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针对传统扩散模型难以动态模拟地表污染物时空不均匀扩散过程的问题,本文提出一种基于元胞自动机模型的污染物地表扩散仿真模型,在综合考虑地表高差及粗糙度对污染物扩散过程影响的基础上,确定了不规则污染场地的元胞边界条件、划分了元胞空间、提出了一种降雨和非降雨条件下污染物扩散流速计算方法,基于分子扩散建立了地表污染扩散模型演变规则。为更好模拟地表污染物扩散情况,本文提出了一种污染物随坡度和质量衰减的元胞自适应时间步长调整算法,该算法能够动态调整元胞自动机的时间步长,防止固定时间步长在污染物快速扩散时错过细节,而缓慢扩散时消耗计算资源。实验设计了降雨和非降雨两种情形对污染物随时间扩散的过程进行仿真与分析。实验结果表明,不同下垫面对污染物扩散速度有很大的影响,污染物在糙率为0.012的水泥地表上的扩散速度约为其在糙率为0.035的一般性土壤地表上的2.7倍;降雨强度和时长能够加快污染物的扩散,且扩散速度随着降雨曲线变化而改变,并在雨强峰值附近达到最大;污染物扩散服从坡度分布特征,且随着时间变化,高污染区域范围和污染物浓度差异渐渐变小,并在一段时间后,浓度变化渐渐趋于平稳;自适应时间步长演变算法能够较好地体现一次演变过程中污染物扩散在不同邻域元胞方向上的细微时间差异,提高污染物时空分布的计算精度。 相似文献
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大气污染扩散模型数值模拟结果的时空多维可视化表达,能有效展示大气污染扩散空间分布,为快速高效辅助后期污染分析与应急决策提供重要的参考。CALPUFF模型能高效模拟污染物在大气环境中时空变化的扩散过程,而现有大气污染扩散模型模拟结果可视化表达普遍存在不能有效集成地理信息、缺失部分重要维度特征等问题。论文首先分析了CALPUFF模型,及其与组件式GIS紧密集成的技术方案,为模型模拟结果与地理信息集成提供了技术支持。然后,基于CALPUFF模型的数值计算模拟结果,详细研究了风场数据预处理及其矢量绘制方法,浓度场的数据预处理及其栅格渲染方法。在三维地形场景下,探究了大气污染物的时空扩散模拟可视化表达方法,给出了CALPUFF模型模拟结果与三维地形场景的集成表达策略。最后,通过组件式GIS,构建了福州市三维地形场景,以大气污染CALPUFF扩散模拟结果为例,在WPF系统框架下,实现了风场和浓度场的时空动态模拟和空间层级多维可视化表达。实验结果表明,本文所采用的时空可视化技术方案能将CALPUFF模型模拟结果,有效集成三维地形场景,实现模型模拟结果在时间维度上动态扩散和在空间维度上的层级分布,可为大气污染模拟结果的时空多维可视化提供参考。 相似文献
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针对工业大气多因子复合作用的污染物连续地面浓度分布和评价问题,提出了一种基于GIS的地面浓度场模拟和综合评价的新方法,该方法将大气污染物扩散高斯模式和大气质量综合污染指数评价模型在GIS中有机集成,实现了污染物分布空间信息的显示和分析。通过将此方法应用于某一化工厂污染源不同气象条件下污染扩散分析计算,结果表明此种方法简单实用,特别是对多污染因子复合作用的综合评价模型具有任意空间分辨精度,可以满足不同分级需求。 相似文献
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如何快速准确地模拟毒害性气体的扩散过程、评估影响范围和程度是应急地理信息系统研究的重要问题.CALPUFF模型能有效模拟粗糙、复杂三维地形条件下大气污染物在时空变化中的扩散过程,并实现秒级扩散模拟.但是现有的CALPUFF模型系统只能单机操作,与气象监测、泄露探测装置自动化对接存在困难,导致系统无法自动化、多并发计算.本文研究了CALPUFF模型计算原理和系统结构,设计模型系统与网络地理信息系统(WebGIS)集成的方案,提出基于SOA的多服务并发请求技术,并依托川东北高含硫项目开发原型系统进行实验.实验结果表明,本文设计的框架能在满足系统要求的情况下进行多并发和自动化计算,解决了CALPUFF模型无法自动化、多并发计算的缺点. 相似文献
