬值矩陣的具體計算過程如下：

將模型中的邊界條件設定為集合E中每個元素的樣本值，一組邊界條件為一種工況，將集合E中的元素Z_j分別代入CFD正演模型中，通過CFD模擬，對每個工況分別進行求解計算，獲得各個工況對應的展陳空間流場分布模擬結果，構建模擬值矩陣P如下：

式中，p_a,j——第j個集合元素對應的第a個空氣狀態參數模擬值。