基于環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的源項估算技術(shù)研究.pdf

1、隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展和公眾環(huán)境意識的不斷增強(qiáng)，環(huán)境安全問題已經(jīng)成為不可回避的社會焦點。對于固定設(shè)施的環(huán)境安全監(jiān)控、處置，我國已經(jīng)擁有一整套比較的成熟技術(shù)、方法。但對于未知地點、未知強(qiáng)度的危險氣體釋放事件的評估與處置，由于其釋放及遷移過程具有較大地不確定性，使得決策者無法在突發(fā)事件早期采取有效的應(yīng)急措施，導(dǎo)致整體應(yīng)急響應(yīng)行動滯后、應(yīng)急行動效率低下。
　　 本研究的目的就在于：建立一套技術(shù)方案，通過特定的優(yōu)化算法，使其能夠有效利用

2、環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對環(huán)境大氣中未知釋放過程進(jìn)行再現(xiàn)模擬。模擬結(jié)果可以是用以描述釋放的釋放參數(shù)的估計，也可以是對危險氣體整個釋放遷移過程及特定時刻危險氣體地面濃度分布的再現(xiàn)。在開展針對國際上多個代表性的核輻射應(yīng)急響應(yīng)系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)發(fā)展跟蹤的同時，對卡爾曼濾波、貝葉斯推導(dǎo)、非參數(shù)化回歸以及啟發(fā)式算法等多種優(yōu)化算法進(jìn)行了充分調(diào)研，并以此為基礎(chǔ)，首次提出利用遺傳優(yōu)化技術(shù)的良好魯棒性，結(jié)合蒙特卡洛粒子擴(kuò)散模式、逆向粒子擴(kuò)散/軌跡模擬技術(shù)，以及皮爾森

3、相關(guān)系數(shù)等統(tǒng)計分析方法，實現(xiàn)對未知釋放參數(shù)(釋放水平位置、釋放高度、釋放強(qiáng)度、釋放起止時間)的估算以及氣載污染物遷移擴(kuò)散過程的再現(xiàn)。模式開發(fā)與驗算的基礎(chǔ)來自近年來開展的多例高質(zhì)量SF6野外大氣擴(kuò)散試驗數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)包括地形高程數(shù)據(jù)、氣象觀測數(shù)據(jù)、邊界層流場數(shù)據(jù)等。應(yīng)用Fortran語言實現(xiàn)了基于環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)與氣象數(shù)據(jù)的源項估算模式-Inverse開發(fā)，并應(yīng)用多線程計算技術(shù)，使模式計算更為充分地利用計算資源，有效提高了模式計算效率。進(jìn)而，通過

4、對不同假定與真實條件下的數(shù)值模擬試驗，對源項估算方案可行性、模式結(jié)果有效性、模式運行時效性等進(jìn)行了分析。同時，通過對不同采樣點布設(shè)的差異對模擬結(jié)果的影響開展了數(shù)值模擬試驗，對該模式的應(yīng)用條件進(jìn)行了嘗試，初步提出了敏感地區(qū)采樣點布設(shè)的基本原則。最后，就下階段Inverse模式的進(jìn)一步完善提出了較系統(tǒng)的數(shù)值驗證方案，為該模式在不同突發(fā)事件場景條件下的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。綜合上述研究成果，分析認(rèn)為：⑴Inverse模式選擇遺傳算法為主要優(yōu)化手段，結(jié)

5、合擴(kuò)散/軌跡模擬技術(shù)，利用PCC(皮爾森相關(guān)系數(shù))、NMSE(標(biāo)準(zhǔn)均方差)作為適宜的評判因子搜尋源項參量的技術(shù)方案是合理可行的；⑵提出在模擬早期，利用逆向軌跡/擴(kuò)散模式合理限定解域區(qū)間的技術(shù)路線。這種做法不僅可以有效縮小優(yōu)化算法的搜索區(qū)間，提高模式運算效率，而且其模擬結(jié)果可以直接為決策者事故提高重要決策信息；⑶程序?qū)崿F(xiàn)中對已有成熟擴(kuò)散模式的調(diào)用方式采用外部可執(zhí)行程序的直接調(diào)用。這種靈活的調(diào)用方式，便于該模式功能拓展，極大拓展了程序未來應(yīng)