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城市大气污染扩散GIS模拟分析--以福州市为例 总被引：4，自引：0，他引：4
以福州市为例,分析了GIS在环境模型研究中的主要应用范围;剖析了GIS与环境模型结合的三种层次。在 GIS技术支持下建立了城市点源和线源大气污染扩散模型,采用大气污染扩散模型与GIS的嵌入式的紧密集成技术,进行福州市大气污染扩散模拟,直接采用等值线的方式表达大气污染物在不同气象条件下空间分布模拟结果, 为城市大气污染源的管理和时空模拟提供了一个良好的可视化分析环境。模拟结果表明:2000年福州市区工业路附近区域与福新路附近区域出现SO2高浓度;湖东路、八一七路、福新路、六一北路围成区域出现NOx高浓度,为机动车污染严重的区域。污染物浓度分布与污染源的空间分布和排放量密切相关。 相似文献
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基于Agent建模的地理模拟是认识和理解动态地理现象的有效方法,但随着地理模拟的规模和复杂性不断增加,模型的计算问题开始凸显。分布式并行仿真是解决大规模Agent复杂模拟计算的途径,然而已有研究基于Agent建模/仿真软件构建并行仿真系统的方式并不适用于具有高移动与行为交互的空间Agent建模及其模拟过程的实时可视化。为解决这个问题, 本文提出了一个分布式地理模拟框架DGSimF,用于大规模动态空间Agent模拟,支持模拟过程的实时表示与分析。设计了一个简单但高效的时空数据模型建模空间Agent,支持直接基于Agent行为建模集成地学模型,采用了时间微分方法协同各计算节点行为的执行,实现以“任务并行”的方式进行分布式计算以提高仿真性能,构建了基于三维地球渲染引擎的虚拟地理环境,提供模拟过程的实时可视化。最后,以“红蓝对抗”案例进行了实验验证,对不同模拟计算量和不同客户端数量下的仿真性能进行了分析,结果表明DGSimF可以为具有时空特征变化与行为交互的大规模空间Agent模拟提供一个有效的平台。通过扩展计算节点,DGSimF可以有效地缓解复杂模拟计算的压力问题,并且仿真性能较高,在实验中并行效率保持在0.7以上。 相似文献
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城市数字高程模型（Digital Elevation Model,DEM）是城市最重要的基础地理信息数据之一。城市道路DEM建模是城市DEM构建的重要组成部分,而道路分类是城市道路DEM建模的重要基础和前提。由于现有的城市道路分类方法在城市道路形态表达上有一定程度的失真,无法准确反映道路平面形态特征,导致其难以满足未来的地表过程模拟的需求。针对这一问题,本文从DEM建模视角出发,通过解析城市道路的构成,分析城市道路形态特征,针对现有的道路分类方法的不足,提出了一种顾及道路形态的城市道路分类方法。并在此基础上,探讨了城市道路的DEM表达方式,同时选取南京市局部区域为实验区,以DLG数据为数据源,对本文提出的城市道路分类方法与表达进行了相关的实验与分析。结果表明：与现有的方法相比,基于本文所提出的城市道路分类方法构建的道路DEM所表达的道路形态更符合实际实验区的道路形态,未出现局部路面不正常的突变情况且城市道路要素框架结构明显,所表达的城市道路地形更为精细,可以为雨洪模拟和水文分析等提供重要基础。因此,本文的道路分类方法能够清晰有效地辅助城市道路DEM建模,为高精度城市道路DEM的构建提供基础和参考。 相似文献
