区域空气污染扩散数据可视化技术的研究

论文摘要

城市环境空气质量关系到人们的生产、生活质量,城市环境空气污染问题成为日益关注的问题。工业、汽车、民用污染源等排放的污染物是造成城市空气污染的主要因素。由于导致污染源扩散的因素比较复杂,准确的描述污染源的扩散规律非常困难,故很多学者通过对其中的某些因素进行假设限制,建立了模拟污染物扩散轨迹的模式,这些模式虽然不能准确的描述污染物的扩散,但是他们在一定程度上可以提供给我们一些判断的依据,而且随着研究的逐步深入,扩散模式也在日益完善,这些模式提供研究中需要的基础数据,并且可以为以后的污染物管理提供了依据,工作人员在做决策时可以对症下药,从而更好地改善人们的生产和生活环境。空间区域中的空气污染物浓度受到诸如风速、风向、云量和光照强度等大气环境因素的影响,随着时间推移而动态变化。目前,国内各省市都开展了环境空气质量与空气污染源排放的实时监测工作,积累了大量的监测数据,为环境管理部门有效控制区域内环境空气质量提供了依据。另外,也可使用空气污染扩散模式模拟和预测空气污染物在空间中的分布情况,并以此来评估空气环境质量。空气环境质量预报不仅可以对已经发生的高污染事件给人们以提醒和警示作用,而且还可以为提出有效和可靠的减排措施提供依据。本文根据某城市污染源排放的监测数据和环境空气质量监测数据,以高架连续点源高斯扩散模式作为空气污染扩散模式,研究了在不同气象条件下空气污染源的扩散规律,通过计算该市各污染源排放点对空气质量监测站点的担当率,分析了不同污染源点对空气质量监测站点监测数据之间的相关性,并研究了对其相关性进行可视化的方法；通过合理选择污染源对离散采样点的横向扩散参数和纵向扩散参数,研究了使用简化的属性值加权反比法求污染扩散等值线绘制中等值点的获取方法,使用等值线更加形象的体现了污染物扩散规律；研究了城市指定空间区域中空气污染物浓度预报数据的时空结构,构造了一个污染源浓度数据网格立方体,以抽象粒子形式建立网格中的污染物浓度值与对应粒子的映射,通过按粒子半径采用不同的散射模型对粒子进行渲染,对空间区域中的污染物进行了半透明渲染与绘制,结果表明,利用该方法对空间区域中污染物质渲染具有良好的视觉效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 研究背景与研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 1.4 本文的组织结构
• 第二章 高斯点源扩散模式相关知识
• 2.1 有风条件下高架连续点源高斯扩散模式
• 2.1.1 两种坐标系的转换
• 2.1.2 高架点源高斯扩散计算公式
• 2.1.3 地面点源高斯扩散公式
• 2.1.4 地面浓度和地面最大浓度
• 2.2 小风或静风时高架连续点源扩散模式
• 2.3 影响高斯扩散的模型参数及其确定
• 2.3.1 大气稳定度
• 2.3.2 横向扩散参数、垂直扩散参数
• 2.3.3 烟流抬升高度
• 2.4 本章小结
• 第三章 空气污染源与监测点之间数据的相关性分析
• 3.1 相关性
• 3.2 担当率
• 3.2.1 担当率形式化标记
• 3.2.2 污染源对监测点的担当率计算方法
• 3.3 相关性分析的数据组织
• 3.3.1 污染源点监测数据
• 3.3.2 气象数据
• 3.4 基于Flash的可视化设计与实现
• 3.5 实验结果
• 3.6 本章小结
• 第四章 污染物扩散规律浓度等值线绘制算法设计与实现
• 4.1 污染物浓度等值线绘制流程
• 4.1.1 离散数据网格化
• 4.1.2 采样点处污染物浓度数据获取
• 4.1.3 网格单元中等值点获取与分析
• 4.1.4 等值线起始点与终点
• 4.1.5 等值点的坐标值确定方法
• 4.1.6 等值线跟踪方法
• 4.2 污染物浓度值等值线绘制模块设计与实现
• 4.3 实验结果
• 4.4 本章小结
• 第五章 使用粒子对区域污染物的可视化
• 5.1 渲染使用的数据
• 5.2 粒子定义
• 5.2.1 粒子间距与粒子大小
• 5.2.2 粒子颜色和不透明度
• 5.3 渲染
• 5.3.1 浓度值平滑
• 5.3.2 大气散射性质
• 5.4 实验结果
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的主要学术论文目录
• 攻读学位期间参与科研项目
• 学位论文评阅及答辩情况表