本發明專利技術公開了一種基于城市尺度和風向通道的污染熱點區域識別方法，包括：將全市尺度地表區域劃分多個城市地表網格；計算每個城市地表網格的地表起伏度并匯集成數據集合，獲得全市區域網格化地表起伏度集合；計算城市建筑網格空間單元的建筑迎風面和建筑用地面積總和之比并匯集成數據集合，獲得主城區區域網格化建筑迎風面積比集合；基于全市區域網格化地表起伏度集合和主城區區域網格化建筑迎風面積比集合，計算不同風向上的風向通道頻率矩陣；結合不同風向上的風向通道頻率矩陣，計算重污染時段內的風向通道，進行城市空氣污染熱點區域識別；開發基于地形分析和建筑形態分析的城市風向通道構建技術；基于風向通道對污染熱點區域進行識別。熱點區域進行識別。熱點區域進行識別。
【技術實現步驟摘要】
一種基于城市尺度和風向通道的污染熱點區域識別方法
[0001]本專利技術涉及城市環保智能識別
，具體涉及一種基于城市尺度和風向通道的污染熱點區域識別方法。
技術介紹
[0002]城市的大氣環境日益受到重視；大氣污染預防與治理是目前亟待解決的難題；現有的科研分析、政策管理大多基于數值模型模擬結果；但數值模擬在復雜地形下精確度不理想，復雜地形導致氣象邊界場變異度過大，無法精確逼近擬合，氣象結果魯棒性較低，模擬結果與實際情況差異大；另一方面，復雜的地形及建筑布局，會對局部氣流、溫濕度、邊界層高度等氣象條件產生重要影響，進而影響空氣污染的形成、傳輸與擴散；例如山谷、盆地等地形極易形成濕度高、靜風頻率高、逆溫現象頻發的氣象條件，進而導致空氣污染擴散條件差、重污染頻發、污染時空動態異質性高的現象；因此，采用新方法輔助數值模擬調優的需求亟待解決；研究顯示，大氣污染和氣象、排放源、地形等因素相關，其中地形因素不僅會影響氣象，如通過熱交換等過程，導致能量、溫度、濕度等天氣情況變化；另一方面，地形的復雜度影響了近地面污染傳輸，不同顆粒度、復雜度、起伏度的地表參數影響下墊面流動的情況；其中，探究地表情況，納入地形因素，是解譯復雜大氣污染變化規律的重要步驟；
[0003]現有技術僅僅提供了基于GIS的風向通道識別技術，并沒有將風向通道應用于地形空氣質量調優中；現有數值模型調優技術主要基于(1)觀測數據(含氣象數據、污染數據)同化；(2)排放清單精細化；(3)構建貼近現實的大氣物理模型，調整參數化方案；(4)時空大數據分析調優；其中，以風向通道為基礎進行調優的方案尚未存在；風向通道現有技術尚未將風向通道應用于基于地形的空氣污染分析中；
[0004]現有數值模型調優技術的缺點包括：數據同化與排放清單精細化缺點：技術層面上，需要精細化大數據作為輔助，如高分辨率且統計詳盡的污染排放清單，時空規律清晰的排放情況調研，高密度空間氣象觀測數據等；成本方面上，需要構建不同觀測站，且需要對排放情況、氣象情況進行詳盡調研，人力物力成本高；而對于參數化方案調整，在成本方面，數值模擬需耗費人工精力進行超參設定及參數設定，模型運行過程中需使用大量運算資源，時間復雜度及空間復雜度高；技術方面，數值模擬適用于氣象變化平穩的平原地區，對復雜地形、復雜氣象場的應用效果不佳；效率方面，數值模型面向不同污染情景其參數化設置方案復雜，對參數的敏感性較高，需采用觀測場進行二次同化提升精度，這大大降低了數值模型的運行效率；因此，有必要提出一種基于城市尺度和風向通道的污染熱點區域識別方法，以至少部分地解決現有技術中存在的問題。
技術實現思路
[0005]在
技術實現思路
部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在具體實施方式部分中進一步詳細說明；本專利技術的
技術實現思路
部分并不意味著要試圖限定出所要求保護的技術方案的關鍵特征和必要技術特征，更不意味著試圖確定所要求保護的技術方案的保護范圍。
[0006]為至少部分地解決上述問題，本專利技術提供了一種基于城市尺度和風向通道的污染熱點區域識別方法，包括：
[0007]S100：將全市尺度地表區域劃分多個城市地表網格；計算每個城市地表網格的地表起伏度并匯集成數據集合，獲得全市區域網格化地表起伏度集合；
[0008]S200：計算城市建筑網格空間單元的建筑迎風面和建筑用地面積總和之比并匯集成數據集合，獲得主城區區域網格化建筑迎風面積比集合；
[0009]S300：基于全市區域網格化地表起伏度集合和主城區區域網格化建筑迎風面積比集合，計算不同風向上的風向通道頻率矩陣；
[0010]S400：結合不同風向上的風向通道頻率矩陣，計算重污染時段內的風向通道，進行城市污染熱點區域識別。
[0011]優選的，所述S100包括：
[0012]S101：按照設定城市地表尺度長寬，將全市尺度地表區域劃分多個城市地表網格；城市地表網格包括：城市地表中心網格及城市地表相鄰網格；所述網格長度*寬度包括：1km*1km；
[0013]S102：根據城市地表高程網格數據，計算每個城市地表網格的地表起伏度；
[0014]S103：將多個城市地表網格的多個網格地表起伏度匯集成數據集合，獲得全市區域網格化地表起伏度集合。
[0015]優選的，所述S200包括：
[0016]S201：按照設定城市建筑區域長寬劃分城市建筑網格空間單元；
[0017]S202：計算城市建筑網格空間單元的建筑迎風面和建筑用地面積總和之比，獲得多個建筑迎風面和建筑用地面積總和之比數據；
