一种基于模型预测的污染物网格化监测与评估方法

本发明属于环保，具体涉及一种基于模型预测的污染物网格化监测与评估方法。

背景技术：

1、近几年来，随着国内经济持续稳定的快速发展，人们在满足自身物质需求的同时，越来越关注自身的健康情况。生态环境是人们赖以生存的基础，空气质量的污染情况会直接影响到人们的身体健康情况。随着全球气候的变化以及环境空气的严重污染，特别是冬季供暖季节，pm2.5在多地都处于超标状态，对人们的身体健康带来了极大的危害，对环境空气污染情况的实时监测和治理越来越受到人们的关注。

2、为了解决污染物的监测问题，中国发明专利授权公告号cn111461439b《基于城市大气扩散预测的多热源供热负荷调度方法和系统》通过建立热源污染物排放模型、供热网络模型、大气质量预估模型和大气质量评价模型，确定优化大气质量目标函数及约束条件，通过多个可行方案分析比较或启发式算法，决策选择最优的多热源供热负荷调度分配方案，可有效解决重大活动期间空气质量保障和供热保障问题，但是却存在以下技术问题：

3、1、对于污染物来说，若不能通过污染物的超标情况针对性的进行大气质量预估模型的模拟，会占用大量的计算量和内存，同时也造成了不必要的电能消耗。

4、2、当污染物监控区域内部的污染物超标时，此时无法准确的辨认污染物的来源到底来自内部还是外部传输，从而无法针对性的进行污染源的治理，使得污染物的治理效果和治理效率都不能令人满意。

5、3、目前采用大气质量预估模型获取得到的污染物浓度时空分布结果往往是固定的，但是污染物浓度时空分布结果往往是随着时间而发生变化的，因此采用某一时刻的结果也不可能准确的反应真实的污染物浓度情况。

6、基于上述技术问题，需要设计一种基于模型预测的污染物网格化监测与评估方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于模型预测的污染物网格化监测与评估方法。

2、为了解决上述技术问题，本发明第一方面提供了一种基于模型预测的污染物网格化监测与评估方法，包括：

3、s11在污染物监控区域设置污染物监控装置，构成污染物网格化监控系统，对环境中的污染物进行监测得到监测结果；

4、s12基于所述监测结果，判断所述监测结果中是否存在大于第一阈值的污染物类型，若存在，则将所述大于第一阈值的污染物类型作为超标污染物；

5、s13基于所述超标污染物得到城市内部除所述污染物监控区域的区域产生所述超标污染物的污染源，并将所述污染源实时的排放量和气象数据作为输入集，将所述输入集输入至大气质量预估模型，形成污染物监控区域内部的扩散污染物预测结果；所述扩散污染物预测结果每t时刻更新一次，并将上一次的超标污染物浓度时空分布结果作为下一次超标污染物浓度时空分布结果的约束条件；

6、s14基于所述污染物监控区域内部的扩散污染物预测结果与所述监测结果中的超标污染物的排放量，得到所述污染物监控区域内部的超标污染物的排放量；

7、s15基于所述污染物监控区域内部的超标污染物的排放量以及超标污染物，得到所述污染物监控区域内部的环境评估值。

8、上述技术方案中，进一步地，所述步骤s13中，基于所述大气质量预估模型形成污染物监控区域内部的扩散污染物预测结果的具体步骤为：

9、定义大气质量预估模型的约束条件，所述约束条件至少包括能量平衡、动量平衡、质量平衡，上一次的扩散污染物预测结果；

10、实时获取气象数据、污染源实时的排放量，并将所述气象数据、污染源实时的排放量作为初始条件输入至大气质量预估模型；

11、基于所述初始条件进行数值迭代求解得到模拟结果，并基于模拟结果采用fluent软件进行流场分析，并根据流场分析的结果，采用tecplot软件进行可视化处理，获取t时刻的扩散污染物预测结果，并将所述t时刻的扩散污染物预测结果作为下一时刻的扩散污染物预测结果的约束条件。

