CN118243575B - 一种基于数字化技术气溶胶扩散模拟方法和装置 - Google Patents
一种基于数字化技术气溶胶扩散模拟方法和装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种基于数字化技术气溶胶扩散模拟方法和装置，属于数据处理技术领域，解决了现有技术中无法准确模拟气溶胶扩散状况的问题。方法包括：在目标区域中设置气溶胶浓度检测设备；根据检测设备位置和第一气溶胶浓度数据确定第一气溶胶分布函数和第一气溶胶总量；根据检测设备位置和第二气溶胶浓度数据确定第二气溶胶分布函数和第二气溶胶总量；根据第一气溶胶总量、第二气溶胶总量，第一气溶胶分布函数和第二气溶胶分布函数，确定气溶胶分布变化率；根据气溶胶分布变化率、第一气溶胶总量、第二气溶胶总量、第二气溶胶分布函数，得到目标区域中气溶胶浓度随时间变化的气溶胶扩散函数。实现了准确客观地气溶胶扩散情况模拟。
Description
技术领域
本发明涉及数据处理技术领域，尤其涉及一种基于数字化技术气溶胶扩散模拟方法和装置。
背景技术
在相关技术中，CN116911214A公开了一种街区尺度气溶胶扩散模拟方法及装置，涉及环境保护技术领域，其中，该方法包括：生成目标街区的区域三维网格；基于所述区域三维网格，模拟出所述目标街区在多个风向和风力等级下分别对应的多个三维流场；根据模拟气溶胶扩散事件在对应扩散时段下的风向和风力等级，从所述多个三维流场中选择初始流场；根据所述初始流场和所述模拟气溶胶扩散事件的预设气溶胶扩散参数，获取所述待模拟气溶胶在对应扩散时段下的气溶胶浓度分布。该方案通过获取实时流场下的浓度分布，有效解决了街区模拟结果不准确或者模拟时间过长的问题。
CN105138715A公开了一种微生物气溶胶大气扩散危害评估方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1：针对所关注的地区建立自动化数值天气预报系统获得天气数据；步骤2：结合天气数据和微生物病原体气溶胶施放信息模拟获得微生物气溶胶大气扩散态势；步骤3：绘制微生物气溶胶在施放后不同时间的扩散态势预判微生物气溶胶污染区域及浓度分布；步骤4：评估每日可能感染人数及死亡人数；与现有技术相比，该方案在提高微生物气溶胶大气扩散危害评估计算精度及可信性的基础上，时效性仍然能够满足应急相应的时间需求，同时具有较强的通用性。
基于以上相关技术，能够解决气溶胶扩散模拟结果不准确或者模拟时间过长的问题，然而，相关技术并未考虑气溶胶扩散过程中气溶胶总量和气溶胶颗粒运动对气溶胶扩散的影响，即，无法在模拟气溶胶扩散的过程中，根据气溶胶总量和气溶胶颗粒运动的变化情况，准确模拟气溶胶扩散状况。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种基于数字化技术气溶胶扩散模拟方法和装置，用以解决现有无法在模拟气溶胶扩散的过程中，根据气溶胶总量和气溶胶颗粒运动的变化情况，无法准确模拟气溶胶扩散状况的问题。
一方面，本发明实施例提供了一种基于数字化技术气溶胶扩散模拟方法，包括以下步骤：
在目标区域中的多个位置设置多个气溶胶浓度检测设备；
在第一时刻，获取各个气溶胶浓度检测设备检测到的第一气溶胶浓度数据；根据各个气溶胶浓度检测设备的位置信息以及第一气溶胶浓度数据确定第一气溶胶分布函数；
根据所述第一气溶胶分布函数，确定所述目标区域内的第一气溶胶总量；
在预设时间段之后的第二时刻，获取各个气溶胶浓度检测设备检测到的第二气溶胶浓度数据；根据各个气溶胶浓度检测设备的位置信息，以及第二气溶胶浓度数据，确定第二气溶胶分布函数；
根据所述第二气溶胶分布函数，确定所述目标区域内的第二气溶胶总量；
根据所述第一气溶胶总量、所述第二气溶胶总量，所述第一气溶胶分布函数和所述第二气溶胶分布函数，确定气溶胶分布变化率；所述气溶胶分布变化率用于描述去除气溶胶总量的变化因素后，目标区域中的多个位置的气溶胶浓度随时间变化的速率；
在第一时刻和第二时刻的中间时刻，获取各个气溶胶浓度检测设备检测到的第三气溶胶浓度数据；根据所述气溶胶分布变化率、所述第一气溶胶总量、所述第二气溶胶总量、所述第二气溶胶分布函数和第三气溶胶浓度数据，得到目标区域中各个位置的气溶胶浓度随时间变化的气溶胶扩散函数。
基于上述方法的进一步改进，根据所述第一气溶胶总量、所述第二气溶胶总量，所述第一气溶胶分布函数和所述第二气溶胶分布函数，采用以下公式确定气溶胶分布变化率：
