利用CFD和卫星数据提取污染排放源制造技术

本发明专利技术涉及利用CFD和卫星数据提取污染排放源。具体地，一种用于对空气污染建模的方法包括接收特定地理区域的天气模型。接收在该地理区域的卫星观测污染观测数据。采用所接收的天气模型产生污染在该地理区域的物理扩散模型。将所接收的卫星观测污染观测数据内插到所产生的物理模型中。采用用于所内插的卫星观测污染观测数据和所产生的物理模型的加权系数，合并所内插的卫星观测污染观测数据和产生的物理模型。加权系数是根据物理扩散模型和卫星观测污染观测数据中的相对误差来计算的。

Using CFD and satellite data to extract sources of pollution emission

The present invention relates to the extraction of pollutant emission sources using CFD and satellite data. In particular, a method for modeling air pollution includes receiving a weather model of a particular geographical region. Satellite observations of pollution observed in the geographic region are received. A received physical model is used to generate a physical diffusion model of pollution in the geographical region. The received satellite observations are interpolated into the resulting physical model. Using interpolated satellite observations, pollution observations and weighted coefficients of the generated physical models, the interpolated satellite observations, pollution observations, and physical models are generated. The weighting coefficients are calculated based on the relative errors in the physical diffusion model and satellite observations of pollution observations.