12、进一步地，所述气象数据包括地面气象数据和高空气象数据，其中所述地面气象数据包括风向、风速、总云量、温度；所述高空气象数据包括不同高度层的气压、温度、风速、风向。

13、进一步地，所述初始条件还包括地形数据，基于所述城市的经纬度、所述污染源的经纬度构建所述城市和污染源的地形数据，并基于所述地形数据、所述气象数据、所述污染源第一时间阈值内的排放量得到污染物监控区域内部的扩散污染物预测结果。

14、通过首先判断是否存在大于第一阈值的污染物类型，当存在大于第一阈值的污染物类型后，再进行大气质量预估模型的建立，从而在保证精度的基础上，减少了不必要的电能消耗。通过大气质量预估模型的建立，可以得到超标污染物的排放的具体来源，从而可以针对性的进行污染物的管理和治理，提高了污染物治理和管理的效率。

15、通过第一阈值的设定，使得能够在污染物超标之后再进行大气质量预估模型的建立，从而在保证评估质量的基础上，降低了不必要的内存和算力消耗，使得系统变得更加稳定，也使得最终的电能消耗进一步降低。

16、通过污染物监控区域内部的超标污染物的排放量以及超标污染物的类型，从而可以准确的对污染物监控区域内部的环境进行评估，由于不同的超标污染物对人体的伤害不同，结合超标污染物也使得评估结果变得更加的准确。

17、进一步地，所述超标污染物获取的具体步骤为：

18、基于所述监测结果，当存在大于第一阈值的污染物类型时，并将所述大于第一阈值的污染物类型作为备选污染物；

19、当所述备选污染物的持续时间大于第二时间阈值或者所述备选污染物被监测到的次数大于第一次数阈值时，将所述备选污染物作为超标污染物。

20、通过第一阈值的设置，以及第二时间阈值和第一次数阈值的设定，可防止由于监测结果的波动导致的错误识别，进而使得超标污染物的错误识别，导致了最终的预测结果不够准确，以及最终进行环境评估的效率较低，而且准确度不高。

21、进一步地，所述第二时间阈值、第一次数阈值根据所述备选污染物对人体的危害程度、所述备选污染物的受关注程度确定。

22、进一步地，所述第二时间阈值的计算公式为：

23、

24、其中，w为备选污染物对人体的危害程度，取值范围在0到1之间，b1为备选污染物的受关注程度，反应备选污染物受到公众的关注程度，取值范围在0到1之间，t为基准时间阈值，k1、k2为权值。

25、进一步地，所述步骤s15具体为：

26、获取所述污染物监控区域内部的超标污染物的排放量以及超标污染物；

27、获取所述监测结果除超标污染物以外的其它污染物类型以及其它污染物类型的排放量；

28、基于其它污染物类型以及其它污染物类型的排放量、所述超标污染物的排放量以及超标污染物，基于igwo-gru算法的评估模型得到污染物监控区域内部的环境评估值。

29、通过采用超标污染物以及其它污染物类型，综合构建污染物监控区域内部的环境评估值，从而能够准确反应污染物监控区域内部的环境评估值，进而可以准确的反应污染物监控区域内部的环境进行治理。

30、进一步地，所述污染物监控区域内部的环境评估值的计算公式为：

31、

32、其中wi为第i个污染物对人体的危害程度，pi为第i个污染物的排放量，pib为第第i个污染物的标准要求的排放量标准，n为污染物的总量。

33、进一步地，当所述污染物监控区域内部的环境评估值大于环境评估值阈值时，基于所述监测结果对所述污染物监控区域内部的污染物进行针对性的治理。

34、另一方面，本技术实施例中提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算机中执行时，令计算机执行上述的一种基于模型预测的污染物网格化监测与评估方法。

35、另一方面，本技术实施例中提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品存储有指令，所述指令在由计算机执行时，使得所述计算机实施上述的一种基于模型预测的污染物网格化监测与评估方法。

36、其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

37、为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。