本文關(guān)鍵詞： 物理模型 云團(tuán)擴(kuò)散 紅外光譜仿真 光線追蹤 光譜數(shù)據(jù)立方體　出處：《中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2017年博士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

【摘要】：近些年,隨著我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展,由工業(yè)生產(chǎn)污染氣體排放帶來(lái)的大氣環(huán)境污染問(wèn)題和意外爆炸事故帶來(lái)的有害氣體擴(kuò)散問(wèn)題越來(lái)越對(duì)人民生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成威脅。為有效地對(duì)工業(yè)生產(chǎn)排放的污染氣體云團(tuán)和爆炸事故產(chǎn)生的有害氣體云團(tuán)進(jìn)行遠(yuǎn)距離檢測(cè)和監(jiān)測(cè),人們建立了傅里葉變換污染氣體云團(tuán)紅外遙測(cè)系統(tǒng),利用被動(dòng)紅外遙感方法對(duì)污染氣體云團(tuán)進(jìn)行遠(yuǎn)距離和非接觸式地檢測(cè)。通過(guò)分析獲取的污染氣體云團(tuán)紅外指紋光譜,實(shí)現(xiàn)對(duì)云團(tuán)污染氣體種類(lèi)的有效鑒別和對(duì)其氣體濃度分布的準(zhǔn)確測(cè)量。在污染氣體云團(tuán)紅外遙測(cè)系統(tǒng)的研制中,如何利用獲取的云團(tuán)紅外光譜進(jìn)行污染氣體種類(lèi)鑒別(即研究污染云團(tuán)氣體識(shí)別算法)是一個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)問(wèn)題。目前污染云團(tuán)氣體識(shí)別算法的研究過(guò)程中需要大量實(shí)測(cè)云團(tuán)紅外光譜數(shù)據(jù)作為支持,但是受制于實(shí)際實(shí)驗(yàn)中較高的人力物力成本和部分污染氣體的高危險(xiǎn)性,實(shí)測(cè)污染氣體云團(tuán)紅外光譜樣本的數(shù)量較少并且樣本涵蓋的污染氣體種類(lèi)范圍也很有限。因此,為了彌補(bǔ)污染云團(tuán)氣體識(shí)別算法所需大量實(shí)測(cè)云團(tuán)紅外光譜數(shù)據(jù)及其紅外光譜數(shù)據(jù)立方體的不足,利用仿真的污染氣體云團(tuán)紅外光譜數(shù)據(jù)補(bǔ)充實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的方法成為研究熱點(diǎn)。為此,論文開(kāi)展了基于物理模型的污染氣體云團(tuán)擴(kuò)散仿真及其紅外光譜仿真研究,并在此基礎(chǔ)上建立了云團(tuán)紅外光譜數(shù)據(jù)立方體仿真模型。主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新如下:1、云團(tuán)擴(kuò)散仿真研究針對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中排放或意外爆炸引起的污染氣體云團(tuán)擴(kuò)散問(wèn)題,考慮云團(tuán)擴(kuò)散的基本物理運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其擴(kuò)散環(huán)境的復(fù)雜性(復(fù)雜的氣象條件和地形障礙物等),提出利用物理方程來(lái)描述云團(tuán)的擴(kuò)散,建立了污染氣體云團(tuán)物理擴(kuò)散模式,研究了云團(tuán)擴(kuò)散的物理機(jī)制,分析了復(fù)雜環(huán)境對(duì)其擴(kuò)散的影響作用,并且完成了基于物理擴(kuò)散模式的云團(tuán)擴(kuò)散仿真。2、基于物理模型的云團(tuán)紅外光譜仿真研究針對(duì)云團(tuán)紅外光譜的仿真問(wèn)題,研究了云團(tuán)紅外輻射在大氣中的傳輸機(jī)制,將基于物理擴(kuò)散模式的云團(tuán)擴(kuò)散仿真結(jié)果應(yīng)用于云團(tuán)紅外輻射傳輸過(guò)程中,首次提出了基于物理模型的云團(tuán)紅外光譜仿真模型,實(shí)現(xiàn)了云團(tuán)紅外光譜的高精度仿真。3、基于物理模型的云團(tuán)紅外光譜仿真精確性研究為驗(yàn)證基于物理模型的云團(tuán)紅外光譜仿真模型進(jìn)一步提高了光譜仿真的精確度,分別從基本原理、云團(tuán)擴(kuò)散仿真結(jié)果和云團(tuán)紅外光譜仿真結(jié)果三個(gè)方面進(jìn)行了基于物理模型和傳統(tǒng)的基于高斯模型的云團(tuán)紅外光譜仿真方法的對(duì)比研究,并取得了預(yù)期的結(jié)果。4、基于物理模型的云團(tuán)紅外光譜數(shù)據(jù)立方體仿真研究針對(duì)云團(tuán)紅外光譜數(shù)據(jù)立方體的仿真問(wèn)題,考慮傅里葉變換紅外成像光譜儀(下文簡(jiǎn)稱(chēng)為紅外成像光譜儀)的面陣探測(cè)特點(diǎn)和實(shí)際云團(tuán)擴(kuò)散過(guò)程的復(fù)雜性,結(jié)合基于物理擴(kuò)散模式的云團(tuán)擴(kuò)散仿真結(jié)果的高精確性及其網(wǎng)格化的特征,提出了利用光線追蹤法模擬云團(tuán)紅外輻射傳輸過(guò)程的方法,首次建立了基于物理模型的云團(tuán)紅外光譜數(shù)據(jù)立方體仿真模型,實(shí)現(xiàn)了云團(tuán)紅外光譜數(shù)據(jù)立方體的仿真。5、基于物理模型的云團(tuán)紅外光譜數(shù)據(jù)立方體仿真模型的驗(yàn)證研究為驗(yàn)證基于物理模型的云團(tuán)紅外光譜數(shù)據(jù)立方體仿真模型的有效性及準(zhǔn)確性,研究了仿真與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比驗(yàn)證方法,分別從云團(tuán)擴(kuò)散分布和云團(tuán)紅外光譜數(shù)據(jù)立方體光譜識(shí)別成像兩個(gè)角度對(duì)仿真和實(shí)測(cè)的云團(tuán)擴(kuò)散進(jìn)行對(duì)比研究,驗(yàn)證了云團(tuán)擴(kuò)散仿真的正確性。為消除個(gè)體像素差異的影響,體現(xiàn)整體相似度,提出了基于關(guān)鍵區(qū)域的云團(tuán)紅外光譜數(shù)據(jù)立方體仿真誤差分析模型,完成仿真和實(shí)測(cè)的云團(tuán)紅外光譜數(shù)據(jù)的對(duì)比研究,驗(yàn)證了云團(tuán)紅外光譜數(shù)據(jù)立方體仿真模型的有效性和精確性。通過(guò)以上工作內(nèi)容的研究,取得了兩個(gè)顯著的成果:一方面,利用物理擴(kuò)散模式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的高斯擴(kuò)散模式模擬污染氣體云團(tuán)的擴(kuò)散,發(fā)展了基于物理模型的云團(tuán)紅外光譜仿真方法,使仿真的光譜具備更高的精確性;另一方面,提出了污染氣體云團(tuán)紅外光譜數(shù)據(jù)立方體的仿真方法,為該研究領(lǐng)域提供了新的研究方法。論文的研究工作對(duì)于提高和完善污染云團(tuán)氣體識(shí)別算法具有重要意義。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：X87;O657.33

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