【技术实现步骤摘要】
利用CFD和卫星数据提取污染排放源
本公开涉及提取污染源，更具体地，涉及利用CFD和卫星数据提取污染排放源的方法。
技术介绍
空气污染是有害物质进入到了地球大气层。空气污染对人类健康有害，对于地球及其生态系统也具有其他重要的负面影响。获得对于当前空气污染的精确测量，对于保护人们免受空气污染的有害影响、精确地定位补救行动以及对于空气污染的发展产生有意义的长期研究都是非常重要的。空气污染通常源自各种排放源，因此对于各种排放源提供量化理解和可视化将是获得对于当前空气污染的精确测量和污染分布的一个重要的部分。
技术实现思路
一种用于对空气污染建模的方法包括接收特定地理区域的天气模型。接收在该地理区域的卫星观测污染观测数据。采用所接收的天气模型产生污染在该地理区域的物理扩散模型。将所接收的卫星观测污染观测数据内插到所产生的物理模型中。采用用于所内插的卫星观测污染观测数据和所产生的物理模型的加权系数，合并所内插的卫星观测污染观测数据和产生的物理模型。加权系数是根据物理扩散模型和卫星观测污染观测数据中的相对误差来计算的。卫星观测污染观测数据可以具有比物理扩散模型更粗粒度的分辨率。所产生的物理扩散模型可以是计算流体力学(computedfluiddynamics，CFD)模型。可以利用在一个或多个观测站取得的一个或多个观测排放水平来从所接收的天气模型产生物理扩散模型。还可以利用从卫星观测污染观测数据取得的一个或多个观测排放水平来从所接收的天气模型产生物理扩散模型。可以通过使得在一个或多个观测站取得的一个或多个观测排放水平与从物理扩散模型计算出的在一个或多个观测站的位置的计算排放水平之间的差别最小，来优化物理扩散模型。也可以通过使得从在一个或多个位置的卫星观测污染观测数据取得的一个或多个观测排放水平与从物理扩散模型计算出的在一个或多个位置的计算排放水平之间的差别最小，来优化物理扩散模型。可以基于物理扩散模型的计算出的反演模型误差以及卫星观测污染观测数据的预定误差来计算在物理扩散模型和卫星观测污染观测数据中的相对误差。该方法还可以进一步包括将合并的内插卫星观测污染观测数据和产生的物理扩散模型显示为在特定地理区域上的空气污染水平的视觉表示。一种用于对空气污染建模的方法包括接收特定地理区域的天气模型。接收在该地理区域的卫星观测污染观测数据。采用所接收的天气模型产生污染在该地理区域的物理扩散模型。将所接收的卫星观测污染观测数据内插到所产生的物理模型中。通过使得从在一个或多个位置的卫星观测污染观测数据取得的一个或多个观测排放水平与从物理扩散模型计算出的在一个或多个位置的计算排放水平之间的差别最小，来优化产生的物理扩散模型。卫星观测污染观测数据可以具有比物理扩散模型更粗粒度的分辨率。所产生的物理扩散模型可以是计算流体力学(CFD)模型。该方法还可以进一步包括将优化的物理扩散模型显示为在特定地理区域上的空气污染水平的视觉表示。计算机系统包括处理器和非易失性的有形程序存储介质，其可由计算机系统读取，实现可由处理器执行的用于实现对空气污染建模的方法步骤的程序指令。该方法包括接收特定地理区域的天气模型。接收在该地理区域的卫星观测污染观测数据。采用所接收的天气模型产生污染在该地理区域的物理扩散模型。将所接收的卫星观测污染观测数据内插到所产生的物理模型中。采用用于所内插的卫星观测污染观测数据和所产生的物理模型的加权系数，合并所内插的卫星观测污染观测数据和产生的物理模型。加权系数是根据物理扩散模型和卫星观测污染观测数据中的相对误差来计算的。卫星观测污染观测数据可以具有比物理扩散模型更粗粒度的分辨率。所产生的物理扩散模型可以是计算流体力学(CFD)模型。可以利用在一个或多个观测站取得的一个或多个观测排放水平来从所接收的天气模型产生物理扩散模型。还可以利用从卫星观测污染观测数据取得的一个或多个观测排放水平来从所接收的天气模型产生物理扩散模型。可以通过使得在一个或多个观测站取得的一个或多个观测排放水平与从物理扩散模型计算出的在一个或多个观测站的位置的计算排放水平之间的差别最小，来优化物理扩散模型。该方法还可以进一步包括将合并的内插卫星观测污染观测数据和产生的物理扩散模型显示为在特定地理区域上的空气污染水平的视觉表示。附图简要说明通过参考下面结合附图对于例示实施例的详细描述，可以更好地理解本专利技术以及其优选使用方式以及进一步的目标和优点，在附图中：图1是根据本专利技术的例示实施例的在一个地理区域上的污染示意图；图2是根据本专利技术的例示实施例的显示用于执行CFD以便理解在一个地理区域上的污染排放强度的方法的流程图；图3是根据本专利技术的例示实施例的在一个地理区域上的卫星观测污染分布示意图；图4是显示根据本专利技术的例示实施例的用于利用基于卫星的污染排放强度对于一个地理区域上的污染进行物理建模的方法的流程图；图5是显示根据本专利技术的例示实施例的用于采用反演CFD建模来产生精细背景污染源的表示的方法的流程图；以及图6显示了能够实现根据本专利技术的例示实施例的方法和装置的计算机系统的示例。具体实施方式在描述如附图所示的本公开的例示实施例时，为了清楚起见采用的特定术语。然而，所选择的特定术语并非意图用来限制本公开，应该理解，每个特定元件包括以类似方式操作的所有技术等同物。可以利用计算流体动力(CFD)或卫星数据来测量空气污染的排放源。CFD、即计算流体动力或流体模拟，是在运用到空气污染的建模时用于产生分散和集中的污染物释放到大气中的方式的真实表示的计算机图形工具。通过向模型提供与排放源和大气条件相关的精确数据，CFD可以用于将当前的污染特征可视化，并精确地预测未来的污染分布方向。图1是根据本专利技术的例示实施例的在一个地理区域上的污染示意图。CFD可以利用物理扩散建模，物理扩散建模例如可以通过采用多网格系统来开发。在这个多网格系统中，可以在一个更细网格系统上来解物理扩散等式，该更细网格系统的分辨率可以是δx＝δy＝400米，而粗网格系统用于近似在一个地理区域的源排放，其分辨率为Δx＝Δ＝5公里。在当前的网格系统中，污染排放表面G(x)可以用高斯核近似为：其中，是粗网格系统的第i个网格点，例如，污染核的中心，σ＝0.6Δx是核的长度标量，βi是在第i个网格点的排放强度，其单位为吨/年(ton/year)或微克/秒(μg/sec)。这里，将Xit,(i＝1,…,N)定义为物理扩散模型((x,t；))对于Q(x,βi,)在时刻t在N接收器或观测点位置(xr)的解。其中，是用于计算机模型输出的在接收器位置处的污染浓度值的子集的狄拉克δ运算符。从这个计算机模型输出，可以将在时刻t的污染浓度值估计为：这里，∈it是空间-时间误差过程。可以对排放比β进行估值。图2是根据本专利技术的例示实施例的显示用于执行CFD以便理解在一个地理区域、例如新加坡的污染排放强度的方法的流程图。首先，可以提供量化的天气模型(步骤S201)。该天气模型可以用一个或多个常规的天气建模技术获得。天气模型可以覆盖一个有限的地理区域、例如新加坡。然后可以为该有限的地理区域生成物理扩散模型(步骤S202)。在给定边界条件和天气模型的情况下，物理扩散模型可以对污染排放源在该地理区域传播的方式建模。所利用的边界条件例如可以包括在一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于对空气污染建模的方法，包括：接收一特定地理区域的天气模型；接收该地理区域上的卫星观测污染观测数据；采用所接收的天气模型产生污染在该地理区域的物理扩散模型；将所接收的卫星观测污染观测数据内插到所产生的物理扩散模型；以及采用用于所内插的卫星观测污染观测数据和所产生的物理扩散模型的加权系数，合并所内插的卫星观测污染观测数据和所产生的物理扩散模型，其中，根据在物理扩散模型和卫星观测污染观测数据中的相对误差，计算所述加权系数。

