本發(fā)明涉及大氣污染物濃度的估算，特別涉及一種基于交通路況實時估算城市大氣污染物濃度的方法和裝置。

背景技術(shù)：

隨著城市建設(shè)和機動車保有量的增長，由機動車產(chǎn)生的如NOx、CO和PM(顆粒物)等污染物的排放量(以下簡稱為排放量)不斷增大，成為影響城市空氣質(zhì)量的主要因素之一。并且，計算城市中任意區(qū)域的空氣質(zhì)量以確定更精細的污染物分布狀況，不僅有助于公眾合理制定出行規(guī)劃，還有利于管理者有針對性地制定空氣質(zhì)量防治措施。

然而，由于受到環(huán)境、資金等的影響，每個城市的空氣質(zhì)量監(jiān)測站數(shù)量有限，并且只能獲得空氣質(zhì)量監(jiān)測站周邊的污染物濃度。對此，目前已提出采用土地利用回歸模型、遙感反演模型等計算城市中任意區(qū)域的空氣質(zhì)量的方法。

例如，中國發(fā)明專利申請CN103234883A提出了一種基于道路交通流量實時估算中心城區(qū)PM2.5濃度的方法，包括：首先利用中心城區(qū)的道路交通流量實時監(jiān)控數(shù)據(jù)，將交通道路污染源離散為固定間隔點污染源；然后以源特征地理加權(quán)鄰近受體空氣污染暴露評估模型為基礎(chǔ)，評估中心城區(qū)PM2.5污染暴露相對風(fēng)險值；最后將中心城區(qū)PM2.5監(jiān)測站位置的PM 2.5污染暴露相對風(fēng)險值與觀測濃度值進行回歸建模，并利用所構(gòu)建的回歸模型估算中心城區(qū)的任意空間位置點的實時PM2.5濃度的方法。

其中，將道路統(tǒng)一看作點污染源，利用交通流量的大小來間接表示交通 污染物排放的多少。但實際上，交通流量并不能準(zhǔn)確表示交通污染物的排放量，因此上述方法無法準(zhǔn)確計算出交通點污染源周邊的污染物濃度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

技術(shù)問題

有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，如何能夠基于交通路況高效、準(zhǔn)確地估算出大氣污染物的濃度。

解決方案

為了解決上述問題，本發(fā)明實施例提供一種大氣污染物濃度的估算方法，包括：

將目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的道路劃分為多個污染源，并確定各所述污染源的影響范圍；

根據(jù)各所述污染源的影響范圍以及所述目標(biāo)區(qū)域內(nèi)各研究點的位置信息，確定所述污染源與所述研究點的對應(yīng)關(guān)系，其中所述對應(yīng)關(guān)系能夠表示一個所述研究點受哪些污染源的影響和/或一個所述污染源將影響哪些研究點；

針對各所述研究點，分別根據(jù)對應(yīng)的污染源的污染強度及擴散模型計算其污染風(fēng)險值；

根據(jù)所述目標(biāo)區(qū)域內(nèi)已測出污染物濃度值的多個所述研究點的污染風(fēng)險值，建立所述污染風(fēng)險值與所述污染物濃度值之間的回歸模型；

針對所述目標(biāo)區(qū)域內(nèi)污染物濃度值未知的關(guān)注研究點，將所述關(guān)注研究點的污染風(fēng)險值代入所述回歸模型，以計算出所述關(guān)注研究點的污染物濃度值。

在一種可能的實現(xiàn)方式中，將目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的道路劃分為多個污染源，并確定各所述污染源的影響范圍，包括：

將所述目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的所有道路分別劃分為至少一個污染源；

根據(jù)所述目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的氣象數(shù)據(jù)，確定各所述污染源的類型為點類型還是線類型；以及

根據(jù)所述氣象數(shù)據(jù)以及各所述污染源的類型，確定各所述污染源的影響范圍。

在一種可能的實現(xiàn)方式中，根據(jù)所述目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的氣象數(shù)據(jù)，確定各所述污染源的類型為點類型還是線類型，包括：

在所述氣象數(shù)據(jù)中的風(fēng)速小于或等于第一閾值的情況下，確定各所述污染源的類型為點類型；

在所述氣象數(shù)據(jù)中的風(fēng)速大于第一閾值的情況下，確定各所述污染源的類型為線類型。

在一種可能的實現(xiàn)方式中，根據(jù)所述氣象數(shù)據(jù)以及各所述污染源的類型，確定各所述污染源的影響范圍，包括：

在所述氣象數(shù)據(jù)中的風(fēng)速小于或等于第二閾值的情況下，將所述點類型的污染源的影響范圍確定為以所述污染源為圓心且半徑為預(yù)定值的圓形區(qū)域，所述第二閾值小于所述第一閾值；

在所述氣象數(shù)據(jù)中的風(fēng)速大于所述第二閾值且小于或等于所述第一閾值的情況下，將所述點類型的污染源的影響范圍確定為所述圓形區(qū)域中位于所述污染源的下風(fēng)方向的扇形部分；

