基于全球立体网格的放射性污染大气扩散预测技术研究

发布时间：2020-10-24 11:02

　　 战场发生核袭击或核设施遭袭后,放射性液体或固体微粒悬浮在空气中,形成放射性气溶胶,而放射性气溶胶在大气运动的作用下向四周扩散,形成放射性污染区域,只有预测了未来一段时间内放射性污染的时空分布规律,才能指导部队进行提前防护,才能最大限度地减少放射性污染的危害后果。利用核辐射监测数据积极应对发生的核袭击或核设施遭袭事件,在一个较短的时间内实现对放射性物质释放源项的准确估计,进而预测放射性污染的危害后果,在最大程度上提高应急作战行动的有效性。论文的主要工作及结论如下:1、首先分析了大区域放射性污染扩散计算中,欧氏空间和球体流形空间对计算结果的影响,在此基础上设计了一种简单易行的全球立体网格构建方法及编码方案,通过梳理放射性污染预测所涉及的各类数据的特点,提出将全球立体网格模型应用于放射性污染预测所涉及到的各类数据的组织管理,给出了数据网格化、元数据标准化及数据存储和查询的思路方法。通过与Oracle Spatial空间数据库的对比试验结果表明:基于全球立体网格模型的污染预测的数据组织管理,在数据导入、索引建立以及区域数据查询三方面要优于商业的Oracle Spatial空间数据库,比其更加高效;2、提出了基于全球立体网格的放射性污染大气扩散模型框架,通过设计元胞邻居模型、放射性污染大气扩散的演化规则以及元胞状态快速获取的索引方法,将放射性污染大气扩散模型与元胞自动机结合在一起,提出了基于元胞自动机的放射性污染大气扩散的数值计算方法,通过与风洞实验数据的比对试验结果表明:本文提出的基于全球立体网格的放射性污染大气扩散元胞自动机模型具有较好的精度,该方法使处理源项及气象场的时空变化、污染物的动态输送转化变得更加容易和高效,为放射性污染大气扩散预测提供了一个可行和可靠的方法;3、为了利用各个监测点的位置和监测数据以及气象数据对“未知”源项的放射性污染进行预测,本文在全球立体网格模型的基础上,采用最频值理论建立源项反演的目标函数,并与采用基于全球立体网格模型的个体编码和解码策略以及对遗传算子进行了优化的遗传算法相结合,构建了一种基于直线高斯烟羽扩散模型的源项反演模型。通过风洞实验数据的验证试验表明,利用本文提出的“全球立体网格模型+直线高斯烟羽模型+优化的遗传算法”构建的源项反演模型进行源项反演,依据反演的源项进行污染扩散计算的预测值与实际测量值之间的差异不超过5倍,预测结果是可以采信的。本文提出的基于全球立体网格模型的放射性污染预测数据组织管理的效率要优于Oracle Spatial空间数据库;提出的放射性污染大气扩散元胞自动机模型和源项反演模型用于放射性污染大气扩散预测是可行和可靠的。
【学位单位】：军事科学院
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X51
【部分图文】：

图 2.1 欧氏空间与球体流形空间.1 全球立体网格的研究现状于全球立体网格框架下的放射性污染预测问题是一个具有全球以为了将这个地球空间离散，常常采用一定的空间划分规则将化，形成一系列的球体网格单元[67]。在此基础上，人们将球体型与三维空间数据模型结合起来，分析研究地球空间范围内空、计算方法与表达形式，同时考虑将球体空间中的不同对象的基本单位进行组织分析和空间建模。从研究文献总结分析，常体立方体网格（Cubed-Sphere Grid）、球体退化八叉树网rated Octree Grid，SDOG）、阴阳网格（Yin-Yang Grid）、适应tive-Mesh Refinement）、GeoSOT-3D 网格、圈层立体空间网格网格系统都有独有的研究方法和问题背景，也都有各自的优点1）球体立方体网格

军事科学院博士学位论文法，将其与地球球体中的一系 所示。Choblet[68]等在球体立方立方体网格有很多优点，比如再加上它可以并行计算，能够科学研究中经常使用的一种网不精准，造成基于位置信息的

图 2.2 球体立方体网格[69]树网格构建方式与全球立体网格不一样，三个方向进行等分，逐层细分地球且存在纬线退化网格和球面退化网将其理解为球体退化四叉树网格的三
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本文编号：2854378