【技术特征摘要】
2015.11.12 US 14/938,9631.一种用于对空气污染建模的方法，包括：接收一特定地理区域的天气模型；接收该地理区域上的卫星观测污染观测数据；采用所接收的天气模型产生污染在该地理区域的物理扩散模型；将所接收的卫星观测污染观测数据内插到所产生的物理扩散模型；以及采用用于所内插的卫星观测污染观测数据和所产生的物理扩散模型的加权系数，合并所内插的卫星观测污染观测数据和所产生的物理扩散模型，其中，根据在物理扩散模型和卫星观测污染观测数据中的相对误差，计算所述加权系数。2.如权利要求1所述的方法，其中，卫星观测污染观测数据具有比物理扩散模型更粗粒度的分辨率。3.如权利要求1所述的方法，其中，所产生的物理扩散模型是计算流体动力(CFD)模型。4.如权利要求1所述的方法，其中，物理扩散模型是采用在一个或多个观测站取得的一个或多个观测排放水平从所接收的天气模型产生的。5.如权利要求1所述的方法，其中，物理扩散模型是采用从卫星观测污染观测数据取得的一个或多个观测排放水平从所接收的天气模型产生的。6.如权利要求1所述的方法，其中，通过使得在一个或多个观测站取得的一个或多个观测排放水平与从物理扩散模型计算出的在一个或多个观测站的位置的计算排放水平之间的差别最小，来优化物理扩散模型。7.如权利要求1所述的方法，其中，通过使得从在一个或多个位置的卫星观测污染观测数据取得的一个或多个观测排放水平与从物理扩散模型计算出的在一个或多个位置的计算排放水平之间的差别最小，来优化产生的物理扩散模型。8.如权利要求1所述的方法，其中，基于物理扩散模型的计算出的反演模型误差以及卫星观测污染观测数据的预定误差来计算在物理扩散模型和卫星观测污染观测数据中的相对误差。9.如权利要求1所述的方法，进一步包括，将合并的内插卫星观测污染观测数据和产生的物理扩散模型显示为在特定地理区域上的空气污染水平的视觉表示。10.一种用于对空气污染建模的方法，包括：接收一特定地理区域的天气模型；接收该地理区域上的卫星观测污染观测数据；采用所接收的天气模型产生污染在该地理区域的物理扩散模型；将所接收的卫星观测污染观测数据内插到所产...

【专利技术属性】
技术研发人员：白鑫鑫，董进，杜辉，芮晓光，王海峰，谢保国，尹文君，张盟，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：美国,US