[发明专利]一种街道峡谷内污染物分布实时估计方法

说明书

本发明涉及一种街道峡谷内污染物分布实时估计方法，包括结合城市街道三维建模、机动车尾气检测系统实时数据、气象数据、车流密度数据，使用CFD与OSPM混合模型，及多组分污染物扩散模型，建立一个针对城市路网街道峡谷内污染物分布实时估计方法。本方法污染物分布分辨率及计算速度均比已有方案有较大提升。

技术领域

本发明属于环境监测领域，涉及三维城市建模、街道峡谷内污染物扩散过程，具体涉及一种街道峡谷内污染物分布实时估计方法。

背景技术

我国经济快速发展，城市机动车保有量也大幅上升。但同时，城市交通拥堵状况日益加剧，机动车尾气污染严重。环保部2016年发布的《2015年中国机动车污染防治年报》指出机动车污染已成为中国空气污染的重要来源，是造成灰霾、光化学烟雾污染的重要原因。

机动车尾气排放量大，又属于低空流动源污染。城市街道是重要的市民的活动场所，但同时毗邻机动车道，机动车废气直接影响行人呼吸过程，且城市街道两侧高大建筑物阻挡空气流通，污染物缺乏良好的扩散环境。而车道内车流密集，污染物排放集中。峡谷内部环境比城市区域性环境更加恶劣，给市民身心健康带来的影响更为直接与严重，需要密切关注。

由于城市峡谷内污染物浓度受机动车流密度、排放因子、气象因素、街道几何形状诸多因素影响，对浓度值的良好估计成为迫切需求。

在已有的大气污染物扩散估计模式中，简单的高斯烟羽模型不宜直接用于城市小尺度扩散问题。而OSPM等方法没有考虑到外环境城市风速影响，得出的结果较为粗糙。而直接基于CFD模式计算量太大。

在已有专利中，北京工业大学张利国、许超、刘慧超申请、2016年3月23日公开、公开号为CN 105426636A、发明名称为“城市峡谷街道机动车污染物排放与扩散的实时估计方法”的中国发明专利申请中，专利申请人提出了一种结合交通模型﹑污染物排放模型和扩散模型，实时估计城市峡谷街道的空气污染物浓度的方法，但是该发明使用OSPM模型作为扩散模型，假设整个街道峡谷内污染物浓度分布均衡，未考虑由于风环境对大气污染物扩散的影响，峡谷内污染物浓度分布不均的特性，从而结果精度不高。

中国科学技术大学康宇、张仁才、崔凌云申请，2016年12月07日公开，公开号为CN106202533 A，发明名称为“街道峡谷机动车尾气污染物浓度估算系统”的中国发明专利申请中，专利申请人提出了一种街道峡谷内机动车尾气污染物浓度估算系统，使用城市道路车流密度、峡谷几何结构，通过CFD数值模拟得到街道峡谷内污染物扩散、分布情况。但是该发明没有使用三维城市模型，使得计算结果与真实环境差别较大；且只能计算单一区域污染物浓度分布，无法得到城市全局路网污染物浓度分布，不具备全局性。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种新型街道峡谷内污染物浓度估计方法，实时生成城市街道区域大气污染物浓度时空分布情况，污染物分布分辨率及计算速度均比已有方案有较大提升。

本发明技术解决方案：结合城市地理信息、机动车尾气检测设备实时监测尾气排放数据及城市全局风环境、大气污染物数据，基于CFD与OSPM混合模型计算街道峡谷微环境内污染物浓度分布，主要包括：基于三维地图的城市街区三维建筑建模；基于机动车尾气检测数据得到街区源强分布模型；使用城市全局风环境数据建立街道峡谷风场边界条件；基于CFD与OSPM混合模型计算估计街道峡谷内污染物浓度分布。

其中包括如下步骤：

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)；