在所述氣象數(shù)據(jù)中的風(fēng)速大于所述第一閾值的情況下，將所述線類型的污染源的影響范圍確定為所述圓形區(qū)域中位于所述污染源的下風(fēng)方向的類扇形部分。

在一種可能的實現(xiàn)方式中，采用下式1作為所述點類型的污染源的擴散模型，

$C_{j,r}^i=\frac{Q_r^i}{{\left(2\mathrm{\π}\right)}^{3/2}{\left({\mathrm{\σ}}_{\mathrm{yj}}^i\right)}^2{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{zj}}^i{A}^2}\exp [-\frac{{\left(u^i\right)}^2}{2{\left({\mathrm{\σ}}_{\mathrm{yj}}^i\right)}^2}]\left\{\right[1+2D\sqrt{\mathrm{\π}}\exp \left(D^2\right)\·\mathrm{\φ}\left(\sqrt{2}D\right)\left]\right\}$ 式1，

其中，$A^2={\left(A_j^i\right)}^2=\frac{{\left(x_j^i\right)}^2+{\left(y_j^i\right)}^2}{2{\left({\mathrm{\σ}}_{\mathrm{yj}}^i\right)}^2}+\frac{z_j}{2{\left({\mathrm{\σ}}_{\mathrm{zj}}^i\right)}^2},D=D_j^i=\frac{x_j^i{u}^i}{{2A}_j^i{\left({\mathrm{\σ}}_{\mathrm{yj}}^i\right)}^2},$$\mathrm{\φ}\left(\mathrm{\λ}\right)=\frac{1}{\sqrt{2\mathrm{\π}}}{\∫}_{-\∞}^{\mathrm{\λ}}\exp (-\frac{t^2}{2})\mathrm{dt};$

為研究點j由污染源i造成的污染物r的污染風(fēng)險值；

為污染源i排放污染物r的排放量；

uⁱ為污染源i處的風(fēng)速；

為研究點j與污染源i之間的下風(fēng)距離，為研究點j與污染源i之間的橫風(fēng)距離，z_j為研究點j的垂直高度；

為橫向擴散參數(shù)，為垂直擴散參數(shù)；

φ(λ)為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布函數(shù)；

t是積分變量。

在一種可能的實現(xiàn)方式中，采用下式2作為所述線類型的污染源的擴散模型，

$C_{j,r}^i=\frac{Q_r^i}{\sqrt{2\mathrm{\π}}{u}^i{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{zj}}^i}\exp (-\frac{z_j^2}{{2\mathrm{\σ}}_{\mathrm{zj}}^i})[\mathrm{erf}\left(\frac{\frac{L^i}{2}+y_j^i}{\sqrt{2}\stackrel{\‾}{{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{yj}}^i}}\right)+\mathrm{erf}\left(\frac{\frac{L^i}{2}-y_j^i}{\sqrt{2}\stackrel{\‾}{{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{yj}}^i}}\right)]$ 式2，

其中，為研究點j的由污染源i造成的污染物r的污染風(fēng)險值；

為污染源i排放污染物r的排放量；

uⁱ為污染源i處的風(fēng)速；

Lⁱ為污染源i的橫風(fēng)長度；

為研究點j與污染源i之間的橫風(fēng)距離，z_j為研究點j的垂直高度；

為橫向擴散參數(shù)，為垂直擴散參數(shù)；

erf(λ)為誤差函數(shù)。

為了解決上述問題，本發(fā)明實施例提供一種大氣污染物濃度的估算裝置，包括：

污染源劃分模塊，用于將目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的道路劃分為多個污染源，并確定各所述污染源的影響范圍；

對應(yīng)關(guān)系確定模塊，與所述污染源劃分模塊連接，用于根據(jù)各所述污染源的影響范圍以及所述目標(biāo)區(qū)域內(nèi)各研究點的位置信息，確定所述污染源與所述研究點的對應(yīng)關(guān)系，其中所述對應(yīng)關(guān)系能夠表示一個所述研究點受哪些污染源的影響和/或一個所述污染源將影響哪些研究點；

污染風(fēng)險值計算模塊，與所述對應(yīng)關(guān)系確定模塊連接，用于針對各所述研究點，分別根據(jù)對應(yīng)的污染源的污染強度及擴散模型計算其污染風(fēng)險值；

回歸模型建立模塊，與所述污染風(fēng)險值計算模塊連接，用于根據(jù)所述目標(biāo)區(qū)域內(nèi)已測出污染物濃度值的多個所述研究點的污染風(fēng)險值，建立所述污染風(fēng)險值與所述污染物濃度值之間的回歸模型；

污染物濃度值計算模塊，與所述污染風(fēng)險值計算模塊和所述回歸模型建立模塊分別連接，用于針對所述目標(biāo)區(qū)域內(nèi)污染物濃度值未知的關(guān)注研究點，將所述關(guān)注研究點的污染風(fēng)險值代入所述回歸模型，以計算出所述關(guān)注研究點的污染物濃度值。