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目前缺乏针对较强空间特性水文地质计算参数的高效采集方法与管理机制,而且现有孔隙地下水流有限元数值模拟在三维可视化与空间分析等方面仍存在很多不足。因此,本文以有限元数值计算方法和三维地理信息平台为基础,结合GIS空间分析算法和计算机图形学理论,针对孔隙承压地下水有限元分析过程的关键步骤（概念模型构建、空间离散、水文地质参数提取与赋值等）,提出了孔隙地下水有限元数值模拟过程在3D GIS下的实现方法和技术框架。基于水文地质钻孔数据和GTP（Generalized Tri-Prism）空间数据模型,以盐城市滨海平原水文地质区为研究区域,实现了地下水系统空间结构特征的三维表达,同时与地下水流有限元数值模型相耦合,提出了3D GIS模型与地下水非稳定流有限元数值模型耦合的核心处理算法,并在此基础上开发了3D GIS地下水流数值模拟系统。应用实例表明,该技术框架可有效简化有限元分析流程、优化模型计算效率、实现地下水有限元数值模拟过程及计算结果的三维可视化。 相似文献
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插件式太湖水污染扩散模拟系统,基于三维水体污染扩散模型,结合GIS技术和三维可视化技术,再现了水体污染物运移扩散的时空分布特征与动态演进过程.为了保证系统的可扩展性,需要一种松散的耦合机制.插件技术可以有效地降低系统功能模块间的耦合,把插件技术引入GIS的二次开发可以赋予系统动态可扩展性.本文首先,介绍插件式系统的一般... 相似文献
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多粒度时空对象具有多粒度、多类型、多形态、多参照系、多元关联、多维动态、多能自主特点,可用于直接描述从微观到宏观的现实世界。基于时空对象建模理论构建多尺度地理对象耦合演化的集成表达是多粒度时空对象模型支撑地理分析与建模的关键。本文基于多粒度时空对象建模理论,在概率图和条件概率表的基础上发展了一种基于Bayes网络的地理过程演化表达和建模方法。该方法将多粒度时空对象作为Bayes网络节点,根据多粒度时空对象间的关联关系构建Bayes网络,利用Bayes概率表达多粒度时空对象间关联关系的作用强度,并通过更新算子和概率图模型描述要素特征状态的动态变化。基于此方法,选取新安江模型,进行多粒度时空对象地理过程建模和模拟实验。采用呈村1989—1995年水文数据为训练数据,1996年水文数据为模拟数据,通过降水面、蒸发面、产流面和汇流面构造Bayes网络并模拟产流量和汇流量状态;实验结果表明本文方法不仅可以对水文过程进行演化建模,并且可以较好地模拟水文过程中的产流量和汇流量变化,正确率达97.5%和95.9%。 相似文献
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突发事件的突然性和发展过程的不确定性,要求在限定的时间内,将足够的应急资源配送到合适的应急处置空间位置。本文构建了一个多源点多目标应急资源调度模型,该模型以最短应急处置时间为规划目标,以应急资源运输和应急工程构建时间之和必须小于污染物扩散到应急处置空间位置的时间、多个应急资源仓库综合调度资源数量必须满足处置需求为约束条件;在应急资源出库和装卸时间一定的情况下,根据污染物沿河流扩散的动态过程,运用Dijkstra算法实时选择应急资源配送的最优路径,计算各个仓库所需调度各类资源数量以及资源到达应急处置空间位置所需的时间;最终导出一个策略方案,并根据应急资源到达处置位置所用的时间与污染物扩散到该点的时间之比,评估该方案的决策风险。以突发六价铬污染为研究案例的实验结果表明：该模型能够验证各个应急处置空间位置能否作为应急处置点,获得应急处置空间位置最合理的应急资源调度方案、应急车辆动态的最优路线以及各应急处置点资源调度方案的决策风险评估结果,从而提高应急管理的决策效率,降低决策风险,该模型在救灾、溃坝等其他类似领域也具有一定适用性。 相似文献