；
其中，表示的气溶胶分布变化率，表示第二气溶胶分布函数，表示第一气溶胶分布函数，表示第一气溶胶总量，表示第二气溶胶总量，表示预设时间段的时长，表示目标区域内的位置坐标。
基于上述方法的进一步改进，根据所述气溶胶分布变化率、所述第一气溶胶总量、所述第二气溶胶总量、所述第二气溶胶分布函数和第三气溶胶浓度数据，获得目标区域中各个位置的气溶胶浓度随时间变化的气溶胶扩散函数，包括：
根据各个气溶胶浓度检测设备的位置信息，以及所述第三气溶胶浓度数据，确定第三气溶胶分布函数；根据所述第三气溶胶分布函数，确定所述目标区域内的第三气溶胶总量；
根据所述第一气溶胶总量、所述第二气溶胶总量和所述第三气溶胶总量，确定气溶胶总量预测函数；
根据所述气溶胶总量预测函数，确定在t时刻目标区域中的预测平均气溶胶浓度；
根据所述气溶胶总量预测函数、所述预测平均气溶胶浓度、所述第二气溶胶分布函数和所述气溶胶分布变化率，确定所述气溶胶扩散函数。
基于上述方法的进一步改进，根据所述气溶胶总量预测函数、所述预测平均气溶胶浓度、所述第二气溶胶分布函数和所述气溶胶分布变化率，确定所述气溶胶扩散函数，包括：
根据所述气溶胶总量预测函数、所述第二气溶胶分布函数和所述气溶胶分布变化率，确定在t时刻目标区域中各个位置坐标处的预测浓度函数；
获取各个位置坐标处的预测浓度函数对于时间的偏导数；
根据所述偏导数、所述预测平均气溶胶浓度和所述预测浓度函数，确定所述气溶胶扩散函数。
基于上述方法的进一步改进，根据所述气溶胶总量预测函数、所述第二气溶胶分布函数和所述气溶胶分布变化率，采用以下公式确定在t时刻目标区域中各个位置坐标处的预测浓度函数：
；
其中，表示气溶胶总量预测函数，表示第二气溶胶总量，表示第二气溶胶分布函数，表示气溶胶分布变化率，表示第二时刻，，表示所述目标区域内的位置坐标。
基于上述方法的进一步改进，根据所述偏导数、所述预测平均气溶胶浓度和所述预测浓度函数，采用以下公式确定所述气溶胶扩散函数：
；
其中，表示在t时刻目标区域的预测浓度函数，为预测浓度函数对于时间的偏导数，为所述预测平均气溶胶浓度。
基于上述方法的进一步改进，根据所述第一气溶胶分布函数，采用以下公式确定所述目标区域内的第一气溶胶总量：
；
其中，为所述目标区域的范围，表示第一气溶胶分布函数，表示目标区域内的位置坐标。
基于上述方法的进一步改进，根据所述第一气溶胶总量、所述第二气溶胶总量和所述第三气溶胶总量，确定气溶胶总量预测函数，包括：
对所述第一气溶胶总量、所述第三气溶胶总量和所述第二气溶胶总量，以及所述第一时刻、所述中间时刻和所述第二时刻进行拟合，获得所述气溶胶总量预测函数。
另一方面，本发明实施例提供了一种基于数字化技术气溶胶扩散模拟装置，包括：
检测模块，用于在目标区域中的多个位置设置多个气溶胶浓度检测设备；
第一计算模块，用于在第一时刻，获取各个气溶胶浓度检测设备检测到的第一气溶胶浓度数据；根据各个气溶胶浓度检测设备的位置信息以及第一气溶胶浓度数据确定第一气溶胶分布函数；根据所述第一气溶胶分布函数，确定所述目标区域内的第一气溶胶总量；
第二计算模块，用于在预设时间段之后的第二时刻，获取各个气溶胶浓度检测设备检测到的第二气溶胶浓度数据；根据各个气溶胶浓度检测设备的位置信息，以及第二气溶胶浓度数据，确定第二气溶胶分布函数；根据所述第二气溶胶分布函数，确定所述目标区域内的第二气溶胶总量；
变化率计算模块，用于根据所述第一气溶胶总量、所述第二气溶胶总量，所述第一气溶胶分布函数和所述第二气溶胶分布函数，确定气溶胶分布变化率；所述气溶胶分布变化率用于描述去除气溶胶总量的变化因素后，目标区域中的多个位置的气溶胶浓度随时间变化的速率；
扩散函数模块，用于在第一时刻和第二时刻的中间时刻，获取各个气溶胶浓度检测设备检测到的第三气溶胶浓度数据；根据所述气溶胶分布变化率、所述第一气溶胶总量、所述第二气溶胶总量、所述第二气溶胶分布函数和第三气溶胶浓度数据，得到目标区域中各个位置的气溶胶浓度随时间变化的气溶胶扩散函数。
基于上述装置的进一步改进，变化率计算模块根据所述第一气溶胶总量、所述第二气溶胶总量，所述第一气溶胶分布函数和所述第二气溶胶分布函数，采用以下公式确定气溶胶分布变化率：
；
其中，表示的气溶胶分布变化率，表示第二气溶胶分布函数，表示第一气溶胶分布函数，表示第一气溶胶总量，表示第二气溶胶总量，表示预设时间段的时长，表示目标区域内的位置坐标。