在一種可能的實現(xiàn)方式中，污染源劃分模塊包括：

道路劃分子模塊，用于將所述目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的所有道路分別劃分為至少一個污染源；

類型確定子模塊，用于根據(jù)所述目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的氣象數(shù)據(jù)，確定各所述污染源的類型為點類型還是線類型；以及

影響范圍確定子模塊，用于根據(jù)所述氣象數(shù)據(jù)以及各所述污染源的類型，確定各所述污染源的影響范圍。

在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述類型確定子模塊被配置為：

在所述氣象數(shù)據(jù)中的風(fēng)速小于或等于第一閾值的情況下，確定各所述污染源的類型為點類型；

在所述氣象數(shù)據(jù)中的風(fēng)速大于第一閾值的情況下，確定各所述污染源的類型為線類型。

在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述影響范圍確定子模塊被配置為：

在所述氣象數(shù)據(jù)中的風(fēng)速小于或等于第二閾值的情況下，將所述點類型的污染源的影響范圍確定為以所述污染源為圓心且半徑為預(yù)定值的圓形區(qū)域，所述第二閾值小于所述第一閾值；

在所述氣象數(shù)據(jù)中的風(fēng)速大于所述第二閾值且小于或等于所述第一閾值的情況下，將所述點類型的污染源的影響范圍確定為所述圓形區(qū)域中位于所述污染源的下風(fēng)方向的扇形部分；

在所述氣象數(shù)據(jù)中的風(fēng)速大于所述第一閾值的情況下，將所述線類型的污染源的影響范圍確定為所述圓形區(qū)域中位于所述污染源的下風(fēng)方向的類扇形部分。

在一種可能的實現(xiàn)方式中，其特征在于，所述污染風(fēng)險值計算模塊被配置為采用下式1作為所述點類型的污染源的擴散模型，

$C_{j,r}^i=\frac{Q_r^i}{{\left(2\mathrm{\π}\right)}^{3/2}{\left({\mathrm{\σ}}_{\mathrm{yj}}^i\right)}^2{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{zj}}^i{A}^2}\exp [-\frac{{\left(u^i\right)}^2}{2{\left({\mathrm{\σ}}_{\mathrm{yj}}^i\right)}^2}]\left\{\right[1+2D\sqrt{\mathrm{\π}}\exp \left(D^2\right)\·\mathrm{\φ}\left(\sqrt{2}D\right)\left]\right\}$ 式1，

其中，$A^2={\left(A_j^i\right)}^2=\frac{{\left(x_j^i\right)}^2+{\left(y_j^i\right)}^2}{2{\left({\mathrm{\σ}}_{\mathrm{yj}}^i\right)}^2}+\frac{z_j}{2{\left({\mathrm{\σ}}_{\mathrm{zj}}^i\right)}^2},D=D_j^i=\frac{x_j^i{u}^i}{{2A}_j^i{\left({\mathrm{\σ}}_{\mathrm{yj}}^i\right)}^2},$$\mathrm{\φ}\left(\mathrm{\λ}\right)=\frac{1}{\sqrt{2\mathrm{\π}}}{\∫}_{-\∞}^{\mathrm{\λ}}\exp (-\frac{t^2}{2})\mathrm{dt};$

為研究點j由污染源i造成的污染物r的污染風(fēng)險值；

為污染源i排放污染物r的排放量；

uⁱ為污染源i處的風(fēng)速；

為研究點j與污染源i之間的下風(fēng)距離，為研究點j與污染源i之間的橫風(fēng)距離，z_j為研究點j的垂直高度；

為橫向擴散參數(shù)，為垂直擴散參數(shù)；

φ(λ)為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布函數(shù)；

t是積分變量。

在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述污染風(fēng)險值計算模塊被配置為采用下式2作為所述線類型的污染源的擴散模型，

$C_{j,r}^i=\frac{Q_r^i}{\sqrt{2\mathrm{\π}}{u}^i{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{zj}}^i}\exp (-\frac{z_j^2}{{2\mathrm{\σ}}_{\mathrm{zj}}^i})[\mathrm{erf}\left(\frac{\frac{L^i}{2}+y_j^i}{\sqrt{2}\stackrel{\‾}{{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{yj}}^i}}\right)+\mathrm{erf}\left(\frac{\frac{L^i}{2}-y_j^i}{\sqrt{2}\stackrel{\‾}{{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{yj}}^i}}\right)]$ 式2，

其中，為研究點j的由污染源i造成的污染物r的污染風(fēng)險值；

為污染源i排放污染物r的排放量；

uⁱ為污染源i處的風(fēng)速；

Lⁱ為污染源i的橫風(fēng)長度；

為研究點j與污染源i之間的橫風(fēng)距離，z_j為研究點j的垂直高度；

為橫向擴散參數(shù)，為垂直擴散參數(shù)；

erf(λ)為誤差函數(shù)。

有益效果

本發(fā)明實施例利用污染源的擴散模型計算目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的各研究點的污染風(fēng)險值，得到目標(biāo)區(qū)域的污染風(fēng)險值與污染物濃度值的回歸模型，從而能夠高效、準(zhǔn)確地估算出目標(biāo)區(qū)域內(nèi)任意空間位置的關(guān)注研究點的大氣污染物的濃度。