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针对传统海浪建模方法中存在海洋表面真实感差、计算复杂的问题,本文进行了基于光滑粒子流体动力学算法（SPH）与移动立方体算法（MC）相结合的海浪建模仿真研究。通过基于空间网格的粒子分配,建立了粒子群单向列表存储结构,在海浪粒子物理量计算时,实现了其光滑核半径内粒子群的快速检索,并基于拉格朗日流体控制方程,进行了海浪粒子受力分析及状态计算;在模拟海浪与环境障碍物碰撞时,将碰撞问题简化为粒子在一定时间段内所经过的路径与障碍物表面三角面片是否相交来进行判定,并假设粒子为理想刚体,采用改进的欧拉方法实现了粒子新位置的动态计算;为增强海浪流体模拟的真实感,在移动立方体节点密度动态计算基础上,依据确定的海浪表面密度阈值,耦合MC算法进行了海浪表面的动态提取,从而实现了海浪三维表面建模与动态演变仿真。通过模拟验证了该算法的时效性与可行性,可为海洋环境信息三维可视化提供一定的参考。 相似文献
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改进的HASM-AD算法及在空间变量模拟的应用分析 总被引：1，自引：0，他引：1
高精度曲面建模(HASM)可以显著提高空间曲面模拟的精度,但是计算速度低限制了该模型的进一步应用。为了提高HASM模型的计算效率,本文对HASM-AD算法作了改进,通过在计算过程中为采样点添加索引,避免了计算过程中对采样点信息的重复查找操作;同时,在遍历独立计算单元时实时计算第一类、第二类基本量及克式符号,避免了全局存储上述变量所需要的额外内存消耗。数值试验表明,由于将全局线性方程组求解问题转化为局部独立计算单元(5×5栅格)内的方程组求解,改进的HASM-AD算法显著提高了计算效率,同时降低了模型运行过程中的内存消耗。最后,本文以全国陆地降水空间分布模拟分析作为实例,验证改进的HASM-AD算法模拟精度及计算效率,模拟结果表明,改进的HASM-AD算法模拟结果精度优于其他HASM算法(以HASM-PCG为例),并且计算效率优势更为明显,实现全国10km分辨率的降水分布模拟耗时仅为4s。表明改进的HASM-AD算法提高了计算速度,并且适于大尺度的空间变量模拟应用。 相似文献
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高精度曲面建模最佳表达形式的数值实验分析 总被引：8，自引：3，他引：5
高精度曲面建模的发展过程在理论上可归结为对高斯方程组中单个方程不同组合的数值模拟分析比较和检验过程。数值实验分析结果表明,因有限差分所带来的数值困难,高斯方程组中的交叉项方程是影响高精度曲面建模误差和模拟速度的关键因素,高精度曲面建模的最佳数学表达是除交叉项方程之外的其他两个方程的组合。 相似文献
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基于EVS Pro的3D地质建模 总被引：1，自引：0，他引：1
为了了解污染物在地层中的分布情况以及地下水开采后产生的结果,在环渤海地区地质构造研究的基础上,利用EVS Pro3维地质建模软件,以天津市(含环渤海地区)74个实测钻孔数据、38个化学污染物的实测钻孔数据为依据,实现了对该地区含水层及地下水漏斗的3维模拟,为解决环渤海地区污染物的控制以及合理有效开采地下水提供了模型支持. 相似文献
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对具有动态变化特征的空间实体的描述,除了表达其内在属性外,还应包括动态行为。传统GIS把空间对象内在属性和动态行为分开建模本质上是一种基于地图的静态建模思想,而多粒度时空对象把行为能力作为对象的固有属性,是区别于其它对象的一个重要特征,使得全空间信息系统能够描述具有认知和行为能力的“活”的地理实体。本文针对具有规则化动态变化特征的时空实体的描述与表达,从多粒度时空对象的角度,阐述了多粒度时空对象动态行为的表达思路,提出了多粒度时空对象个体和对象世界的动态行为表达模型,为全面认识和表达空间对象动态变化提供了新的视角。针对动态行为多属性交错改变、多对象复杂联动、多过程动态自主的特点,为开展多粒度时空对象动态行为实际建模,本文归纳了动态行为改变内在属性的4种不同方式,并分别基于动力学、规则、数据挖掘和智能体4个方面对动态行为的表达方法进行了探讨。最后,结合实际应用进行了实证分析,结果表明对空间实体内在属性和动态行为一体建模,不再需要设计额外的数据模型,行为与对象不再分离;采用统一的动态行为表达模型,行为不仅与对象是解耦的,而且是通用的、可继承和复用的;对象不同行为的组合,可以描述空间实体复杂的动态变化的过程,为全空间信息系统中对象行为建模提供了有益经验和借鉴。 相似文献
