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一种烟羽污染预警方法、装置、设备及存储介质与流程

  • 国知局
  • 2024-12-06 12:52:48

本发明涉及烟羽污染预警领域,特别涉及一种烟羽污染预警方法、装置、设备及计算机可读存储介质。

背景技术:

1、发生森林火灾时产生大量烟羽,给下风向区域带来严重空气污染,可能对人类健康构成威胁、给社会和经济带来不利影响。因此对下风向区域进行烟羽预警,使社会公众提前采取防范措施有重要价值意义。高斯烟羽模型是一种常用的大气污染物扩散模型,用于描述污染物在大气中的空间分布情况,广泛应用于预测和评估污染源的影响。现有相关技术在应用高斯烟羽模型的过程中假定了避免了不同区域风场一致的假设,更符合实际情况,存在烟羽污染预警误报漏报的情况。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种烟羽污染预警方法、装置、设备及计算机可读存储介质,应用于烟羽污染预警领域,该方法基于测风激光雷达的探测数据来进行高斯烟羽模型的计算,避免了水平风场不变、污染源排放速率恒定导致的预测结果与实际情况存在偏差,且进一步将整个水平风场划分为多个区域风场,避免了不同区域风场一致的假设,更符合实际情况,使预测结果的精确度得到进一步提升。

2、为解决上述技术问题,本发明提供一种烟羽污染预警方法,包括:

3、获取测风激光雷达扫描得到的每个方位角上各采样点的径向风数据及雷达信噪比,基于所述径向风数据反演得到水平风场,基于所述雷达信噪比反演得到各所述采样点的消光系数;

4、将所述消光系数大于消光系数阈值的采样点确定为目标采样点,基于所述目标采样点构建目标点云,通过垂直于所述水平风场的水平风向的面截取所述目标点云,将截取得到的最大截面积确定为烟羽截面积;

5、基于所述目标采样点的所述消光系数确定平均颗粒物质量浓度,将所述平均颗粒物质量浓度、所述烟羽截面积及所述水平风场的水平风速的乘积确定为烟羽排放速率;

6、将所述消光系数最大的所述采样点确定为排放源,以所述排放源为中心构建初始矩形,基于所述水平风向多次扩展所述初始矩形的两条边,构建得到多个嵌套矩形;

7、基于所述水平风场确定各所述嵌套矩形的区域风场,基于所述区域风场及所述烟羽排放速率通过高斯烟羽模型确定所述嵌套矩形内空间点的烟羽浓度,基于所述烟羽浓度进行烟羽污染预警。

8、可选的,所述基于所述区域风场及所述烟羽排放速率通过高斯烟羽模型确定所述嵌套矩形内空间点的烟羽浓度,包括:

9、基于所述区域风场的区域风向在每个所述嵌套矩形内确定烟羽路径;

10、以各所述烟羽路径的起始点为坐标原点,以所述区域风场的区域风向为x轴正方向,以在水平面垂直于所述区域风向的垂直风向为y轴正方向,以垂直于水平面向上的方向为z轴正方向,构建各所述嵌套矩形的区域坐标系;

11、确定所述空间点在所述区域坐标系下的空间坐标,基于所述空间坐标、所述区域风场的区域风速及所述烟羽排放速率通过所述高斯烟羽模型确定所述空间点在所述区域坐标系下的初始烟羽浓度;

12、确定各所述初始烟羽浓度的权重因子,基于所述权重因子对各所述初始烟羽浓度进行加权求和,得到所述空间点的所述烟羽浓度。

13、可选的,所述确定各所述初始烟羽浓度的权重因子,包括:

14、将所述嵌套矩形内的烟羽路径长度占途经烟羽路径长度的比值确定为所述初始烟羽浓度的所述权重因子。

15、可选的,所述基于所述水平风场确定各所述嵌套矩形的区域风场,包括:

16、将各所述嵌套矩形内的所述水平风场分解为经度方向的u分量及纬度方向的v分量;

17、基于所述u分量及所述v分量确定各所述嵌套矩形内所述区域风场的区域风速及区域风向;