与现有技术相比，本发明通过在目标区域的多个位置处设置多个气溶胶浓度检测设备从而采集目标区域多个位置处的气溶胶浓度，通过根据第一时刻各位置的气溶胶浓度即各位置信息确定第一气溶胶分布函数和第一气溶胶总量、通过根据第二时刻各位置的气溶胶浓度确定第二气溶胶分布函数和第二气溶胶总量，进而确定去除气溶胶总量的变化因素后的气溶胶分布变化率；从而充分考虑气溶胶总量对气溶胶分布变化率的影响，进而除去该影响因素，准确地确定仅考虑气溶胶自身的运动扩散作用引起的气溶胶分布变化，从而提高气溶胶分布变化率的准确性和客观性，为确定气溶胶扩散函数提供数据基础；通过第一气溶胶分布函数、第一气溶胶总量、第二气溶胶分布函数、第二气溶胶总量、气溶胶分布变化率以及第一时刻和第二时刻的中间时刻各位置处的气溶胶浓度，得到目标区域中各个位置的气溶胶浓度随时间变化的气溶胶扩散函数，从而确定气溶胶总量以及气溶胶分布的变化情况，进而更准确且全面地确定目标区域内的气溶胶扩散状况，使得气溶胶扩散函数能够描述气溶胶浓度将趋于均匀或趋于0的变化趋势，提高了溶胶扩散函数的准确性和客观性。
本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件；
图1为本发明实施例基于数字化技术气溶胶扩散模拟方法的流程图；
图2为本发明实施例基于数字化技术气溶胶扩散模拟装置的框图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
本发明的一个具体实施例，公开了一种基于数字化技术气溶胶扩散模拟方法，如图1所示，包括以下步骤：
S101、在目标区域中的多个位置设置多个气溶胶浓度检测设备；
S102、在第一时刻，获取各个气溶胶浓度检测设备检测到的第一气溶胶浓度数据；根据各个气溶胶浓度检测设备的位置信息以及第一气溶胶浓度数据确定第一气溶胶分布函数；
S103、根据所述第一气溶胶分布函数，确定所述目标区域内的第一气溶胶总量；
S104、在预设时间段之后的第二时刻，获取各个气溶胶浓度检测设备检测到的第二气溶胶浓度数据；根据各个气溶胶浓度检测设备的位置信息，以及第二气溶胶浓度数据，确定第二气溶胶分布函数；
S105、根据所述第二气溶胶分布函数，确定所述目标区域内的第二气溶胶总量；
S106、根据所述第一气溶胶总量、所述第二气溶胶总量，所述第一气溶胶分布函数和所述第二气溶胶分布函数，确定气溶胶分布变化率；所述气溶胶分布变化率用于描述去除气溶胶总量的变化因素后，目标区域中的多个位置的气溶胶浓度随时间变化的速率；
S107、在第一时刻和第二时刻的中间时刻，获取各个气溶胶浓度检测设备检测到的第三气溶胶浓度数据；根据所述气溶胶分布变化率、所述第一气溶胶总量、所述第二气溶胶总量、所述第二气溶胶分布函数和第三气溶胶浓度数据，得到目标区域中各个位置的气溶胶浓度随时间变化的气溶胶扩散函数。
需要说明的是，根据第一气溶胶总量、第二气溶胶总量，第一气溶胶分布函数和第二气溶胶分布函数确定气溶胶分布变化率用于描述在去除气溶胶总量的变化因素后，目标区域中的多个位置的气溶胶浓度随时间的变化的速率。
与现有技术相比，本实施例提供的基于数字化技术气溶胶扩散模拟方法，通过在目标区域的多个位置处设置多个气溶胶浓度检测设备从而采集目标区域多个位置处的气溶胶浓度，通过根据第一时刻各位置的气溶胶浓度即各位置信息确定第一气溶胶分布函数和第一气溶胶总量、通过根据第二时刻各位置的气溶胶浓度确定第二气溶胶分布函数和第二气溶胶总量，进而确定去除气溶胶总量的变化因素后的气溶胶分布变化率；从而充分考虑气溶胶总量对气溶胶分布变化率的影响，进而除去该影响因素，准确地确定仅考虑气溶胶自身的运动扩散作用引起的气溶胶分布变化，从而提高气溶胶分布变化率的准确性和客观性，为确定气溶胶扩散函数提供数据基础；通过第一气溶胶分布函数、第一气溶胶总量、第二气溶胶分布函数、第二气溶胶总量、气溶胶分布变化率以及第一时刻和第二时刻的中间时刻各位置处的气溶胶浓度，得到目标区域中各个位置的气溶胶浓度随时间变化的气溶胶扩散函数，从而确定气溶胶总量以及气溶胶分布的变化情况，进而更准确且全面地确定目标区域内的气溶胶扩散状况，使得气溶胶扩散函数能够描述气溶胶浓度将趋于均匀或趋于0的变化趋势，提高了溶胶扩散函数的准确性和客观性。
根据本发明的一个实施例，在步骤S101中，在目标区域中的多个位置设置多个气溶胶浓度检测设备，从而采集目标区域多个位置处的气溶胶浓度数据。
