基于车载空气聚能高射炮协同作业的大气治理方法及系统与流程

本发明涉及大气污染治理设备，尤其涉及基于车载空气聚能高射炮协同作业的大气治理方法及系统。

背景技术：

1、大气pm2.5污染治理是当前生态环境治理领域的迫切行业需求，城市建成区、工业园区、交通干线等区域易出现pm2.5污染问题，亟需高效、灵活的治理手段应对，而稳定大气边界层（逆温层）的存在易造成pm2.5颗粒物持续积聚，形成区域性污染，传统治理手段如雾炮车、单纯人工增雨设备普遍机动性差，无法根据污染区域动态调整作业位置，且依托单一扩散或沉降机理开展治理，对高浓度、积聚型pm2.5污染的治理效率偏低，难以匹配实际治理需求。

2、现有增雨炮多为固定安装形式，无法根据污染区域的动态变化灵活调整作业位置，且现有空气炮仅具备单一气流扰动功能，无催化增雨沉降能力，对高浓度pm2.5污染清除效果有限，同时现有设备的能量释放与催化剂播撒协同性较差，难以适配不同大气层结条件的pm2.5污染治理需求。

技术实现思路

1、本发明提供了基于车载空气聚能高射炮协同作业的大气治理方法及系统，解决了背景技术中披露的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

3、基于车载空气聚能高射炮协同作业的大气治理方法：

4、获取目标区域的多类型数据，计算大气污染治理的专业指标，根据所述专业指标判断目标区域是否满足作业条件以及识别污染类型；

5、若满足作业条件，则根据大气污染治理的专业指标以及污染类型优化相应的作业参数；

6、将优化后的各作业参数代入预先训练的大气污染治理数值模拟模型进行模拟推演，校验各作业参数组合下的大气治理效果，若治理效果达标，则输出相应的作业参数生成对应的调节电子指令至车载空气聚能高射炮执行；

7、获取作业前后目标区域各项指标的变化数据，量化评估治理效果，并根据评估结果对作业参数进行调整。

8、进一步地，所述大气污染治理的专业指标包括逆温强度以及云系降水潜力指数，其中，垂直温度层结的逆温强度用于判定积聚型污染，其计算公式为：

9、；

10、式中，为气温垂直递减率；为相邻两个高度层的温度差；为相邻两个高度层的高度差；当时，判定存在逆温层，逆温强度为，值越大，大气越稳定，pm2.5越易积聚；

11、综合云底高度、云层厚度、云含水量计算云系降水潜力指数，其计算公式为：

12、；

13、式中，为云层厚度；为云液态水含量，为云底高度；当≥15时，判定云系具备人工增雨潜力。

14、进一步地，根据所述专业指标判断目标区域是否满足作业条件的方法包括：

15、通过作业条件多指标加权判定法获取，通过预先构建的作业条件综合评分模型，当模型输出总分≥60分时，判定为满足作业条件，其计算公式为：

16、；

17、式中，代表第项指标的权重。

18、进一步地，识别污染类型的方法包括：pm2.5污染类型通过k-means聚类识别，识别过程为：基于pm2.5垂直分布特征，0-500m、500-1000m、1000-2000m三个高度层的浓度均值，采用k=2的k-means算法自动识别污染类型：