進一步地，由于考慮了對不同天氣條件對交通污染的影響范圍和影響力大小，能夠更準(zhǔn)確地計算出無監(jiān)測站點區(qū)域的污染物濃度。具體而言，本發(fā) 明實施例考慮了天氣因素的影響，根據(jù)氣象數(shù)據(jù)分析機動車污染的擴散方式，從而將路段劃分為不同類型的污染源，并基于交通路況和排放模型計算每個交通污染源的污染強度，還考慮了天氣因素對交通污染物擴散的影響，能夠基于擴散模型實時準(zhǔn)確地得到關(guān)注研究點的污染物濃度。

根據(jù)下面參考附圖對示例性實施例的詳細說明，本發(fā)明的其它特征及方面將變得清楚。

附圖說明

包含在說明書中并且構(gòu)成說明書的一部分的附圖與說明書一起示出了本發(fā)明的示例性實施例、特征和方面，并且用于解釋本發(fā)明的原理。

圖1示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的大氣污染物濃度的估算方法的流程圖；

圖2a示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的大氣污染物濃度的估算方法中目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的道路的示意圖；

圖2b示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的大氣污染物濃度的估算方法中將目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的道路劃分為點污染源的示意圖；

圖2c示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的大氣污染物濃度的估算方法中將目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的道路等長劃分為線污染源的示意圖；

圖2d示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的大氣污染物濃度的估算方法中將目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的道路按網(wǎng)格劃分為線污染源的示意圖；

圖3a示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的大氣污染物濃度的估算方法中風(fēng)速≤S₀時點類型的污染源的影響范圍的示意圖；

圖3b示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的大氣污染物濃度的估算方法中S₀＜風(fēng)速≤S₁時點類型的污染源的影響范圍的示意圖；

圖3c示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的大氣污染物濃度的估算方法中風(fēng)速＞S₁時線類型的污染源的影響范圍的示意圖；

圖4示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的大氣污染物濃度的估算裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的大氣污染物濃度的估算裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

以下將參考附圖詳細說明本發(fā)明的各種示例性實施例、特征和方面。附圖中相同的附圖標(biāo)記表示功能相同或相似的元件。盡管在附圖中示出了實施例的各種方面，但是除非特別指出，不必按比例繪制附圖。

在這里專用的詞“示例性”意為“用作例子、實施例或說明性”。這里作為“示例性”所說明的任何實施例不必解釋為優(yōu)于或好于其它實施例。

另外，為了更好的說明本發(fā)明，在下文的具體實施方式中給出了眾多的具體細節(jié)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，沒有某些具體細節(jié)，本發(fā)明同樣可以實施。在一些實例中，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方法、手段、元件和電路未作詳細描述，以便于凸顯本發(fā)明的主旨。

實施例1

圖1示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的大氣污染物濃度的估算方法的流程圖。如圖1所示，該大氣污染物濃度的估算方法主要包括：

步驟101、將目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的道路劃分為多個污染源，并確定各所述污染源的影響范圍。

在一種可能的實現(xiàn)方式中，參見圖2a至圖2d，該步驟具體可以包括：

步驟1011、將所述目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的所有道路分別劃分為至少一個污染源。

具體而言，如圖2a所示，目標(biāo)區(qū)域內(nèi)可能包括多條道路，首先將目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的各道路劃分為若干子路段，劃分方法可以采用等長劃分，或者將目標(biāo)區(qū)域先劃分為固定大小的網(wǎng)格(如1km*1km)，再按照網(wǎng)格將道路進行劃分 若干子路段。

步驟1012、根據(jù)所述目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的氣象數(shù)據(jù)，確定各所述污染源的類型為點類型還是線類型。

其中，氣象數(shù)據(jù)可以包括多種，本實施例中采用風(fēng)力大小例如風(fēng)速進行污染源類型的劃分，具體應(yīng)用中也可以結(jié)合其他的氣象數(shù)據(jù)進行劃分。具體而言，在所述氣象數(shù)據(jù)中的風(fēng)速小于或等于第一閾值的情況下，確定各所述污染源的類型為點類型；在所述氣象數(shù)據(jù)中的風(fēng)速大于第一閾值的情況下，確定各所述污染源的類型為線類型。對道路進行劃分所采用的風(fēng)速的第一閾值可以根據(jù)統(tǒng)計或經(jīng)驗確定。

舉例而言，如圖2b所示，如果目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的風(fēng)速不大于閾值S₁(如2m/s)時，將每一條子路段被視為一個點類型的污染源，并將該子路段的中點確定為點類型的污染源的位置。

如圖2c和圖2d所示，如果目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的風(fēng)速大于第一閾值S₁(如2m/s)時，將每一條子路段視為一個線類型的污染源，并將該子路段的位置確定為線類型的污染源的位置。