[0018]S203：將多個建筑迎風面和建筑用地面積總和之比數據匯集成數據集合，獲得主城區區域網格化建筑迎風面積比集合。
[0019]優選的，所述S300包括：
[0020]S301：基于全市區域網格化地表起伏度集合和主城區區域網格化建筑迎風面積比集合，進行最低成本路徑分析；
[0021]S302：通過最低成本路徑分析，估算16個風向上的全市風向通道和主城區風向通道，表征區域地表氣流的運動路徑；
[0022]S303：計算16個風向中每個風向上的傳輸通道頻率矩陣，獲得不同風向上的風向通道頻率矩陣。
[0023]優選的，所述S400包括：
[0024]S401：結合不同風向上的風向通道頻率矩陣，選擇重污染時段；
[0025]S402：計算重污染時段內的風向通道及重污染時段內16個風向的頻率；計算城市地表網格和城市建筑網格空間單元的風向通道概率；
[0026]S403：分別對城市地表網格和城市建筑網格空間單元的污染排放量和污染傳輸通道概率進行歸一化，并進行城市污染熱點區域識別。
[0027]優選的，所述S102包括：
[0028]S1021：選擇地表起伏度作為下墊面粗糙度的指標；設置城市地表中心網格和城市地表相鄰網格的位置比例；1個城市地表中心網格位于8個城市地表相鄰網格的中心，構成9
宮格樣式的城市地表網格；
[0029]S1022：根據城市地表高程網格數據，計算城市地表中心網格及城市地表相鄰網格中的最高網格海拔高度和最低網格海拔高度的差值；
[0030]S1023：按照最高網格海拔高度和最低網格海拔高度的差值計算方法，計算每個城市地表網格的地表起伏度。
[0031]優選的，所述S202包括：
[0032]S2021：設定城市建筑網格空間單元內所有建筑沿風向上的投影面積之和，獲得城市建筑網格空間單元的建筑迎風面；城市建筑網格空間單元的長*寬包括：200m*200m；
[0033]S2022：計算城市建筑網格空間單元內所有城市建筑用地面積總和；
[0034]S2023：計算城市建筑網格空間單元的建筑迎風面和建筑用地面積總和之比，獲得多個建筑迎風面和建筑用地面積總和之比數據。
[0035]優選的，所述S302包括：
[0036]S3021：在全市區域內，將網格化地形起伏度作為成本權重表面，在主城本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
1.一種基于城市尺度和風向通道的污染熱點區域識別方法，其特征在于，包括：S100：將全市尺度地表區域劃分多個城市地表網格；計算每個城市地表網格的地表起伏度并匯集成數據集合，獲得全市區域網格化地表起伏度集合；S200：計算城市建筑網格空間單元的建筑迎風面和建筑用地面積總和之比并匯集成數據集合，獲得主城區區域網格化建筑迎風面積比集合；S300：基于全市區域網格化地表起伏度集合和主城區區域網格化建筑迎風面積比集合，計算不同風向上的風向通道頻率矩陣；S400：結合不同風向上的風向通道頻率矩陣，計算重污染時段內的風向通道，進行城市污染熱點區域識別。2.如權利要求1所述的一種基于城市尺度和風向通道的污染熱點區域識別方法，其特征在于，所述S100包括：S101：按照設定城市地表尺度長寬，將全市尺度地表區域劃分多個城市地表網格；城市地表網格包括：城市地表中心網格及城市地表相鄰網格；所述網格長度*寬度包括：1km*1km；S102：根據城市地表高程網格數據，計算每個城市地表網格的地表起伏度；S103：將多個城市地表網格的多個網格地表起伏度匯集成數據集合，獲得全市區域網格化地表起伏度集合。3.如權利要求1所述的一種基于城市尺度和風向通道的污染熱點區域識別方法，其特征在于，所述S200包括：S201：按照設定城市建筑區域長寬劃分城市建筑網格空間單元；S202：計算城市建筑網格空間單元的建筑迎風面和建筑用地面積總和之比，獲得多個建筑迎風面和建筑用地面積總和之比數據；S203：將多個建筑迎風面和建筑用地面積總和之比數據匯集成數據集合，獲得主城區區域網格化建筑迎風面積比集合。4.如權利要求1所述的一種基于城市尺度和風向通道的污染熱點區域識別方法，其特征在于，所述S300包括：S301：基于全市區域網格化地表起伏度集合和主城區區域網格化建筑迎風面積比集合，進行最低成本路徑分析；S302：通過最低成本路徑分析，估算16個風向上的全市風向通道和主城區風向通道，表征區域地表氣流的運動路徑；S303：計算16個風向中每個風向上的傳輸通道頻率矩陣，獲得不同風向上的風向通道頻率矩陣。5.如權利要求1所述的一種基于城市尺度和風向通道的污染熱點區域識別方法，其特征在于，所述S400包括：S401：結合不同風向上的風向通道頻率矩陣，選擇重污染時段；S402：計算重污染時段內的風向通道及重污染時段內16個風向的頻率；計算城市地表網格和城市建筑網格空間單元的風向通道概率；S403：分別對城市地表網格和城市建筑網格空間單元的污染排放量和污染傳輸通道概率進行歸一化，并進行城市污染熱點區域識別。
6.如權利要求2所述的一種基于城市尺度和風向通道的污染熱點區域識別方法，其特征在于，所述S102包括：S1021：選擇地表起伏度...
【專利技術屬性】
技術研發人員：屠星月，王維，康玉麟，王標，孫彩萍，
申請(專利權)人：中國環境科學研究院，
類型：發明
國別省市：
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