【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于大气污染控制领域，具体涉及一种基于粒子印痕模式的大气污染物排放源反演的系统和方法。
技术介绍
1、大气污染的根本原因是排放的污染物及其前体污染严重超过了由当地气候、地形等条件形成的环境容量。污染物排放清单是大气污染模式的起始输入数据，是研究空气污染物在大气中物理化学过程的先决条件，对于模拟二次污染物、了解某一地区空气污染状况、确立合适减排方案有重要作用，由于大气污染源复杂性、数据滞后性、动态变化、规律性不明显等特点，使得大气污染源排放清单的编制困难较大。传统的“自下而上”的清单编制方法，在所需排放因子、活动水平数据的准确性和时效性等方面尚有较大局限，并且工作量巨大，耗费大量的人力、物力。
2、专利cn109522603b公布了一种基于云平台的车载拉格朗日实时大气污染溯源系统及方法，通过在云平台构建wrf气象模式和拉格朗日粒子释放模型，并且通过设计和前端调用平台、gps定位系统紧密结合，构建一个车载移动快速污染溯源系统，可以快速、准确寻找污染源；专利cn114461737a公布了一种基于印痕模型的监测溯源方法和系统，该方法预处理监测数据和区域气象数据，通过向印痕模型引入预处理获得的数据以计算及定位排放源区域。但是上述专利的技术方案均只是通过粒子印痕模型寻找污染源的位置，并不能够通过监测数据相对精准的确定污染源，且对于一些中尺度区域内的大气污染源监测，不能保证获取数据的精确性，存在较大的误差，且计算方式较为麻烦耗时耗力，时效性较低。
技术实现思路
1、针对现有
2、本专利技术解决其技术问题所采用的方案是：一种基于粒子印痕模式的大气污染物排放源反演的系统，包括监测模块、通信模块、数据处理模块和定位模块，所述监测模块包括大气监测单元和气象监测单元，大气监测单元通过通信模块与数据处理模块连接，用于向数据模块传送所检测的污染物数据；气象监测单元包括地面气象站和气象探空仪，其中地面气象站用以采集地面上的气象参数信息，高空气象站用以收集处于高空中的气象参数信息，并通过通信模块将地面参数和高空数据传输至数据处理模块；所述定位模块通过通信模块与数据处理模块连接，用于向数据处理模块发送大气监测单元位置数据、气象监测单元位置数据及卫星遥感数据；所述数据处理模块包括前处理单元、气象模式单元、印痕模型单元和污染源反演单元，所述前处理单元用以接收污染物数据、气象参数信息和卫星遥感数据并进行处理；所述气象模式单元包括设有wrf气象模式的场地处理器，场地处理器与前处理单元连接，用于获取前处理单元处理后的数据，并根据所获取数据计算气象场；所述印痕模型单元中配置有flexaprt模型，flexaprt 模型与wrf气象模式连接，用于利用wrf模式输出的气象场条件并开展flexaprt模拟以获取敏感性系数；所述污染源反演单元与印痕模型单元连接，用于使用污染物数据和flexaprt模拟结果基于推演公式计算污染物排放源。
3、作为本专利技术的一种优选技术方案，所述大气监测单元包括监测传感器，监测传感器用于获取大气中污染物信息，在所述监测传感器上连接有校准接口，用以对监测传感器进行校准。
4、作为本专利技术的一种优选技术方案，所述定位模块基于北斗卫星导航系统或者gps系统，用于获取监测传感器、地面气象站、气象探空仪及卫星遥感位置信息。
5、作为本专利技术的一种优选技术方案，所述卫星遥感数据包括卫星地形数据和基础地形资料。
6、作为本专利技术的一种优选技术方案，所述通信模块包括通过无线网络进行数据信息传输的信息传输单元。
7、作为本专利技术的一种优选技术方案，所述一种基于粒子印痕模式的大气污染物排放源反演的方法，包括下述步骤：
8、步骤一：将污染物监测传感器和气象传感器布设在指定区域，通过校准接口对大气污染物监测传感器进行校准；
9、步骤二：校准完毕后大气污染物监测传感器和气象监测单元分别开始采集大气污染物数据和气象数据，定位模块开始获取大气监测单元位置数据、气象监测单元位置数据及卫星遥感数据，并通过信息传输单元将采集到的数据传输至数据前处理单元中；
10、步骤三：数据前处理单元接收到污染物数据、气象参数信息和卫星遥感数据后，对获取到的数据进行数据清洗处理，并将清洗处理后的数据输送至气象模式单元；
11、步骤四：气象模式单元在接收到前处理单元清洗处理后的基础数据信息后开展wrf模拟，以评估区域为最内层，设置多层高精度嵌套模拟方案，将模拟结果与步骤二中获取到的实际地面和高空气象资料进行比对，若比对效果相差较大，则继续优化wrf模型的参数化方案，直到模拟结果理想，为flexpart模型提供较优的气象场条件为止；
12、步骤五：印痕模型单元在获取到较优的气象场条件后，驱动 flexpart模型在印痕模型单元开展flexpart模拟，设置模拟区域和精度，确定模拟时间，设置粒子释放位置、释放方式、粒子后推时间方案，设置模型的层顶高度、垂直对流参数，输出模拟结果即敏感性系数至污染源反演单元；
13、步骤六：使用污染物监测数据和flexpart模型输出结果，在污染源反演单元基于程序算法反演污染排放源。
14、作为本专利技术的一种优选技术方案，所述反演污染物排放源的程序算法依赖下列公式：包括，
15、建立方程组：ym＝mm×n·xn
16、其中，m是flexpart模型输出的敏感性系数，y是污染物浓度，x 是排放通量；
