[发明专利]一种真实树木对街道污染物运移影响的模拟方法

说明书

本发明公开了一种真实树木对街道污染物运移影响的模拟方法，包括选取真实树木，扫描真实树木获取树木点云数据，并根据树木的枝干点云数据信息重构树木的枝、干实体；获得以树木枝干—街道为体系的数值模拟网格；在网格上，耦合求解气流在街道内流动的质量、动量、湍流方程及污染物对流扩散方程，特别是根据树木树叶点云数据的分布求解树冠阻力源数学模型；最终得到真实树木影响下的污染物运移行为及污染物的空间分布。本发明由真实树木三维点云数据入手，解决树木枝干的提取与建模、树冠阻力源的准确映射等难点；建立真实树木—风—污染物扩散一体化数值模型，更加真实地预测树木影响下街道内的污染物的运移及分布。

技术领域

本发明涉及树木对街道污染物运移影响技术领域，具体为一种真实树木对街道污染物运移影响的模拟方法。

背景技术

街道两旁室内室外的气流特性及污染物分布影响着街道内工作、生活和居住人群的身体健康。树木作为街道中的重要绿色植物，对于调节街道内温度、净化空气起到重要的作用。

目前，树木影响下街道空气和污染物运移相关力学行为的研究集中于风洞试验、数值模拟及实地测量，其中数值模拟技术具有耗费资源少、获取信息量多等优点，越来越多的被用于预测树木影响下街道内污染物运移扩散行为。理论上来说，树木影响下街谷内污染物扩散是一个较为复杂的动力学行为，仅就单个树木而言，包括了树冠中树叶对气流的阻尼效应以及树木枝干对气流的剪切和阻碍效应，这些又导致污染物在城市街谷中的运移扩散存在着特殊性。此外，从树木的特征上来说，受树木遗传特性影响，树叶分布的非均匀性、非连续性以及树冠形状等因素也将导致城市街谷内气流流动和污染物扩散的差异化。这也就是说，数值模拟过程中，准确描述树木对气流的阻尼、阻碍效应是预测城市街道内污染物运移扩散的基础和关键。

现有专利CN201610589358.1，公开了一种街道峡谷机动车尾气污染物浓度估算系统，该系统可以由城市道路车流量、峡谷几何结构等数据，通过CFD数值模拟方法得到街道峡谷污染物扩散、分布情况，可操作性强；另外，本发明使得对城市各区域空气污染程度的监测变得更加机动灵活，方便绘制本地区空气污染浓度分布图，利于确定本区域内的重污染区、分析本区域内空气污染的原因，为制定本区域尾气污染治理措施提供科学合理的依据。但该技术主要研究的是道路车流量对街道峡谷污染物扩散的影响，并没有深入研究街道上的树木对街道峡谷污染物扩散的影响。

目前，树木影响下城市街谷风环境及污染物浓度的数值模拟研究，从树木表征方面来说主要存在如下难点：

真实树木外形有着明显特点且主要取决于树木的遗传特性，且树叶分布呈现着非均匀性和非连续性，现有数值模拟研究中树冠形态多假设为规则的圆或长方体；

且树冠中树叶存在着非连续性和非均匀性分布，而对整个树冠区域(多为长方体)加载均匀的植被层阻力源项无法反应这一特征；

最后，树木实体的枝干阻碍污染物的传播扩散，现有技术忽略了树木实体枝干对污染物的阻碍效应。

综上，现有技术在针对树木影响下的街道污染物运移模拟时，要么不考虑树木枝干实体对气流存在着阻滞和剪切效应,要么不考虑真实树木外形，缺乏模拟过程中对真实树木完整的进行准确刻画和表征。因此，需要一种研究城市街道内真实树木对污染物运移及污染物分布影响的模拟方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种真实树木对街道污染物运移影响的模拟方法，由真实树木三维点云数据入手，解决树木枝干的提取与建模、树冠阻力源的准确映射等难点，进而得到真实树木对城市街谷污染物运移的影响，从健康角度为污染天气下的行人被动控制提供借鉴和指导。

本发明提供了一种真实树木对街道污染物运移影响的模拟方法，包括以下步骤：

扫描城市街道的真实树木获取树木三维点云数据；

对所述树木三维点云数据进行分离得到枝干点云数据及枝叶点云数据，根据所述枝干点云数据重构树木的枝、干实体数据；