-
危险化学物扩散风险可视化实现
前言:
近年来,从我国天津滨海新区爆炸事故到黎巴嫩贝鲁特港口区发生的重大爆炸,类似的安全事故无不对人民的生命和财产安全造成了巨大的威胁，诸如爆炸发生后危险化学物的扩散又对灾后工作产生了巨大的威胁。如何模拟危险化学物扩散的过程并以直观高效的方式展现出来，达到提高工作效率降低财产损失保障人民安全的目的，是整个论文的写作目标。现阶段，研究者对化学物的扩散风险已经有了许多较为成熟的模型预测其影响范围，数据的可视化方面也存在大量的研究，因此寻求将二者相结合的方法是本文的焦点所在。本文将通过文献了解当下研究的现状和动态，总结研究的主要成果、预测发展趋势、列举存在问题，为后续完成危险化学物扩散风险可视化的具体实现提供理论基础。
（一）国内外研究现状
由朱方圆学者总结，研究空气流动或污染物扩散的方法主要有三种：现场监测、风洞模拟、数值模拟。数值模拟的方法成本较低，效率较高，是在危险化学品进行扩散的紧急情况下理想的拟合方式[1]。
（1）大气扩散
从气体扩散的源头来看，李学军等学者将设备或容器爆炸破裂瞬间危险气体短时大量泄放，形成一定半径和高度气团云的泄漏源分为瞬时源；将设备或管道破裂、阀门损坏，造成气体连续泄放的泄漏源分为连续源；源头种类的判断主要通过气体全部汽化或泄漏的时间与平均风速的乘积和顺风扩散系数对比区分。而后根据泄漏气体的密度进行泄漏模式的选择，与空气密度相近的气体选用高斯模型，比空气密度大较多的采用FEM3模型，在高斯模型中又根据源头的分别对瞬时源和小部分的连续源选用高斯烟团模型，对大部分连续源选用高斯烟羽模型[2]。而贾金原等学者则从计算量，精度与外延性三个角度对预测模型进行对比，认为Sutton模型在模拟可燃性气体扩散时误差较大，BM模型作为经验模型其外延性相对较差，FEM3模型计算量过于庞大，因而认为在突发性事故污染的扩散模型选择上统一选择高斯模型，具有计算简单，精度较高的优势[3]。郑红波等学者在比对欧拉、高斯、拉格朗日等预测模型后，认为高斯模型在模拟大气中有害气体的传输、扩散的问题上具有较大的优势[4]。除此之外，还有朱方圆学者在住房区污染物扩散上选用了扩散K模型。吕楠等学者认为诸如扩散K模型、泰勒统计模型、高斯扩散模型等传统的扩散模型输入参数多且表现力较差，将其与GIS系统相结合则能有效弥补缺陷，最大程度地减少大气污染造成的安全事故和经济损失[5]。
（2）可视化
为了达到更好的展示效果，在GIS系统上对扩散模型进行可视化无疑是最直白有效的方式。在可视化的方法上，Sarah Goodwin等学者提出多元变量在尺度与地区上的可视化，为多变量分析时表现数据在不同尺度、不同地区的分布提供了一个新思路[6]。而在可视化的效果上，多数学者将重点放在实时模拟上，高齐琦等学者运用热力图根据气体浓度划分缓冲区，在展示方式上提供了一种新形式[7]。为了提高效率，WebGIS开发成本低、分布式系统、访问范围广泛、良好的可扩展性的特点相较传统的GIS系统更适合当下的环境，而百度、高德、谷歌等平台所提供的地图API接口免于新建地图服务器、支持二次开发，对于不侧重GIS开发的危险化学品扩散风险可视化是一个合适的选项[8]。同时，由于对动态模拟或者热力图等的展现容易对服务器造成较大的压力，进而影响可视化效果，他们将可视化工作放在了客户端上进行。焦小雨学者提出，ArcGIS与Flunt两个软件尚无法实现无缝对接，GIS软件与CFD软件的耦合对电脑配置提出了极高的要求[9]。贾金原等学者对Flunt、ArcEngine、CFD、Matlab和Supermap等平台进行对比，认为WebGl能够使用户通过访问网页即可实现实时访问有毒气体扩散的全过程，并且相比主流模型具有轻量性、无插件、高效性和高仿真度等特点，而Three.js作为以WebGl为基础封装的库，其强大的3D实时渲染能力为可视化目标的完成提供了有力的支持[10]。考虑到气体污染物质量浓度的空间变化频繁, 通常采用固定的结构化网格，以事故发生中心地为整个区域的几何中心，采用等间距条件将图层的二维空间离散化，自动生成反映大气污染物质量浓度分布的等间距网格，并选用克里金插值法进行空间插值[11]。
（二）研究主要成果
以上是毕业论文文献综述，课题毕业论文、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