17、假设其中xa、x和y0分别是后验源、先验源和观测值，则代价函数为：
18、
19、通过解方程可得到x的最优解，计算公式为：
20、x＝[mtdiag(δ0-2)m+diag(δx-2)]-1mtding(δ0-2)(y0- mxa)+xa
21、式中：δ0和δx分别表示模型本身和先验源的标准差；
22、为了减少后验源中的负值，进行迭代计算直到负排放源总和占总排放源的比例小于0.3％，计算公式如下：
23、公式4：
24、式中：xji-1表示源向量，δxji表示先验源中的不确定向量，i 和j分别表示第i次迭代和第j个元素。
25、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的一种基于粒子印痕模式的大气污染物排放源反演的系统和方法，能够直接用观测数据对大气排放源进行反演，克服了传统方法准确性和实效性有限、人力物力消耗大等缺点；在大气监测单元中的监测传感器上连接有校准接口，能够对污染物监测传感器进行校准，保证了传感器的精度，也确保了监测结果的准确性；通信模块中信息传输单元采用5g网络或者无线网络通信，可移动性强、能够在任意区域布设，本系统能够自动化运行、操作简单、省时省力，准确性和实效性高。
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1.一种基于粒子印痕模式的大气污染物排放源反演的系统，其特征在于，包括监测模块、通信模块、数据处理模块和定位模块，所述监测模块包括大气监测单元和气象监测单元，大气监测单元通过通信模块与数据处理模块连接，用于向数据模块传送所检测的污染物数据；气象监测单元包括地面气象站和气象探空仪，其中地面气象站用以采集地面上的气象参数信息，高空气象站用以收集处于高空中的气象参数信息，并通过通信模块将地面参数和高空数据传输至数据处理模块；所述定位模块通过通信模块与数据处理模块连接，用于向数据处理模块发送大气监测单元位置数据和气象监测单元位置数据；所述数据处理模块包括前处理单元、气象模式单元、印痕模型单元和污染源反演单元，所述前处理单元用以接收污染物数据、气象参数信息以及通过通信模块获取到的卫星遥感数据并进行处理；所述气象模式单元包括设有WRF气象模式的场地处理器，场地处理器与前处理单元连接，用于获取前处理单元处理后的数据，并根据所获取数据计算气象场；所述印痕模型单元中配置有FLEXAPRT模型，FLEXAPRT模型与WRF气象模式连接，用于利用WRF模式输出的气象场条件并开展FLEXAPRT模拟以获
2.根据权利要求1所述的基于粒子印痕模式的大气污染物排放源反演的系统，其特征在于，所述大气监测单元包括监测传感器，监测传感器用于获取大气中污染物信息，在所述监测传感器上连接有校准接口，用以对监测传感器进行校准。
3.根据权利要求1所述的基于粒子印痕模式的大气污染物排放源反演的系统，其特征在于，所述定位模块基于北斗卫星导航系统或者GPS系统，用于获取监测传感器、地面气象站、气象探空仪的位置信息。
4.根据权利要求1所述的基于粒子印痕模式的大气污染物排放源反演的系统，其特征在于，所述卫星遥感数据包括卫星地形数据和基础地形资料。
5.根据权利要求1所述的基于粒子印痕模式的大气污染物排放源反演的系统，其特征在于，所述通信模块包括通过无线网络进行数据信息传输的信息传输单元。
6.一种基于粒子印痕模式的大气污染物排放源反演的方法，其特征在于，应用权利要求1-7中任意一项所述的局域粒子印痕模式的大气污染物排放源反演的系统，包括下述步骤：
7.根据权利要求6所述的基于粒子印痕模式的大气污染物排放源反演的方法，其特征在于，所述的反演污染物排放源的程序算法依赖下列公式：包括，
...【技术特征摘要】
1.一种基于粒子印痕模式的大气污染物排放源反演的系统，其特征在于，包括监测模块、通信模块、数据处理模块和定位模块，所述监测模块包括大气监测单元和气象监测单元，大气监测单元通过通信模块与数据处理模块连接，用于向数据模块传送所检测的污染物数据；气象监测单元包括地面气象站和气象探空仪，其中地面气象站用以采集地面上的气象参数信息，高空气象站用以收集处于高空中的气象参数信息，并通过通信模块将地面参数和高空数据传输至数据处理模块；所述定位模块通过通信模块与数据处理模块连接，用于向数据处理模块发送大气监测单元位置数据和气象监测单元位置数据；所述数据处理模块包括前处理单元、气象模式单元、印痕模型单元和污染源反演单元，所述前处理单元用以接收污染物数据、气象参数信息以及通过通信模块获取到的卫星遥感数据并进行处理；所述气象模式单元包括设有wrf气象模式的场地处理器，场地处理器与前处理单元连接，用于获取前处理单元处理后的数据，并根据所获取数据计算气象场；所述印痕模型单元中配置有flexaprt模型，flexaprt模型与wrf气象模式连接，用于利用wrf模式输出的气象场条件并开展flexaprt模拟以获取敏感性系数；所述污染源反演单元与印痕模型单元连接，用于使用污染物数据和flexaprt...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓咏，牛继强，闫军辉，赵承美，魏巍，
申请(专利权)人：信阳师范学院，
类型：发明
国别省市：
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