(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210940934.8 (22)申请日 2022.08.08 (71)申请人 青岛恒天翼信息科技有限公司 地址 266000 山东省青岛市崂山区苗岭路 36号海协大厦2号楼 902室 (72)发明人 王光峻　张梦圆　王捷　冯晨　 邢永超　张骏　 (74)专利代理 机构 青岛海知誉知识产权代理事 务所(普通 合伙) 37290 专利代理师 唐修豪 (51)Int.Cl. G06Q 10/04(2012.01) G06T 17/00(2006.01) G06F 16/29(2019.01) G06F 30/10(2020.01) (54)发明名称 气体污染源扩散模拟预测算法 (57)摘要 本发明涉及一种气体污染源扩散模拟预测 算法， 属于环境预测领域； 该算法针对高污染性 场所进行定向设计， 包括以下步骤： （1） 利用MM5 模拟中尺度高空资料、 地面气象资料以及大气流 边界层参数作为原始数据； （2） 利用AERMOD模型 进行污染浓度值以及扩散面积的预测， 并在 AERMOD模型的基础上建立 GIS耦合模型， 该GIS耦 合模型面向不同的应用场景提供了四个细节层 次的数据服务， 分别为体块模型、 基础模 型、 标准 模型和精细模型。 本发明的优点是： 对AERMOD模 型进行改进并集成了大气流边界参数和MM5高空 资料， 提升了污染预测精度， 并将输 出结果与GIS 耦合建模， 提升 了预测灵敏性。 权利要求书2页 说明书5页 附图1页 CN 115062870 A 2022.09.16 CN 115062870 A 1.一种气体污染源扩散模拟预测算法， 其特征在于， 该算法针对高污染性场所进行定 向设计， 包括以下步骤： （1） 利用MM5模拟中尺度高空资料、 地面气象资料以及大气流边界层参数作为原始数 据； （2） 利用AERMOD模型进行污染浓度值以及扩散面积的预测， 并在AERMOD模型的基础上 建立GIS耦合模型， 该GIS耦合模型面向不同的应用场景提供了四个细节层次的数据服务， 分别为体块模型、 基础模型、 标准模型和精细模型。 2.根据权利要求1所述的气体污染源扩散模拟预测算法， 其特征在于， 所述的大气边界 层参数由地表特性决定， 包括不稳定层结 的边界层参数和稳定层结 的边界层参数； 当地表 显热通量大于零时， 大气为不稳定层结， 形成不稳定层结的边界层参数， 出现在日出后至日 落前的白天， 地表受太阳辐射加热， 形成向上的热量传输； 显热通量H由能量平衡方程表 示： ， 式中 为潜热通量， G为土壤热通量， 为净辐射率； 计算出显热通量 后， 再采用迭代法计算出莫宁长度： ， 式中k=0.4为卡曼常数； 为干空 气密度， 单位为kg/m ³； C为空气定压比热容， 单位为j/ （kg ·k） ； T为环境气温， 单位为K； u为 谢才系数； g为重力加速度， 单位为m/s2； H为高度， 单位为m； 稳定层结的边界层参数直接由 云量、 风速和气温计算 地表摩擦速度和温度尺度。 3.根据权利要求1或2所述的气体污染源扩散模拟预测算法， 其特征在于， 所述的地面 气象资料包括近5年内化工园区每日逐时气象监测站 监测的风向、 风速、 总云量、 低云量、 气 温、 相对湿度、 露点温度和气压， 以及气象观测站观测的探空资料， 该探空资料包括化工园 所属地区气象观测站近5年每日07时和19时， 地面至2000m高空的气压、 风向风速、 干球温度 和露点温度， 每间隔5 0m设置一层观测点， 共41层观测点。 4.根据权利要求3所述的气体污染源扩散模拟预测算法， 其特征在于， 所述的气象监测 站在无人值守的恶劣环境下全天候全自动正常运行， 每一个气象监测气象站作为子站， 向 中心站传送数据。 5.根据权利要求1所述的气体污染源扩散模拟预测算法， 其特征在于， 所述的MM5模拟 中尺度高空资料为化工园有毒有害气体监测点的经度、 纬度和海拔高度， 模式计算区为双 重嵌套： 第一重网格精度  2km， 16×16个网格； 第二重网格精度为5  km， 38×38个网格； 其中 边界层物理过程参数化使用Mellor&Yamada的level2.5闭合方案和MRF方案； 地形地表资料 包括30'水平分辨率的SRTM3资料和USGS资料； 气象资料为北京时间08时与20时化工园所在 地境内地面气象监测站的观测资料和 探空站的观测资料， 以每天世界时12:00时的NCEP再 分析资料为初始时刻， 输出高空资料为地面至1050  m共21层中， 每层的气压、 干球温度、 露 点温度、 风速和风向。 6.根据权利 要求1所述的气体污染源扩散模拟预测算法， 其特征在于， 所述的AERMOD模 型进行污染浓度值的预测值为： ， 该预测值由三种污染源的质量浓度组成， ； 为因下沉气流直接扩散到 地面的直接源的质量浓度单位为g/m3； 为上升气流扩散到混合层顶层的间接源权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115062870 A 2的质量浓度， 单位为g/m3， 其计算公式与直接源最大的区别是模拟浮力烟羽的滞后反射； 为穿透进入混合层上部稳定层中的穿透源质量浓度， 单位为g/m3， 其在稳定和 对流条件下均满足高斯分布。 7.根据权利要求1所述的气体污染源扩散模拟预测算法， 其特征在于， 所述的体块模型 的基底轮廓线基于获取的1： 500、 1： 1000、 1： 2000的比例尺地形图中， 建筑物的基底轮廓线 直接生成， 并与地形图保持一致； 体块模型依据地形、 道路、 水系、 建筑物基底的几何形状及 建筑高度生成几何模型， 材质使用单色表示。 8.根据权利要求1所述的气体污染源扩散模拟预测算法， 其特征在于， 所述的基础模型 选择仿真贴图或者公开渠道获取 的影像进行贴图， 三维建模增加真实感， 版本数据只负责 数据加工建模， 不保证原 始数据采集的真实性和现势性。 9.根据权利要求1所述的气体污染源扩散模拟预测算法， 其特征在于， 所述的标准模型 用于生产的原始几何数据来自目标区域CAD格式的竣工图纸， 纹理数据来自现场采集， 可真 实、 准确的反映物体的各部位几何特 征、 样式、 高度、 分布、 位置、 质地、 色彩及纹 理等； 三维建模对于 图纸和现状不一致的部分会进行现场核实修正， 可反映地形起伏特征、 地表形态， 对于山体可以采用真实影 像贴图。 10.根据权利要求1所述的气体污染源扩散模拟预测算法， 其特征在于， 所述的精细模 型根据现场空间的CAD竣工图纸和外业采集的纹理信息精细建模， 真实并准确地反映物体 的各部位几何特征、 样式、 高度、 分布、 位置、 质地、 色彩及纹理， 纹理贴图细节清晰， 三维建 模高度精度不低于模 型自身高度的5％； 精细模型精确反映建筑的立面和屋顶结构， 尤其是 针对附属设施以及工业 生产的设备都进行细节的建模。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115062870 A 3