步驟1013、根據(jù)所述氣象數(shù)據(jù)以及各所述污染源的類型，確定各所述污染源的影響范圍。

由于機動車排放的污染物在大氣環(huán)境中受到風(fēng)力及風(fēng)向的影響，使得污染物的影響范圍產(chǎn)生動態(tài)變化。因此，根據(jù)風(fēng)力等氣象數(shù)據(jù)和污染源類型的不同，每個污染源的影響范圍也不同，具體可以分為以下情況：

情況一、在所述氣象數(shù)據(jù)中的風(fēng)速小于或等于第二閾值的情況下，將所述點類型的污染源的影響范圍確定為以所述污染源為圓心且半徑為預(yù)定值的圓形區(qū)域，所述第二閾值小于所述第一閾值。

舉例而言，當(dāng)風(fēng)速不大于第二閾值S₀(如0.5m/s)時，風(fēng)向總是飄忽多變，因此污染源的影響范圍可以為以方程x²+y²＝(2R*S₀)²＝(3600*S₀)²為邊界的 圓形區(qū)域(可以包含邊界)，即在以污染源為圓心，半徑為1800m的圓內(nèi)。該半徑僅是一種示例，具體可以根據(jù)實際的應(yīng)用場景和統(tǒng)計經(jīng)驗來確定。如圖3a所示，坐標(biāo)軸中心的白色小圓點為點類型的污染源，該污染源的影響范圍為以坐標(biāo)圓點為圓心的白色大圓，受該污染源影響的研究點采用黑色三角形表示，此圖中為4個，不受該污染源影響的研究點采用白色三角形表示，此圖中為2個。

情況二、在所述氣象數(shù)據(jù)中的風(fēng)速大于所述第二閾值且小于或等于所述第一閾值的情況下，將所述點類型的污染源的影響范圍確定為所述圓形區(qū)域中位于所述污染源的下風(fēng)方向的扇形部分。

舉例而言，當(dāng)風(fēng)速大于第二閾值S₀(如0.5m/s)時，風(fēng)向一般確定不變，對于一個污染源，其影響范圍在污染源的下風(fēng)方向。具體而言，在風(fēng)速大于S₀但不大于S₁時，將道路劃分為點類型的污染源，該點類型的污染源的影響范圍為如圖3b所示扇形部分(可以包含邊界)，該扇形部分的邊界可以根據(jù)方程x²+y²＝(2R*S₀)²＝(3600*S₀)²和計算得到。其中，σ_y是橫向擴散參數(shù)，其與風(fēng)速和大氣穩(wěn)定度的關(guān)系可以參見下表2。

如圖3b所示，坐標(biāo)軸中心的白色小圓點為點類型的污染源，該污染源的影響范圍為以坐標(biāo)圓點為起點實線扇形部分，受該污染源影響的研究點為2個，不受該污染源影響的研究點為4個。

情況三、在所述氣象數(shù)據(jù)中的風(fēng)速大于所述第一閾值的情況下，將所述線類型的污染源的影響范圍確定為所述圓形區(qū)域中位于所述污染源的下風(fēng)方向的類扇形部分。

與情況二類似，在風(fēng)力大于S₁時，污染源的影響范圍也在其下風(fēng)方向，這是由于將道路劃分為線類型的污染源，該線類型的污染源的影響范圍為如 圖3c所示的類扇形部分。具體地，將道路的各子線段在風(fēng)向(X軸方向)的垂直方向(Y軸方向)上進行投影得到該類扇形部分在Y軸的邊界，并根據(jù)方程x²+y²＝(2R*S₀)²＝(3600*S₀)²和計算得到該類扇形部分的其他邊界。

如圖3c所示，穿過坐標(biāo)軸中心與XY軸夾角的直線為線類型的污染源，該污染源的影響范圍為以污染源在Y軸的投影線段為起點實線類扇形部分，受該污染源影響的研究點為2個，不受該污染源影響的研究點為4個。

步驟102、根據(jù)各所述污染源的影響范圍以及所述目標(biāo)區(qū)域內(nèi)各研究點的位置信息，確定所述污染源與所述研究點的對應(yīng)關(guān)系，其中所述對應(yīng)關(guān)系能夠表示一個所述研究點受哪些污染源的影響和/或一個所述污染源將影響哪些研究點。

具體而言，可以將目標(biāo)區(qū)域離散為固定間隔的研究點。例如，將中心城區(qū)離散為固定間隔的點，作為后續(xù)的研究點，并計算每個研究點的坐標(biāo)位置。確定某一研究點的坐標(biāo)位置后，可以根據(jù)上一步得到的各污染源的影響范圍，確定該選擇的研究點處于哪些污染源的影響范圍內(nèi)，也即確定研究點與污染源的對應(yīng)關(guān)系，以便后續(xù)計算。