例如，将目标区域设置为某个街道，在街道中的多个位置设置气溶胶浓度检测设备。或者，目标区域可以是某个封闭区域，例如，商场、办公场所等，可在商场或办公场所中的多个位置设置气溶胶浓度检测设备，来采集气溶胶浓度。
根据本发明的一个实施例，在步骤S102中，在第一时刻，获取各个气溶胶浓度检测设备检测到的第一气溶胶浓度数据。根据各个气溶胶浓度检测设备的位置信息，以及第一气溶胶浓度数据，确定第一气溶胶分布函数。
例如，将第一时刻设置为气溶胶浓度检测设备设置完成后的任一时刻，在第一时刻，获取各个气溶胶浓度检测设备检测到的气溶胶浓度数据，即，第一气溶胶浓度数据。
例如，以目标区域的中心作为坐标原点建立坐标系，根据各个检测设备的位置信息和第一气溶胶浓度数据进行拟合，得到用于描述在第一时刻时目标街区中气溶胶分布状况的第一气溶胶分布函数。即，将目标区域中任意位置的坐标输入第一气溶胶分布函数，即可获得该位置的第一气溶胶浓度数据。
根据本发明的一个实施例，在步骤S103中，根据所述第一气溶胶分布函数，采用以下公式（1）确定所述目标区域内的第一气溶胶总量：
；
其中，为所述目标区域的范围，表示第一气溶胶分布函数，表示目标区域内的位置坐标。
根据本发明的一个实施例，为描述气溶胶在目标区域内分布情况的第一气溶胶分布函数，对第一气溶胶分布函数在目标区域的范围内进行积分，可确定目标区域范围内的气溶胶总量，即，第一气溶胶总量。
通过这种方式，通过拟合获得第一气溶胶分布函数，从而可准确描述目标区域内各个位置处的气溶胶浓度，然后根据第一气溶胶分布函数，确定第一气溶胶总量，从而提高了第一气溶胶总量的客观性和准确性，为后续监测气溶胶总量的变化提供数据基础。
根据本发明的一个实施例，在步骤S104中，在预设时间段之后的第二时刻，获取各个气溶胶浓度检测设备检测到的第二气溶胶浓度数据；根据各个气溶胶浓度检测设备的位置信息，以及第二气溶胶浓度数据，确定第二气溶胶分布函数。
实施时，如果预设时间段较短，气溶胶浓度变化量较小，难以被气溶胶浓度检测设备检测，因此，为准确获取气溶胶浓度的变化量，实施时，可将预设时间段设置为20分钟，在第一时刻的二十分钟后，获取第二气溶胶浓度数据。
实施时，根据各个检测设备的位置信息和第二气溶胶浓度数据进行拟合，得到用于描述在第二时刻时目标街区中气溶胶分布情况的第二气溶胶分布函数。
根据本发明的一个实施例，在步骤S105中，根据所述第二气溶胶分布函数，确定所述目标区域内的第二气溶胶总量。
例如，第二气溶胶总量与第一气溶胶总量的获取方式类似，可对第二气溶胶分布函数在目标区域的范围内进行积分，确定第二时刻的目标区域范围内的气溶胶总量，即，第二气溶胶总量。
根据本发明的一个实施例，在步骤S106中，根据所述第一气溶胶总量、所述第二气溶胶总量，所述第一气溶胶分布函数和所述第二气溶胶分布函数，确定气溶胶分布变化率,其中，所述气溶胶分布变化率用于描述去除气溶胶总量的变化因素后，目标区域中的多个位置的气溶胶浓度随时间变化的速率。
气溶胶分布受到气溶胶自身的运动扩散的影响，以及气溶胶总量变化影响两部分。由于风力可能会将目标区域中空中的气溶胶带离目标区域，或者将目标区域外空气中的气溶胶带入目标区域，以及粒径较大的气溶胶颗粒由于重量较大而落地，导致第一气溶胶总量与第二气溶胶总量不相等，从而影响气溶胶的分布。气溶胶自身的运动扩散也可影响气溶胶分布，因此，可去除气溶胶总量变化的影响，确定气溶胶自身的运动扩散导致的气溶胶分布的变化规律，并结合气溶胶总量的变化规律，从而预测气溶胶未来的分布变化规律，从而确定气溶胶的扩散规律。
根据本发明的一个实施例，在步骤S106中，根据所述第一气溶胶总量、所述第二气溶胶总量，所述第一气溶胶分布函数和所述第二气溶胶分布函数，采用以下公式（2）确定气溶胶分布变化率：
；
其中，表示的气溶胶分布变化率，表示第二气溶胶分布函数，表示第一气溶胶分布函数，表示第一气溶胶总量，表示第二气溶胶总量，表示预设时间段的时长，表示目标区域内的位置坐标。
根据本发明的一个实施例，为第二气溶胶总量与第一气溶胶总量的比值，假设气溶胶总量的变化引起的目标区域中各个位置处的浓度变化是均匀的，则即为仅考虑气溶胶总量变化的情况下，在第二时刻的气溶胶分布函数，因此，为去除气溶胶总量的变化因素后，目标区域的位置处第二时刻与第一时刻的气溶胶分布变化量，即，仅考虑气溶胶自身的运动扩散作用，引起的气溶胶分布变化量，为位置处第二时刻与第一时刻的气溶胶分布变化量与预设时间段的时长的比值，代表位置处的气溶胶浓度变化率。
