基于3DGIS的机动车尾气扩散模拟和体视化研究

发布时间：2021-01-14 19:06

　　在城市中,空气污染物的主要来源是机动车尾气,探求城市机动车尾气扩散规律并积极寻求改善措施已成为许多城市迫在眉睫的问题。目前对机动车尾气扩散模拟的研究较多,但对扩散过程建模和体视化分析的研究较少。为此,提出了一个基于3DGIS的机动车尾气扩散建模和可视化框架。首先,在3DGIS中完全整合CALINE4 （California line source dispersion model-4）模型,用连续场模型表达动态扩散过程,在语义空间建立统一数据模型表示建筑、道路、树木以及动态扩散过程数据;其次,采用基于GPU （graphics processing unit）的直接体绘制方法对过程数据进行可视化分析,重点优化梯度计算、体纹理重采样和动态插值等关键算法,动态表达机动车尾气的扩散过程;最后,通过北京地区一条典型的道路机动车尾气扩散实验,检验了该方法的可靠性和高效性。 

【文章来源】：武汉大学学报(信息科学版). 2020,45(06)北大核心

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

耦合3DGIS与CALINE4模型的机动车尾气扩散模拟和可视化框架

CALINE4模型假设待测点为原点，风向为X轴正方向。在道路中心线上，CALINE4模式认为污染源是基于无限长线源模型，在横风向上污染物浓度处处相同，线上的浓度公式为：此外，当风向和线源不垂直且夹角φ>45°时，浓度可以修正为：

式中，Vmax、Vmin分别表示场数据中的最大和最小污染浓度。在3DGIS中进行污染过程模拟，在语义空间建立统一的数据模型表示建筑、道路、树木以及动态扩散过程数据。图4为整合3DGIS和CALINE4模型的数据模型，其主要包括：（1）三维建筑和部件模型用不规则三角网表示建筑模型的几何结构，纹理表示建筑的表面特征；（2）道路数据，如果有矢量数据，则直接采用矢量数据，也可以从三维道路模型中提取道路的外围轮廓；（3）气象数据，包括主要风向以及太阳高度角等，主要确定扩散模型的初始参数；（4）地形数据，和建筑模型一起计算模型的粗糙度参数；（5）机动车数据主要包括机动车类型以及不同类型车的污染排放量；（6）动态扩散浓度场模型，利用时间序列的体数据来表达动态扩散过程。

【参考文献】：
期刊论文
[1]面向虚拟地球的三维气象场可视化方法[J]. 陈静,邹成,黄吴蒙,刘博洋.  武汉大学学报(信息科学版). 2016(12)
[2]机场环境威胁态势信息在语义空间的统一建模及其导航应用[J]. 朱庆,谭笑,谢林甫,张叶廷,曹振宇.  武汉大学学报(信息科学版). 2015(03)

博士论文
[1]城市街谷风热环境及污染物分布的数值模拟研究[D]. 檀姊静.重庆大学 2016

硕士论文
[1]基于GIS的大气污染扩散模拟结果多维表达[D]. 黄君毅.福州大学 2015
[2]基于CALINE4和OSPM模型的机动车污染物模拟研究[D]. 张晓英.哈尔滨工业大学 2015
[3]基于线源模型的交通大气污染研究[D]. 史锐.山西大学 2011
[4]基于三维和时态GIS的大气污染扩散模拟系统研究与实现[D]. 欧阳坤.清华大学 2011
[5]基于纹理映射的三维地震数据可视化方法研究[D]. 夏冰心.南京理工大学 2008
[6]CALINE4模型在西安市主干道机动车CO污染扩散计算中的应用研究[D]. 兰涛.西安建筑科技大学 2006



本文编号：2977372