步驟103、針對各所述研究點，分別根據(jù)對應(yīng)的污染源的污染強度及擴散模型計算其污染風(fēng)險值，具體可以包括以下步驟。

步驟1031、基于排放模型計算各污染源的污染強度。

其中，常用的排放模型包括美國環(huán)保局開發(fā)的MOBILE模型(MOBILE vehicle emission factor model，機動車排放因子模型)、歐洲環(huán)保局開發(fā)的COPERT模型(COPERT model)和美國加州大學(xué)開發(fā)的CMEM模型(Comprehensive Modal Emission Model，綜合模式排放模型)等。由于COPERT模型對車型分類更細，能計算的污染物種類更多，下面以COPERT模型為例 計算每個污染源的污染強度。其中，某個路段上機動車的排放量根據(jù)下式進行計算：

路段上的機動車排放量＝各個車型的排放因子×各個車型的流量×路段長度

其中，各個車型的流量＝各個車型的比例×路段交通流量。其中，各個車型的比例和交通流量可以通過調(diào)查得到，路段長度為步驟1011中劃分的各子路段長度，線類型的污染源的路段長度為線類型的污染源所在的子路段的長度，點類型的污染源的路段長度得到該點類型的污染源的子路段的長度。

此外，各個車型的排放因子可通過實測數(shù)據(jù)或者統(tǒng)計得出，例如表1。

表1 各個車型的排放因子的統(tǒng)計值：

上表中，EF為各個車型的排放因子，單位為g/km；v為道路的平均行駛速度，單位為km/h。

對于某一研究點，由于在上述步驟中已經(jīng)確定該研究點受哪些污染源的影響，因此，該步驟可以僅計算對該研究點有影響的污染源的污染強度。當(dāng)然，也可以將目標(biāo)區(qū)域內(nèi)所有污染源的污染強度均計算出來備用。

步驟1032、基于點類型/線類型的污染源的污染強度(機動車排放量)，建立擴散模型。

在風(fēng)速不大于S₁的情況下，采用點類型的污染源的擴散模型，以下式1為點類型的污染源擴散模型的一個示例。

$C_{j,r}^i=\frac{Q_r^i}{{\left(2\mathrm{\π}\right)}^{3/2}{\left({\mathrm{\σ}}_{\mathrm{yj}}^i\right)}^2{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{zj}}^i{A}^2}\exp [-\frac{{\left(u^i\right)}^2}{2{\left({\mathrm{\σ}}_{\mathrm{yj}}^i\right)}^2}]\left\{\right[1+2D\sqrt{\mathrm{\π}}\exp \left(D^2\right)\·\mathrm{\φ}\left(\sqrt{2}D\right)\left]\right\}$ 式1，

其中，$A^2={\left(A_j^i\right)}^2=\frac{{\left(x_j^i\right)}^2+{\left(y_j^i\right)}^2}{2{\left({\mathrm{\σ}}_{\mathrm{yj}}^i\right)}^2}+\frac{z_j}{2{\left({\mathrm{\σ}}_{\mathrm{zj}}^i\right)}^2},D=D_j^i=\frac{x_j^i{u}^i}{{2A}_j^i{\left({\mathrm{\σ}}_{\mathrm{yj}}^i\right)}^2},$$\mathrm{\φ}\left(\mathrm{\λ}\right)=\frac{1}{\sqrt{2\mathrm{\π}}}{\∫}_{-\∞}^{\mathrm{\λ}}\exp (-\frac{t^2}{2})\mathrm{dt};$

為研究點j的由污染源i造成的污染物r的污染風(fēng)險值[g/m³]；

為污染源i排放污染物r的排放量[g/m.s]；

uⁱ為污染源i處的風(fēng)速[m/s]；

和為研究點j與污染源i之間的下風(fēng)距離與橫風(fēng)距離[m]，z_j為研究點j的垂直高度[m]；

和為橫向擴散參數(shù)與垂直擴散參數(shù)[m]；

φ(λ)為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布函數(shù)；

t為積分變量，取值范圍從-∞到λ。

對于點類型的污染源擴散模型(風(fēng)速不大于閾值S₁時)，橫向擴散參數(shù)和垂直擴散參數(shù)可以參見下表2。

表2 擴散參數(shù)查詢表(風(fēng)速≤S₁)

在風(fēng)速大于閾值S₁的情況下，采用線類型的污染源的擴散模型，以下式2為線類型的污染源擴散模型的一個示例：

$C_{j,r}^i=\frac{Q_r^i}{\sqrt{2\mathrm{\π}}{u}^i{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{zj}}^i}\exp (-\frac{z_j^2}{{2\mathrm{\σ}}_{\mathrm{zj}}^i})[\mathrm{erf}\left(\frac{\frac{L^i}{2}+y_j^i}{\sqrt{2}\stackrel{\‾}{{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{yj}}^i}}\right)+\mathrm{erf}\left(\frac{\frac{L^i}{2}-y_j^i}{\sqrt{2}\stackrel{\‾}{{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{yj}}^i}}\right)]$ 式2，