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为了及时有效地应对各种突发性环境污染事故,有必要开发一种简单实用、适于各类型污染物的场地污染数学模型。通过污染事故发生后污染物在包气带、饱和带迁移转化的概化,建立了污染物运移的自由入渗模型以及降雨入渗模型并给出各自相应的解析解。无降雨时,考虑污染物在重力作用下随包气带向下渗透的作用,建立一维垂直入渗模型。有降雨时,考虑污染场地(包气带)中污染物迁移和转化的对流作用、扩散作用及挥发、生物降解、吸附、根系吸收等作用,建立包气带剖面二维溶质运移模型和饱和带平面二维溶质运移数学模型。建模过程中,假定降雨量的平均分布及土壤质地、水力参数以及有机物成分、种类均相同,同时假定污染物与多孔介质间的作用为线性吸附,植物根系对污染物的吸附遵循一级动力学。基于模型的解析解,实现案例的模拟计算。模拟结果表明:该模型具有适用范围广、模拟高效快捷等优点,能够较准确预测污染发生后污染物在土壤中的动向、到达饱和带的时间以及饱和带中污染物的迁移情况。 相似文献
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针对常规向量参数法多维观测建模与平差效率低的问题，分析指出多维观测矩阵参数建模条件应满足不同观测维度的参数独立且个数相等特点（简称独立同构特征），进而利用该建模条件、Kronecker积运算性质和加权最小二乘原理提出矩阵参数建模与加权最小二乘估计方法。该方法顾及不同观测维互相关性，增大系数阵稠密度，降低法矩阵阶数，从而有效提高了建模与平差计算效率。空间直线和GPS站坐标时序模型计算结果均表明，向量参数法和矩阵参数法平差结果相同，但后者具有更高的存储与计算效率。 相似文献
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随着经济的快速发展,中国大部分地区空气污染状况日趋严重。空气污染物浓度插值对于进一步分析污染物时空分布情况,估计不同地区人群的暴露风险,制定防范措施具有重要作用。然而,现有空间插值方法由于没有充分考虑风向和风速因素对于污染物扩散的影响,故直接应用于空气污染物浓度插值,会对插值结果造成不利的影响。因此,本文提出一种顾及风向和风速的空气污染物浓度插值方法（Direction-Velocity IDW,DVIDW）。该方法首先根据离散气象站点处的风向和风速数据建立风场表面,然后利用风场数据计算空气污染物的扩散距离,根据扩散距离计算风场中待求点与采样点间的最短路径距离,最后由最短路径距离替代欧式距离进行反距离加权插值。本文分别采用2组实际空气污染物浓度数据,对DVIDW方法和其他常用的空间插值方法进行实验对比分析,验证了本文方法的可行性和优越性。 相似文献
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随着南方丘陵区开发利用强度的增大,氮、磷非点源污染和水体富营养化问题日益突出。由于流域尺度非点源污染过程的复杂性,难以建立大范围、重复可控的观测和实验环境,模型模拟成为非点源污染治理辅助决策的必要手段。已有学者对南方丘陵区非点源污染过程模拟开展了相关研究,但缺乏对已有成果及其存在问题的系统总结以及对下一步研究方向的分析探讨。本文首先分析了南方丘陵区非点源污染过程的机理,认为该地区的非点源污染过程模拟应满足多过程耦合、空间全分布式及考虑区域特点等要求;然后,对南方丘陵区非点源污染过程模拟研究现状以及存在问题进行了分析,总结了现有研究在描述非点源污染物迁移路径和反映区域特点等方面的不足;最后,从适合南方丘陵区特点的流域空间离散化方法、全分布式非点源污染物迁移路径的构建、特殊地物和人为活动在全分布式非点源污染模型中的综合表达等方面探讨了下一步研究方向,旨在为南方丘陵区非点源污染过程模拟研究提供参考和借鉴。 相似文献