通过这种方式，可根据第一气溶胶总量、第二气溶胶总量，第一气溶胶分布函数和第二气溶胶分布函数，确定去除气溶胶总量的变化因素后的气溶胶分布变化率，在计算过程中，充分考虑了气溶胶总量变化对气溶胶分布变化率的影响，从而在将该影响去除后，准确地确定仅考虑气溶胶自身的运动扩散作用引起的气溶胶分布变化，从而提高气溶胶分布变化率的准确性和客观性，为确定气溶胶扩散函数提供数据基础。
根据本发明的一个实施例，在步骤S107中，在第一时刻和第二时刻的中间时刻，获取各个气溶胶浓度检测设备检测到的第三气溶胶浓度数据。
例如，步骤S103中预设时间段为二十分钟，可在第一时刻的十分钟后获得第三气溶胶浓度数据。
根据本发明的一个实施例，在步骤S107中，根据所述气溶胶分布变化率、所述第一气溶胶总量、所述第二气溶胶总量、所述第二气溶胶分布函数和第三气溶胶浓度数据，获得目标区域中各个位置的气溶胶浓度随时间变化的气溶胶扩散函数，包括：
S1071、根据各个气溶胶浓度检测设备的位置信息，以及所述第三气溶胶浓度数据，确定第三气溶胶分布函数；根据所述第三气溶胶分布函数，确定所述目标区域内的第三气溶胶总量；
S1072、根据所述第一气溶胶总量、所述第二气溶胶总量和所述第三气溶胶总量，确定气溶胶总量预测函数；
S1073、根据所述气溶胶总量预测函数，确定在t时刻目标区域中的预测平均气溶胶浓度；
S1074、根据所述气溶胶总量预测函数、所述预测平均气溶胶浓度、所述第二气溶胶分布函数和所述气溶胶分布变化率，确定所述气溶胶扩散函数。
实施时，根据各个检测设备的位置信息和第三气溶胶浓度数据进行拟合，获得用于描述中间时刻时目标街区中气溶胶分布情况的第三气溶胶分布函数；根据第三气溶胶分布函数在目标区域的范围内进行积分，确定中间时刻时目标区域范围内的气溶胶总量，即，第三气溶胶总量。
根据本发明的一个实施例，在步骤S1072中，根据所述第一气溶胶总量、所述第二气溶胶总量和所述第三气溶胶总量，确定气溶胶总量预测函数，包括：
对所述第一气溶胶总量、所述第三气溶胶总量和所述第二气溶胶总量，以及所述第一时刻、所述中间时刻和所述第二时刻进行拟合，获得所述气溶胶总量预测函数。
气溶胶总量的变化速度在各个时间段可能不同，因此，可基于三个时间点的气溶胶总量，推测气溶胶总量的变化规律，获得气溶胶总量预测函数，例如，可通过二次多项式拟合的方式，获得气溶胶总量预测函数，本发明对于拟合的具体方式不做限制。
根据本发明的一个实施例，步骤S1073中，可将t时刻代入气溶胶总量预测函数，确定t时刻的溶胶预测总量，根据t时刻的溶胶预测总量，确定t时刻目标区域中的预测平均气溶胶浓度，例如，通过t时刻的溶胶预测总量除以预设区域的体积，获得t时刻目标区域中的预测平均气溶胶浓度。
根据本发明的一个实施例，步骤S1074中，根据所述气溶胶总量预测函数、所述预测平均气溶胶浓度、所述第二气溶胶分布函数和所述气溶胶分布变化率，确定所述气溶胶扩散函数，包括：
根据所述气溶胶总量预测函数、所述第二气溶胶分布函数和所述气溶胶分布变化率，确定在t时刻目标区域中各个位置坐标处的预测浓度函数；
获取各个位置坐标处的预测浓度函数对于时间的偏导数；
根据所述偏导数、所述预测平均气溶胶浓度和所述预测浓度函数，确定所述气溶胶扩散函数。
具体的，根据所述气溶胶总量预测函数、所述第二气溶胶分布函数和所述气溶胶分布变化率，采用以下公式（3）确定在t时刻目标区域中各个位置坐标处的预测浓度函数：
；
其中，表示气溶胶总量预测函数，表示第二气溶胶总量，表示第二气溶胶分布函数，表示气溶胶分布变化率，表示第二时刻，，表示所述目标区域内的位置坐标。
根据本发明的一个实施例，
；
其中，为气溶胶分布变化率与t时刻到第二时刻时间差的乘积，代表在仅考虑气溶胶扩散运动情况下，第二时刻到t时刻之间的气溶胶分布变化量。为t时刻的气溶胶预测总量与第二气溶胶总量的比值，为t时刻气溶胶预测总量与第二气溶胶总量的比值，与第二时刻的第二气溶胶分布函数的积，代表在仅考虑气溶胶总量变化情况下，t时刻气溶胶的分布情况，为t时刻气溶胶的分布情况与第二时刻气溶胶的分布情况的差值，代表在仅考虑气溶胶总量变化情况下，第二时刻到t时刻之间的气溶胶分布变化量。因此，将仅考虑气溶胶总量变化情况下，第二时刻到t时刻之间的气溶胶分布变化量，以及仅考虑气溶胶运动扩散情况下，第二时刻到t时刻之间的气溶胶分布变化量进行求和，可获得第二时刻到t时刻之间的气溶胶分布变化总量，将第二时刻到t时刻之间的气溶胶分布变化总量与第二气溶胶分布函数进行求和，获得t时刻目标区域中各个位置坐标处的预测浓度函数。