其中，為研究點j的由污染源i造成的污染物r的污染風(fēng)險值[g/m³]；

為污染源i排放污染物r的排放量[g/m.s]；

uⁱ為污染源i處的風(fēng)速[m/s]；

Lⁱ為線類型的污染源i的橫風(fēng)長度[m]；

為研究點j與污染源i之間的橫風(fēng)距離[m]，z_j為研究點j的垂直高度[m]；

和為橫向擴散參數(shù)與垂直擴散參數(shù)[m]；

erf(λ)為誤差函數(shù)。

對于線類型的污染源擴散模型(風(fēng)速大于閾值S₁時)，橫向擴散參數(shù)和垂直擴散參數(shù)可以參見下式3和式4：

${\mathrm{\σ}}_{\mathrm{yj}}^i={\mathrm{\γ}}_1{\left(x_j^i\right)}^{{\mathrm{\α}}_1}$ 式3

${\mathrm{\σ}}_{\mathrm{zj}}^i={\mathrm{\γ}}_2{\left(x_j^i\right)}^{{\mathrm{\α}}_2}$ 式4

其中，γ₁、α₁、γ₂、α₂可以參見下表3和表4。

表3 橫向擴散參數(shù)方程式中的系數(shù)查詢表(風(fēng)速>S₁)

表4 垂直擴散參數(shù)方程式中的系數(shù)查詢表(風(fēng)速>S₁)

步驟1033、計算各研究點的污染風(fēng)險值。

具體地，可以將對某一研究點有影響的各污染源的污染風(fēng)險值累加，得到該研究點的污染風(fēng)險值，可以將目標(biāo)區(qū)域內(nèi)所有研究點的污染風(fēng)險值均計算出來備用，也可以先計算具有監(jiān)測站的研究點的污染風(fēng)險值。

步驟104、根據(jù)所述目標(biāo)區(qū)域內(nèi)已測出污染物濃度值的多個所述研究點的污染風(fēng)險值，建立所述污染風(fēng)險值與所述污染物濃度值之間的回歸模型。

具體地，根據(jù)目標(biāo)區(qū)域如中心城區(qū)內(nèi)有監(jiān)測站的多個研究點的已測出污染物濃度值和計算出的污染風(fēng)險值，建立污染風(fēng)險值與污染物濃度值的回歸模型。然后建立目標(biāo)區(qū)域任意空間位置(研究點)污染風(fēng)險值與污染物觀測濃度值之間的線性回歸模型，參見式5。

式5

其中，Y為任意空間位置污染物濃度值，R為任意空間位置的污染風(fēng)險值，可以根據(jù)在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)檢測到的多個空間位置(研究點)污染物濃度值Y，以及根據(jù)上式1或式2計算得到的這些空間位置的污染風(fēng)險值R，來確定該目標(biāo)區(qū)域?qū)?yīng)的式5中的和的值。

步驟105、針對所述目標(biāo)區(qū)域內(nèi)污染物濃度值未知的關(guān)注研究點，將所述關(guān)注研究點的污染風(fēng)險值代入所述回歸模型，以計算出所述關(guān)注研究點的污染物濃度值。

具體地，可以獲取監(jiān)測站點的實時污染物濃度值及天氣實時數(shù)據(jù)(氣象數(shù)據(jù))，基于式5的回歸模型，逐點計算目標(biāo)區(qū)域任意空間位置的污染物濃度，實時估算目標(biāo)區(qū)域的污染物濃度。

舉例而言，根據(jù)某一目標(biāo)區(qū)域所對應(yīng)的式5的回歸模型，由于和的值已經(jīng)在上一步計算得到，只需要根據(jù)天氣實時數(shù)據(jù)，選擇上述的式1或式2，計算得到該目標(biāo)區(qū)域內(nèi)某一污染源的污染風(fēng)險值R，代入式5就能計算得到該污染源的污染物濃度值。

需要說明的是，本發(fā)明實施例能夠計算的污染物濃度的類型包括但不限于PM2.5、PM10、CO、NO等。

本發(fā)明實施例利用擴散模型計算目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的各研究點的污染風(fēng)險值，得到目標(biāo)區(qū)域的污染風(fēng)險值與污染物濃度值的回歸模型，從而能夠高效、準(zhǔn)確地估算出目標(biāo)區(qū)域內(nèi)任意空間位置的研究點的大氣污染物的濃度。

進一步地，由于考慮了對不同天氣條件對交通污染的影響范圍和影響力 大小，能夠更準(zhǔn)確地計算出無監(jiān)測站點區(qū)域的污染物濃度。具體而言，本發(fā)明實施例考慮了天氣因素的影響，根據(jù)氣象數(shù)據(jù)分析機動車污染的擴散方式，從而將路段劃分為不同類型的污染源，并基于交通路況和排放模型計算每個交通污染源的污染強度，還考慮了天氣因素對交通污染物擴散的影響，能夠基于擴散模型實時準(zhǔn)確地得到關(guān)注研究點的污染物濃度。

實施例2

圖4示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的大氣污染物濃度的估算裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4所示，該大氣污染物濃度的估算裝置主要包括：

污染源劃分模塊41，用于將目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的道路劃分為多個污染源，并確定各所述污染源的影響范圍；