18、将所述区域风向的偏差小于预设偏差的相邻两个所述嵌套矩形合并,得到合并后的所述嵌套矩形,并重新确定合并后的所述嵌套矩形的所述区域风场。

19、可选的,所述基于所述目标采样点的所述消光系数确定平均颗粒物质量浓度,包括:

20、确定所述消光系数与颗粒物质量浓度的相关模型,将所述目标采样点的所述消光系数的平均值作为所述相关模型的输入,得到所述平均颗粒物质量浓度。

21、可选的,所述基于所述径向风数据反演得到水平风场,基于所述雷达信噪比反演得到各所述采样点的消光系数,包括:

22、基于所述径向风数据通过vad算法进行反演得到所述水平风场;

23、基于所述雷达信噪比通过klett后向法反演得到各所述采样点的所述消光系数。

24、可选的,所述获取测风激光雷达扫描得到的每个方位角上各采样点的径向风数据及雷达信噪比,包括:

25、获取测风激光雷达扫描得到的每个方位角上各所述采样点的所述径向风数据及所述雷达信噪比;

26、确定雷达信噪比阈值,将所述雷达信噪比小于所述雷达信噪比阈值的所述采样点确定为低可信采样点,将所述低可信采样点的所述径向风数据删除。

27、为解决上述技术问题,本发明提供一种烟羽污染预警装置,包括:

28、第一模块,用于获取测风激光雷达扫描得到的每个方位角上各采样点的径向风数据及雷达信噪比,基于所述径向风数据反演得到水平风场,基于所述雷达信噪比反演得到各所述采样点的消光系数;

29、第二模块,用于将所述消光系数大于消光系数阈值的采样点确定为目标采样点,基于所述目标采样点构建目标点云,通过垂直于所述水平风场的水平风向的面截取所述目标点云,将截取得到的最大截面积确定为烟羽截面积;

30、第三模块,用于基于所述目标采样点的所述消光系数确定平均颗粒物质量浓度,将所述平均颗粒物质量浓度、所述烟羽截面积及所述水平风场的水平风速的乘积确定为烟羽排放速率;

31、第四模块,用于将所述消光系数最大的所述采样点确定为排放源,以所述排放源为中心构建初始矩形,基于所述水平风向多次扩展所述初始矩形的两条边,构建得到多个嵌套矩形;

32、第五模块,用于基于所述水平风场确定各所述嵌套矩形的区域风场,基于所述区域风场及所述烟羽排放速率通过高斯烟羽模型确定所述嵌套矩形内空间点的烟羽浓度,基于所述烟羽浓度进行烟羽污染预警。

33、为解决上述技术问题,本发明提供一种烟羽污染预警设备,包括:

34、存储器,用于储存计算机程序;

35、处理器,用于执行所述计算机程序时实现所述烟羽污染预警方法。

36、为解决上述技术问题,本发明提供一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质中存储有计算机可执行指令,所述计算机可执行指令被处理器执行时,实现所述烟羽污染预警方法。

37、可见,本发明方法通过获取测风激光雷达扫描得到的每个方位角上各采样点的径向风数据及雷达信噪比,基于径向风数据反演得到水平风场,基于雷达信噪比反演得到各采样点的消光系数;将消光系数大于消光系数阈值的采样点确定为目标采样点,基于目标采样点构建目标点云,通过垂直于水平风场的水平风向的面截取目标点云,将截取得到的最大截面积确定为烟羽截面积;基于目标采样点的消光系数确定平均颗粒物质量浓度,将平均颗粒物质量浓度、烟羽截面积及水平风场的水平风速的乘积确定为烟羽排放速率;将消光系数最大的采样点确定为排放源,以排放源为中心构建初始矩形,基于水平风向多次扩展初始矩形的两条边,构建得到多个嵌套矩形;基于水平风场确定各嵌套矩形的区域风场,基于区域风场及烟羽排放速率通过高斯烟羽模型确定嵌套矩形内空间点的烟羽浓度,基于烟羽浓度进行烟羽污染预警。

38、本发明方法基于测风激光雷达的探测数据来进行高斯烟羽模型的计算,避免了水平风场不变、污染源排放速率恒定导致的预测结果与实际情况存在偏差,且进一步将整个水平风场划分为多个区域风场,提高了风场的精度,使预测结果的精确度得到进一步提升。

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