通过这种方式，分别考虑了气溶胶运动扩散和气溶胶总量变化对预测气溶胶浓度的影响，可获得两种因素引起的气溶胶分布变化量，从而基于第二气溶胶分布函数以及两种因素引起的气溶胶分布变化量得到预测浓度函数，提高了预测浓度函数准确性和客观性。
根据本发明的一个实施例，预测浓度函数可包括四个自变量，即，x，y，z和t，其中，t为时间自变量，x，y和z为位置自变量，可求解预测浓度函数对于时间自变量的偏导数，该偏导数可表示某个位置处的气溶胶浓度的总体变化率。
根据本发明的一个实施例，根据所述偏导数、所述预测平均气溶胶浓度和所述预测浓度函数，采用以下公式（4）确定所述气溶胶扩散函数：
；
其中，表示在t时刻目标区域的预测浓度函数，为预测浓度函数对于时间的偏导数，为所述预测平均气溶胶浓度。
根据本发明的一个实施例，公式（4）可表示以下四种情况，当时，即，t时刻目标区域中处的预测浓度小于等于0，由于物理意义中不存在气溶胶浓度小于0的情况，因此，可将气溶胶扩散函数的值设置为0。当时，气溶胶扩散函数的值为气溶胶浓度的总体变化率，该位置的气溶胶浓度可按照该总体变化率进行变化，该变化率可用于描述该位置处的气溶胶扩散至其他位置（气溶胶浓度的总体变化率小于0）或其他位置处的气溶胶扩散至该位置气溶胶浓度的总体变化率大于或等于0）的情况，并且该位置处的气溶胶浓度可能继续下降至0或者上升至预测平均气溶胶浓度。当且时，t时刻目标区域中处的预测浓度大于预测平均气溶胶浓度且气溶胶浓度的总体变化率小于0，表示随着时间推移处的浓度将下降，下降的极限为预测平均气溶胶浓度，因此，溶胶扩散函数的值为气溶胶扩散变化率。当且，t时刻目标区域中处的预测浓度大于预测平均气溶胶浓度且气溶胶浓度的总体变化率大于0，表示随着时间推移处的预测浓度将继续上升，这种预测浓度大于预测平均气溶胶浓度的情况下，预测浓度将继续上升的趋势与气溶胶扩散均匀的目标不符，为使气溶胶浓度达到均匀状态，可将气溶胶扩散函数的值设置为，使得处的预测浓度的变化趋势为下降，且下降的极限为预测平均气溶胶浓度。经过以上设置，气溶胶扩散函数可表示各个位置处的气溶胶浓度的变化，且变化趋势为朝向预测平均气溶胶浓度或者0的方向变化，因此，经过时间推移，目标区域内的气溶胶浓度将趋于均匀（例如，无明显气流扰动的情况下，气溶胶自由扩散，各处的气溶胶浓度可趋于均匀）或者趋于0（例如，存在明显气流扰动的情况下，气溶胶离开目标区域，各处的气溶胶浓度可趋于0）。
通过这种方式，可考虑气溶胶运动扩散和气溶胶总量变化对预测气溶胶浓度的影响，获得气溶胶浓度的总体变化率，并基于总体变化率设置气溶胶扩散函数，使得气溶胶扩散函数能够描述气溶胶浓度将趋于均匀或趋于0的变化趋势，提高了溶胶扩散函数的准确性和客观性。
根据本发明的实施例的基于数字化技术气溶胶扩散模拟方法，可获取目标区域中的气溶胶总量以及去除气溶胶总量的变化因素后的气溶胶分布变化率，从而确定气溶胶总量以及气溶胶分布的变化情况，进而更准确且全面地确定目标区域内的气溶胶扩散状况。在确定第一气溶胶总量时，可通过拟合获得第一气溶胶分布函数，从而可描述目标区域内各个位置处的气溶胶浓度，并可根据第一气溶胶分布函数，确定第一气溶胶总量，提高了第一气溶胶总量的客观性和准确性，为后续监测气溶胶总量的变化提供数据基础。在确定气溶胶分布变化率时，可根据第一气溶胶总量、第二气溶胶总量，第一气溶胶分布函数和第二气溶胶分布函数，确定去除气溶胶总量的变化因素后的气溶胶分布变化率，在计算过程中，充分考虑了气溶胶总量变化对气溶胶分布变化率的影响，从而在将该影响去除后，准确地确定仅考虑气溶胶自身的运动扩散作用引起的气溶胶分布变化，从而提高气溶胶分布变化率的准确性和客观性，为确定气溶胶扩散函数提供数据基础。在确定预测浓度函数时，分别考虑了气溶胶运动扩散和气溶胶总量变化对预测气溶胶浓度的影响，可获得两种因素引起的气溶胶分布变化量，从而基于第二气溶胶分布函数以及两种因素引起的气溶胶分布变化量得到预测浓度函数，提高了预测浓度函数准确性和客观性。在确定气溶胶扩散函数时，可考虑气溶胶运动扩散和气溶胶总量变化对预测气溶胶浓度的影响，获得气溶胶浓度的总体变化率，并基于总体变化率设置气溶胶扩散函数，使得气溶胶扩散函数能够描述气溶胶浓度将趋于均匀或趋于0的变化趋势，提高了溶胶扩散函数的准确性和客观性。
