[发明专利]一种基于监测车的大气污染监测和源辨识方法

说明书

本发明提供了一种基于监测车的大气污染监测和源辨识方法，属于大气污染物监测和源辨识技术领域。首先通过城市卫星地图建立待测城区建筑的三维模型；根据气象站提供的实时风速风向模拟计算出城区动态的流场；监测车按一定路线和原则选定三个测点，记录位置、时间和污染物浓度数据，通过伴随方法计算出可能的污染源位置，为监测车寻源方向提供指导；若没找到实际污染源，说明区域内存在多个污染源，需要继续选择其他测点重新辨识。对于多污染源情况，需要将找到的污染源关闭，去除其在研究区域内的污染影响，再利用同样方法依次寻找其余污染源。如此可以在实际动态风条件下准确地辨识出多个污染物源。

技术领域

本发明属于大气污染监测和源辨识技术领域，具体涉及一种在动态气象条件下利用移动监测车对同时存在的多个污染物源进行位置和释放强度的辨识方法。

背景技术

大气污染已成为现代城市面临的严重问题，污染物的不合理排放不但对环境造成影响，同时威胁着居民的健康。在大气污染事件中，能否根据临时监测数据对污染源的位置进行快速识别，对于城市大气污染源的控制管理以及改善城市空气质量意义重大。目前对于大气污染的监测方法相对简单，监测路线以及点位覆盖不全面不细致，监测水平亟待提升，同时缺少应用于实际的有效寻源方式。

现有专利：一种利用可移动污染物探测器辨识城市空间多污染物源的方法 (授权公告号CN106777893A)采用基于概率论的伴随方法，在稳定流场中通过有限个移动探测器做到对城市多个污染源的快速辨识。该发明的缺陷在于：没有考虑到现实情况中风向风速是随时间不断变化的，导致研究区域的风场和污染物浓度场是动态而非稳定的。风场模拟的准确性对污染源方向的判断有重要影响，采用稳态流场进行模拟计算可能导致寻源的结果有误，或在寻源过程中浪费不必要的时间。

因此，针对上述问题，本发明进一步改进了伴随方法用于城市空间的多污染物源辨识，提出一种应用于实际动态流场中的基于监测车的大气污染监测和源辨识方法，使源辨识结果更加准确，能够降低城市大气污染治理的成本，有助于城市空气的治理和改善。

发明内容

本发明的主要目的在于解决城市污染源的快速辨识问题，以及解决专利(授权公告号CN106777893A)没有考虑到实际情况下动态流场的缺陷。提出一种能应用于实际的，借助污染物监测车辨识多污染物源的方法。

本发明的技术方案：

一种基于监测车的大气污染监测和源辨识方法，步骤如下：

(1)根据城市卫星地图建立待测城区建筑的三维模型；

(2)首先默认待测城区只有一个污染源；监测车以5-10米/秒的速度于待测城区内行驶，路线覆盖待测城区内所有道路，沿路实时监测污染物浓度；若监测到污染物浓度值高于污染物对人体造成危害的限值，停车至污染物浓度数据稳定，将监测车位置坐标、停车时刻、污染物浓度记录为(P1，T1，C1)；再将监测车行驶至另外一个位置，停车并记录相关信息为(P2，T2，C2)；P2位置的选取原则是在P1位置基础上，沿街道向前或向后行驶，寻找一个污染物浓度与P1的污染物浓度相差至少10％的位置；最后，监测车移动到第三个位置，停车并记录(P3，T3，C3)，P3位置的选取原则同P2，且P1、P2和P3三点的连线不与主导风向平行；若难以达到以上浓度要求，则在P1位置前后30-50米选点作为P2和P3；

(3)获取气象站提供的待测城区每秒变化的风速和风向信息，并选择合适的时间尺度做一定的数学上的简化处理；流场每隔一段时间更新，并假设在每个时段内是恒定的；从监测结束时刻开始，到监测开始时刻为止，将整理后的风象信息按时间逆序排列，作为变化的速度入口边界条件，使用计算流体力学求解纳维斯托克斯方程，得出监测期间待测城区按时间逆序变化的速度场；与稳态模拟相比，该处理可以描述风变对污染的影响；

(4)污染物受变化的速度场的影响，其传播方程的边界条件也是动态变化的；将监测车记录的每个测点的浓度、位置和时间信息，代入非稳态的污染物传播方程的伴随方程：