19、积聚型污染：逆温层导致近地面积聚，0-500m浓度显著高于上层，浓度差≥30μg/m³；

20、悬浮型污染：均匀分布在边界层内，各高度层浓度差异较小，浓度差<15μg/m³。

21、进一步地，所述作业参数包括发射角度、俯仰高度、能量释放方式与强度、催化剂播撒类型与用量以及作业时长；

22、所述发射角度基于目标区域中心坐标与作业点位坐标的相对位置计算获取，其计算公式为：

23、；

24、式中，为作业点位经纬度坐标；为目标区域几何中心坐标；

25、所述俯仰高度根据目标作业高度和冲击波能量衰减规律计算获取，其计算公式为：

26、；

27、式中，为目标作业高度；为单次发射能量；为能量衰减系数，取0.008j・m/kg；为标准空气密度；为重力加速度；

28、能量释放强度在积聚型污染的场景下，与逆温层厚度、pm2.5浓度正相关，其计算公式为：

29、；

30、式中，为基础发射能量，取5×105j；为逆温层厚度；为pm2.5平均浓度；为逆温层影响系数，取0.3；为浓度影响系数，取0.2；

31、所述催化剂播撒用量在针对有降水潜力的场景下，与作业面积、云含水量正相关，其计算公式为：

32、；

33、式中，为单位体积云的催化剂用量，取0.5g/m³；为作业覆盖面积；为云液态水含量；为催化剂有效利用率,取0.6；

34、所述催化剂播撒作业时长计算公式为：

35、；

36、式中，为炮管水平旋转速度；为单次发射的有效覆盖宽度；为单次发射间隔时间。

37、进一步地，则根据大气污染治理的专业指标以及污染类型优化相应的作业参数的方法包括：若污染类型为积聚型污染，则优化动力扰动单元的相应参数，包括发射角度、俯仰高度、能量释放方式与强度；若判定云系具备人工增雨潜力，则同步优化动力扰动与催化增雨单元参数，包括发射角度、俯仰高度、能量释放方式与强度、催化剂播撒类型与用量以及作业时长；若污染类型为悬浮型污染，则均衡设置双机理单元参数。

38、进一步地，作业前后目标区域各项指标的变化数据包括：

39、区域平均下降率和峰值下降率两个维度计算，计算公式分别为：

40、；

41、；

42、式中，、分别为作业前后24小时的区域平均pm2.5浓度；、分别为作业前后的pm2.5小时峰值浓度；为区域平均下降率；为峰值下降率；

43、所述逆温层破坏的厚度计算公式为：

44、；

45、；

46、式中，为逆温层破坏厚度；、分别为作业前后逆温层顶高度；为逆温层破坏持续时间；为逆温层开始消失的时间；为逆温层重新形成的时间；

47、所述降水效率提升值计算公式为：

48、；

49、式中，为作业区域实际降水量；为周边未作业对照区域的同期降水量。

50、进一步地，量化评估治理效果的方法包括：

51、催化增雨单机理的作用效果包括纯动力扰动清除率以及纯催化增雨清除率，其中纯动力扰动清除率计算公式为：

52、；

53、纯催化增雨清除率计算公式为：

54、；

55、协同效应具体系数计算公式为：

56、；

57、式中，为双机理协同作业的实际pm2.5清除率；

58、当时，表明双机理存在正协同效应；

59、当时，表明双机理为简单叠加；

60、当时，表明双机理存在拮抗作用，需调整参数匹配度；

61、所述双机理协同作业具体包括动力扰动和催化增雨对总清除率的贡献，采用方差分析法分解，其计算公式为：

62、；

63、式中，为动力扰动贡献系数；为催化增雨贡献系数；为随机误差；其中通过最小二乘法求解和，得到两者的贡献占比。

64、进一步地，根据评估结果对作业参数进行调整的方法包括：

65、采用贝叶斯优化算法进行全局自适应调整，其计算公式为：

66、；

67、式中，为参数向量，包括发射角度、能量强度、催化剂播撒量、作业时长；为单次作业成本；为成本权重系数，取0.1。

68、本发明第二方面提供基于车载空气聚能高射炮协同作业的大气治理系统，，包括：智能监测调控模块，用于获取目标区域的多类型数据，计算大气污染治理的专业指标，根据所述专业指标判断目标区域是否满足作业条件以及识别污染类型；

69、若满足作业条件，则根据大气污染治理的专业指标以及污染类型优化相应的作业参数；

70、将优化后的各作业参数代入预先训练的大气污染治理数值模拟模型进行模拟推演，校验各作业参数组合下的大气治理效果，若治理效果达标，则输出相应的作业参数生成对应的调节电子指令至车载空气聚能高射炮执行；

71、获取作业前后目标区域各项指标的变化数据，量化评估治理效果，并根据评估结果对作业参数进行调整。

72、本发明所达到的有益效果：本发明能够实现双机理协同治理，大幅提升了pm2.5治理效率，解决了单一机理治理效果有限的问题，提高了对不同大气污染条件与不同作业场景的适配性，避免对大气环境造成二次污染，符合大气污染治理的绿色环保要求。