[发明专利]一种街道峡谷内污染物分布实时估计方法

权利要求书

1.一种街道峡谷内污染物分布实时估计方法，其特征在于包括如下步骤：

第一步，提取城市三维建筑模型数据，使用STL模型简化技术合并所述三维建筑模型三角面，将地理信息映射到所述三维建筑模型，生成具有地理信息的简化城市路网街道峡谷三维建筑模型；

第二步，利用街道车流密度数据及尾气检测点检测污染物，包括pm2.5、氮氧化物、CO、硫化物浓度值，使用多元回归拟合得到实时路网污染源强分布Q_j(x，y)；

第三步，基于计算流体力学CFD湍流模型与OSPM污染物扩散模型相结合所得OSPM混合扩散模型，导入第一步所得简化城市路网街道峡谷三维建筑模型及第二步所得实时路网污染物源强分布Q_j(x，y)，计算街道峡谷内污染物浓度，得到街道峡谷污染物浓度分布Y_j(x，y)；

第四步，在第三步得到上一时刻街道污染物浓度分布Y_j(x，y)基础上，将当前时刻根据第二步所得实时路网污染物源强分布Q_j(x，y，t)循环导入第三步混合扩散模型，生成实时动态街道峡谷污染物浓度分布Y_j(x，y，t)；

所述第三步，具体实现过程为：

(1)第一步所得具有地理信息的简化城市路网街道峡谷三维模型结合街道机动车密度数据，截取模型中高车流密度段，进行变尺度网格划分，从车道到街道峡谷出口处网格逐渐稀疏化，生成网格化城市路网街道峡谷三维模型；

(2)设定边界条件：使用城市全局风环境数据得到街道峡谷上方风向、风速数据，峡谷上方风速沿街道方向及垂直街道方向分解为u₀，v₀,并设定峡谷内沿街道方向风速分布满足指数型函数其中u₀为峡谷上方平行街道方向风速，z为离地高度，z₀为街道峡谷高度，α为边界层内速度损失指数；设定u为风速入口边界条件，出口边界条件为充分发展流动，流动参数一阶导数为零，建筑物表面设定为固壁边界，上边界使用风环境数据作为边界条件；

(3)设定流体为不可压流，不计温度对流动作用，使用Realizable k-ε模型对稳态不可压缩连续性方程进行封闭；

(4)使用污染物多组分输送模型，针对主要污染物PM2.5，No，硫化物分别建立不同的组分输送方程，具体某种组分Y_j的输送微分方程为：

式中：ρ为流体密度，Y_j为组分j的质量分数，V_k，i为组分扩散速度在i方向的分量，Q_j为组分源项强，v_i为组分扩散系数项,不同组分扩散系数不同；

(5)将经过步骤(1)网格划分处理得到的网格化城市路网街道峡谷三维模型导入求解器并按照步骤(2)设定边界条件，使用步骤(3)所得Realizable k-ε湍流模型与步骤(4)污染物输送模型作为扩散控制方程，实时计算生成当前街道峡谷内流场及污染物组分分布；

(6)针对低车流密度路段，使用OSPM模型初步计算街道峡谷内污染物组分总浓度值，根据第二步所得街道污染物源强组分Q_j，使用第一步所得具有地理信息的简化城市路网街道峡谷三维模型，通过直接查询低车流密度路段对应所述三维建筑模型中建筑模型高度，街道模型宽度，乘上地图比例尺系数即得到街道峡谷两侧建筑物高度H₁，H₂与街道宽度L，代入OSPM模型求解器，得到街道峡谷内污染物组分j总浓度值Y_all，j，结合最邻近、具有相同街道方向的高车流密度路段污染物源强Q_high，j及CFD计算所得污染物浓度分布，对比待求低车流密度路段污染物源强Q_low，j，使用公式：

拟合得到待求低车流密度路段污染物浓度分布，式中α为结构误差值，定义为Q_high，j对应街道峡谷高宽比与Q_low，j对应路段高宽比差异值。