對應(yīng)關(guān)系確定模塊43，與所述污染源劃分模塊41連接，用于根據(jù)各所述污染源的影響范圍以及所述目標(biāo)區(qū)域內(nèi)各研究點的位置信息，確定所述污染源與所述研究點的對應(yīng)關(guān)系，其中所述對應(yīng)關(guān)系能夠表示一個所述研究點受哪些污染源的影響和/或一個所述污染源將影響哪些研究點；

污染風(fēng)險值計算模塊45，與所述對應(yīng)關(guān)系確定模塊43連接，用于針對各所述研究點，分別根據(jù)對應(yīng)的污染源的污染強度及擴散模型計算其污染風(fēng)險值；

回歸模型建立模塊47，與所述污染風(fēng)險值計算模塊45連接，用于根據(jù)所述目標(biāo)區(qū)域內(nèi)已測出污染物濃度值的多個所述研究點的污染風(fēng)險值，建立所述污染風(fēng)險值與所述污染物濃度值之間的回歸模型；

污染物濃度值計算模塊49，與所述污染風(fēng)險值計算模塊45和所述回歸模型建立模塊47分別連接，用于針對所述目標(biāo)區(qū)域內(nèi)污染物濃度值未知的關(guān)注研究點，將所述關(guān)注研究點的污染風(fēng)險值代入所述回歸模型，以計算出所述關(guān)注研究點的污染物濃度值。

本實施例的大氣污染物濃度的估算裝置，利用污染源的擴散模型計算目 標(biāo)區(qū)域內(nèi)的各研究點的污染風(fēng)險值，得到目標(biāo)區(qū)域的污染風(fēng)險值與污染物濃度值的回歸模型，從而能夠基于交通路況高效、準(zhǔn)確地估算出目標(biāo)區(qū)域內(nèi)任意空間位置的關(guān)注研究點的大氣污染物的濃度。

實施例3

圖5示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的大氣污染物濃度的估算裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5中標(biāo)號與圖4相同的組件具有相同的功能，為簡明起見，省略對這些組件的詳細說明。

如圖5所示，與上一實施例的主要區(qū)別在于，污染源劃分模塊41包括：

道路劃分子模塊411，用于將所述目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的所有道路分別劃分為至少一個污染源；

類型確定子模塊413，用于根據(jù)所述目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的氣象數(shù)據(jù)，確定各所述污染源的類型為點類型還是線類型；以及

影響范圍確定子模塊415，用于根據(jù)所述氣象數(shù)據(jù)以及各所述污染源的類型，確定各所述污染源的影響范圍。

在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述類型確定子模塊413被配置為：在所述氣象數(shù)據(jù)中的風(fēng)速小于或等于第一閾值的情況下，確定各所述污染源的類型為點類型；在所述氣象數(shù)據(jù)中的風(fēng)速大于第一閾值的情況下，確定各所述污染源的類型為線類型。具體對道路進行劃分以及確定污染源類型方法可以參見圖2a至圖2d以及上述方法實施例中的相關(guān)描述。

在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述影響范圍確定子模塊415被配置為：

在所述氣象數(shù)據(jù)中的風(fēng)速小于或等于第二閾值的情況下，將所述點類型的污染源的影響范圍確定為以所述污染源為圓心且半徑為預(yù)定值的圓形區(qū)域，所述第二閾值小于所述第一閾值；

在所述氣象數(shù)據(jù)中的風(fēng)速大于所述第二閾值且小于或等于所述第一閾值的情況下，將所述點類型的污染源的影響范圍確定為所述圓形區(qū)域中位于 所述污染源的下風(fēng)方向的扇形部分；

在所述氣象數(shù)據(jù)中的風(fēng)速大于所述第一閾值的情況下，將所述線類型的污染源的影響范圍確定為所述圓形區(qū)域中位于所述污染源的下風(fēng)方向的類扇形部分。

具體確定污染源影響范圍的方法可以參見圖3a至圖3c以及上述方法實施例中的相關(guān)描述。

在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述污染風(fēng)險值計算模塊45被配置為采用上式1作為所述點類型的污染源的擴散模型，式1的具體含義可以參見上述方法實施例中的相關(guān)描述。

在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述污染風(fēng)險值計算模塊45被配置為采用上式2作為所述線類型的污染源的擴散模型，式2的具體含義可以參見上述方法實施例中的相關(guān)描述。

本實施例由于考慮了對不同天氣條件對交通污染的影響范圍和影響力大小，能夠更準(zhǔn)確地計算出無監(jiān)測站點區(qū)域的污染物濃度。具體而言，本發(fā)明實施例考慮了天氣因素的影響，根據(jù)氣象數(shù)據(jù)分析機動車污染的擴散方式，從而將路段劃分為不同類型的污染源，并基于交通路況和排放模型計算每個交通污染源的污染強度，還考慮了天氣因素對交通污染物擴散的影響，能夠基于擴散模型實時準(zhǔn)確地得到關(guān)注研究點的污染物濃度。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護范圍為準(zhǔn)。