本发明的一个具体实施例，公开了一种基于数字化技术气溶胶扩散模拟装置，如图2所示，包括：
检测模块，用于在目标区域中的多个位置设置多个气溶胶浓度检测设备；
第一计算模块，用于在第一时刻，获取各个气溶胶浓度检测设备检测到的第一气溶胶浓度数据；根据各个气溶胶浓度检测设备的位置信息以及第一气溶胶浓度数据确定第一气溶胶分布函数；根据所述第一气溶胶分布函数，确定所述目标区域内的第一气溶胶总量；
第二计算模块，用于在预设时间段之后的第二时刻，获取各个气溶胶浓度检测设备检测到的第二气溶胶浓度数据；根据各个气溶胶浓度检测设备的位置信息，以及第二气溶胶浓度数据，确定第二气溶胶分布函数；根据所述第二气溶胶分布函数，确定所述目标区域内的第二气溶胶总量；
变化率计算模块，用于根据所述第一气溶胶总量、所述第二气溶胶总量，所述第一气溶胶分布函数和所述第二气溶胶分布函数，确定气溶胶分布变化率；所述气溶胶分布变化率用于描述去除气溶胶总量的变化因素后，目标区域中的多个位置的气溶胶浓度随时间变化的速率；
扩散函数模块，用于在第一时刻和第二时刻的中间时刻，获取各个气溶胶浓度检测设备检测到的第三气溶胶浓度数据；根据所述气溶胶分布变化率、所述第一气溶胶总量、所述第二气溶胶总量、所述第二气溶胶分布函数和第三气溶胶浓度数据，得到目标区域中各个位置的气溶胶浓度随时间变化的气溶胶扩散函数。
优选的，变化率计算模块根据所述第一气溶胶总量、所述第二气溶胶总量，所述第一气溶胶分布函数和所述第二气溶胶分布函数，采用以下公式确定气溶胶分布变化率：
；
其中，表示的气溶胶分布变化率，表示第二气溶胶分布函数，表示第一气溶胶分布函数，表示第一气溶胶总量，表示第二气溶胶总量，表示预设时间段的时长，表示目标区域内的位置坐标。
上述方法实施例和装置实施例，基于相同的原理，其相关之处可相互借鉴，且能达到相同的技术效果。具体实施过程参见前述实施例，此处不再赘述。
本发明的一个具体实施例一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现基于数字化技术气溶胶扩散模拟方法的步骤。
本发明的一个具体实施例，公开了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述基于数字化技术气溶胶扩散模拟方法的步骤。
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于数字化技术气溶胶扩散模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：
在目标区域中的多个位置设置多个气溶胶浓度检测设备；
在第一时刻，获取各个气溶胶浓度检测设备检测到的第一气溶胶浓度数据；根据各个气溶胶浓度检测设备的位置信息以及第一气溶胶浓度数据确定第一气溶胶分布函数；
根据所述第一气溶胶分布函数，确定所述目标区域内的第一气溶胶总量；
在预设时间段之后的第二时刻，获取各个气溶胶浓度检测设备检测到的第二气溶胶浓度数据；根据各个气溶胶浓度检测设备的位置信息，以及第二气溶胶浓度数据，确定第二气溶胶分布函数；
根据所述第二气溶胶分布函数，确定所述目标区域内的第二气溶胶总量；
根据所述第一气溶胶总量、所述第二气溶胶总量，所述第一气溶胶分布函数和所述第二气溶胶分布函数，确定气溶胶分布变化率；所述气溶胶分布变化率用于描述去除气溶胶总量的变化因素后，目标区域中的多个位置的气溶胶浓度随时间变化的速率；
在第一时刻和第二时刻的中间时刻，获取各个气溶胶浓度检测设备检测到的第三气溶胶浓度数据；根据所述气溶胶分布变化率、所述第一气溶胶总量、所述第二气溶胶总量、所述第二气溶胶分布函数和第三气溶胶浓度数据，得到目标区域中各个位置的气溶胶浓度随时间变化的气溶胶扩散函数。
2.根据权利要求1所述的基于数字化技术气溶胶扩散模拟方法，其特征在于，根据所述第一气溶胶总量、所述第二气溶胶总量，所述第一气溶胶分布函数和所述第二气溶胶分布函数，采用以下公式确定气溶胶分布变化率：
；
其中，表示的气溶胶分布变化率，表示第二气溶胶分布函数，表示第一气溶胶分布函数，表示第一气溶胶总量，表示第二气溶胶总量，表示预设时间段的时长，表示目标区域内的位置坐标。
3.根据权利要求1所述的基于数字化技术气溶胶扩散模拟方法，其特征在于，根据所述气溶胶分布变化率、所述第一气溶胶总量、所述第二气溶胶总量、所述第二气溶胶分布函数和第三气溶胶浓度数据，获得目标区域中各个位置的气溶胶浓度随时间变化的气溶胶扩散函数，包括：
