有限传感器条件下室内污染源的实时辨识方法研究

在室内突然释放污染物的紧急事件中，如火灾、毒气泄漏、SARS疫情和生化恐怖袭击等，对污染源的快速、准确辨识，不仅是实施有效源控制的前提，也是预测室内污染物的传播规律，进而采取有效应对措施的基础。本项目以有限个传感器条件下，能够快速、准确地辨识出室内污染源位置和强度的理论方法为研究目标，提出了从室内污染物传播的基本规律出发，首先对污染物浓度数据（传感器读数和数值模拟结果）中包含的污染源位置和强度等信息进行解耦，然后再逐个辨识这些信息的研究思路。围绕研究目标，拟采用理论分析、数值模拟和示踪气体实验相结合的方法，系统研究基于传感器实际读数的恒定源辨识方法，非恒定源辨识方法和考虑源辨识准确性的传感器优化布置方法。项目预期成果将对室内污染源辨识的理论发展和实际应用起较大推动作用，在建筑环境安全、室内空气品质和工农业生产等领域具有广阔的应用前景。

在室内突然释放污染物的紧急事件中，如危险气体泄漏、SARS疫情和生化恐怖袭击等，对污染源的快速、准确辨识，不仅是实施有效源控制的前提，也是预测和控制室内污染物传播的基础。本项目以发展出有限个传感器条件下室内污染源的数量、位置和释放强度等信息的快速辨识方法为目标，运用理论分析、数值模拟和示踪气体实验方法开展了系统的研究。. 项目研究中提出了从室内污染物传播的基本规律出发，首先对污染物浓度数据（传感器读数和数值模拟结果）中包含的污染源位置和强度等信息进行解耦，然后再逐个辨识这些信息的研究思路。项目的主要创新性工作有：(1) 提出了考虑真实传感器特性的室内单个释放速率恒定的污染源（恒定源）的位置、释放强度和释放时间的辨识方法；(2) 提出了理想传感器条件下室内多个恒定源的辨识方法，在不考虑传感器的检测阈值和读数误差的理想条件下，该方法能够快速和准确地辨识出室内多个恒定源的数量、位置和释放强度；(3) 提出了在源释放时间已知的条件下，考虑真实传感器特性的室内多个恒定源的位置和释放强度的辨识方法（方法1）；(4) 提出了考虑真实传感器特性的室内多个恒定污染源释放时间的辨识方法，（方法2）。综合运用方法1和方法2，在考虑传感器的检测阈值和读数误差的条件下，能够实现对室内多个恒定源的位置、释放强度和释放时间的快速和准确辨识；(5) 提出了以提高污染源辨识准确性为目标的传感器优化布置方法，能够帮助实现源辨识的准确性和传感器网络的成本之间的平衡；(6) 对释放速率随时间变化的污染源（非恒定源）的快速辨识问题进行了探索性研究，提出了响应系数的概念和系列指标，并建立了变化边界条件下室内污染物动态分布的解析表达式，为进一步解决非恒定源的辨识问题提供了基础。. 项目研究推动了室内污染源辨识的理论发展和实际应用，相关成果在建筑环境安全、室内空气品质和工农业生产等领域具有广阔的应用前景。在研究中，采用了被动气体线性对流扩散的假设，该假设适用于大多数通风的室内环境。对于污染物分子量与空气有显著差异，以及污染物浓度水平相对较高的应用场合，被动气体假设将不再适用，污染物的扩散过程也将表现为非线性对流扩散。在本项目基础上，还需要进一步深入研究在非线性对流扩散条件下污染源的快速辨识问题。