根据各个气溶胶浓度检测设备的位置信息，以及所述第三气溶胶浓度数据，确定第三气溶胶分布函数；根据所述第三气溶胶分布函数，确定所述目标区域内的第三气溶胶总量；
根据所述第一气溶胶总量、所述第二气溶胶总量和所述第三气溶胶总量，确定气溶胶总量预测函数；
根据所述气溶胶总量预测函数，确定在t时刻目标区域中的预测平均气溶胶浓度；
根据所述气溶胶总量预测函数、所述预测平均气溶胶浓度、所述第二气溶胶分布函数和所述气溶胶分布变化率，确定所述气溶胶扩散函数。
4.根据权利要求3所述的基于数字化技术气溶胶扩散模拟方法，其特征在于，根据所述气溶胶总量预测函数、所述预测平均气溶胶浓度、所述第二气溶胶分布函数和所述气溶胶分布变化率，确定所述气溶胶扩散函数，包括：
根据所述气溶胶总量预测函数、所述第二气溶胶分布函数和所述气溶胶分布变化率，确定在t时刻目标区域中各个位置坐标处的预测浓度函数；
获取各个位置坐标处的预测浓度函数对于时间的偏导数；
根据所述偏导数、所述预测平均气溶胶浓度和所述预测浓度函数，确定所述气溶胶扩散函数。
5.根据权利要求4所述的基于数字化技术气溶胶扩散模拟方法，其特征在于，根据所述气溶胶总量预测函数、所述第二气溶胶分布函数和所述气溶胶分布变化率，采用以下公式确定在t时刻目标区域中各个位置坐标处的预测浓度函数：
；
其中，表示气溶胶总量预测函数，表示第二气溶胶总量，表示第二气溶胶分布函数，表示气溶胶分布变化率，表示第二时刻，，表示所述目标区域内的位置坐标。
6.根据权利要求4所述的基于数字化技术气溶胶扩散模拟方法，其特征在于，根据所述偏导数、所述预测平均气溶胶浓度和所述预测浓度函数，采用以下公式确定所述气溶胶扩散函数：；
其中，表示在t时刻目标区域的预测浓度函数，为预测浓度函数对于时间的偏导数，为所述预测平均气溶胶浓度。
7.根据权利要求1所述的基于数字化技术气溶胶扩散模拟方法，其特征在于，根据所述第一气溶胶分布函数，采用以下公式确定所述目标区域内的第一气溶胶总量：
；
其中，为所述目标区域的范围，表示第一气溶胶分布函数，表示目标区域内的位置坐标。
8.根据权利要求1所述的基于数字化技术气溶胶扩散模拟方法，其特征在于，根据所述第一气溶胶总量、所述第二气溶胶总量和所述第三气溶胶总量，确定气溶胶总量预测函数，包括：
对所述第一气溶胶总量、所述第三气溶胶总量和所述第二气溶胶总量，以及所述第一时刻、所述中间时刻和所述第二时刻进行拟合，获得所述气溶胶总量预测函数。
9.一种基于数字化技术气溶胶扩散模拟装置，其特征在于，包括：
检测模块，用于在目标区域中的多个位置设置多个气溶胶浓度检测设备；
第一计算模块，用于在第一时刻，获取各个气溶胶浓度检测设备检测到的第一气溶胶浓度数据；根据各个气溶胶浓度检测设备的位置信息以及第一气溶胶浓度数据确定第一气溶胶分布函数；根据所述第一气溶胶分布函数，确定所述目标区域内的第一气溶胶总量；
第二计算模块，用于在预设时间段之后的第二时刻，获取各个气溶胶浓度检测设备检测到的第二气溶胶浓度数据；根据各个气溶胶浓度检测设备的位置信息，以及第二气溶胶浓度数据，确定第二气溶胶分布函数；根据所述第二气溶胶分布函数，确定所述目标区域内的第二气溶胶总量；
变化率计算模块，用于根据所述第一气溶胶总量、所述第二气溶胶总量，所述第一气溶胶分布函数和所述第二气溶胶分布函数，确定气溶胶分布变化率；所述气溶胶分布变化率用于描述去除气溶胶总量的变化因素后，目标区域中的多个位置的气溶胶浓度随时间变化的速率；
扩散函数模块，用于在第一时刻和第二时刻的中间时刻，获取各个气溶胶浓度检测设备检测到的第三气溶胶浓度数据；根据所述气溶胶分布变化率、所述第一气溶胶总量、所述第二气溶胶总量、所述第二气溶胶分布函数和第三气溶胶浓度数据，得到目标区域中各个位置的气溶胶浓度随时间变化的气溶胶扩散函数。
10.根据权利要求9所述的基于数字化技术气溶胶扩散模拟装置，其特征在于，变化率计算模块根据所述第一气溶胶总量、所述第二气溶胶总量，所述第一气溶胶分布函数和所述第二气溶胶分布函数，采用以下公式确定气溶胶分布变化率：
；
其中，表示的气溶胶分布变化率，表示第二气溶胶分布函数，表示第一气溶胶分布函数，表示第一气溶胶总量，表示第二气溶胶总量，表示预设时间段的时长，表示目标区域内的位置坐标。
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