公路收费站污染物扩散数值模拟方法
污染物扩散计算模式情况
污染物扩散计算模式情况污染物扩散计算模式，也称为大气扩散模型，是一种通过数值模拟方法来研究大气中污染物扩散传输规律的工具。
它基于大气流动运动方程和污染物的传输过程，模拟并预测污染物在大气中的扩散，可用于评估各种污染源的影响范围、预测污染物浓度分布等。
在物理过程模拟方面，计算模式主要包括大气流动和传输两个方面。
大气流动模拟使用数值气象模式，根据大气的运动方程、动量守恒方程和连续性方程来模拟大气流动的运动和湍流结构。
这些模型通常使用基于有限差分或有限元方法的数值离散方法来求解方程。
对于大气流动，考虑到地球自转、大尺度地形、地表气候和对流发展等因素，通常使用三维非静力学数值模拟方法。
在污染物传输方面，计算模式主要涉及污染物的输运、扩散和化学反应。
这些模型根据物质守恒方程、浓度扩散方程和输运方程来描述污染物在大气中的传输和变化过程。
这些模型通常使用二维或三维扩散方程来描述污染物浓度的分布，并通过迭代计算来逐步求解浓度场。
在排放源数据方面，计算模式需要准确的排放源数据，包括排放速率、排放浓度和排放位置等信息。
这些数据可通过监测和统计等方法获得，并与模型相结合，用于模拟不同排放条件下的污染物传输情况。
在气象场输入方面，计算模式需要准确的气象场数据，包括大气温度、湿度、风场等信息。
这些数据可以通过测量、卫星遥感和气象模式等方法获取，并用于模拟大气流动和污染物传输。
污染物扩散计算模式的计算结果可以提供有关污染物扩散的各种信息。
例如，它可以预测污染物在不同时间和不同地点的浓度分布，帮助决策者评估可能的环境影响和风险。
此外，该模型还可以用于污染物排放源的规划和管理，以减少对环境的不良影响。
在实际应用中，污染物扩散计算模式通常与其他模型和工具相结合，以更准确地评估和预测污染物扩散情况。
例如，可以结合地理信息系统（GIS）来分析污染源和敏感区域的空间关系，从而更好地评估污染物的影响范围。
还可以将模式与监测数据相结合，验证模型的准确性，并进行模型参数优化。
城市公路隧道洞口污染物扩散数值模拟的开题报告
城市公路隧道洞口污染物扩散数值模拟的开题报告一、研究背景及意义随着城市人口和交通流量的增加，城市公路隧道已成为城市中不可缺少的交通枢纽。
然而，隧道中的车辆尾气排放所产生的污染物不仅会对隧道内的人员造成健康威胁，还会通过隧道出口扩散到周围环境，影响到周围的居民。
因此，对城市公路隧道中污染物扩散规律进行研究，为隧道内空气质量的改善和周围居民的健康提供科学依据，具有重要的现实意义。
二、研究内容及方法本研究将通过数值模拟方法，研究城市公路隧道洞口污染物的扩散规律。
具体内容包括以下几个方面：1.建立隧道口污染物扩散数值模型通过对城市公路隧道洞口的结构和周围环境的特点进行分析，建立数值模型。
包括扩散方程、公路排放源排放速率等参数。
2.确定污染物扩散条件确定污染物的初始浓度，建立不同环境条件下的数值模拟。
3.数据采集选取典型的城市公路隧道进行数据采集，包括隧道内部和隧道出口的气象和污染物浓度等数据，作为数值模拟的输入。
4.模型验证通过实际数据和数值模拟数据的对比，验证模型的可信度和准确性。
三、预期成果1.建立城市公路隧道洞口污染物扩散数值模拟模型。
2.分析不同气象条件下，污染物扩散规律和影响因素。
3.给出减排措施和治理建议，为城市公路隧道洞口的污染物控制提供科学依据。
四、研究难点及解决方案1.气象条件复杂性：隧道口污染物扩散受到外部气象条件的影响，如风速、风向、气温等。
因此，需要建立数值模型，并且进行多种条件下扩散数值模拟，验证不同条件下的扩散过程和规律。
2.数据精度问题：数据采集需要考虑到采集工具的准确性和可靠性，同时对于气象和污染物浓度等数据监测设备的放置位置和数量等因素也需要进行合理安排。
3.模型验证问题：针对不同的气象条件下的扩散问题，需要进行多次验证，通过实际的数据处理和对比，不断完善模型的精度和可靠性。
为此，我们将采用先进的测量及分析技术，结合多种数值模拟方法，验证和完善建立的数值模型，获得高精度、可靠的研究结果。
污染物扩散模型的数值模拟与优化
污染物扩散模型的数值模拟与优化随着工业和城市化的快速发展，各类污染物不断排放，对环境和人类健康造成了严重威胁。
因此，对污染物的扩散和传播进行研究具有重要的意义。
数值模拟是一种有效的研究手段，可以在实验基础上快速地得到大量的数据，研究污染物的扩散规律，寻求优化控制的方法。
一、数值模拟的方法数值模拟是通过将被研究的环境、污染物和物理运动模拟成一组方程来分析污染物扩散的过程。
目前常用的数值模拟方法有有限差分法、有限体积法、有限元法等。
有限差分法是较为常用的数值模拟方法之一，它将被研究的区域划分为网格，然后通过网格上的数值解来逼近偏微分方程的解。
对于二维或三维问题，数值模拟需要进行平面或空间离散化，对于各个离散化单元上的物理参数进行计算，根据物质守恒、动量守恒和能量守恒等定律，得到污染物浓度场的变化规律。
有限体积法是一种与有限差分法相似的方法，也是将研究区域离散化为有限个体积，解决物理现象的积分方程，逼近偏微分方程解的方法。
在这种方法中，需要进行通量获得、反演验证等步骤。
有限元法是一种广泛应用于流体力学、热力学等领域的数值模拟方法。
它将物理场分割成一些小的网格区域，在每个小区域内由一组代表物理场变化的方程求解，再利用边界条件拼接起来，最终得到整个场的解。
它的优势在于对不规则计算区域更加适应，能够准确地刻画污染物扩散和传播过程。
二、污染物扩散模型的建立在进行数值模拟时，必须建立严格的污染物扩散模型。
建立的过程中要考虑诸多因素，如污染源的性质、环境条件、气象因素等。
对于不同类型的污染源和环境，需要选择不同的数值模型来进行计算。
对于一些简单的情况，如单一污染物、平坦地形等，可以采用简单模型来计算。
但是，对于复杂情况，如多种污染物、复杂地形、复杂气象条件等，则需要建立更加复杂的模型。
三、数值模拟中需要考虑的因素在进行数值模拟时，需要考虑环境和气象因素对污染物扩散的影响。
这些因素包括风速、风向、大气稳定度、地形高度等等。
城市公路隧道峒口污染物扩散的数值模拟与分析
［ ｓｒｃ］ Ａ ｃ ｒｉ ｉｄｆ ｓ ｎｅｕ ｉｎ ｉｉ ａ ｔｅ ｔ ｄｐ ｙｉ ｄｌ ｆ ｏｌｔ ｔ ｉ ｓ ｎｆｒｕ ｎ ｌ ｏｔ１Ｉ Ａｂｔａｔ ｃ ｏｄｎ ｔ ａｒ ｉｕ ｉ ｑ ｍ ｏ ，ｔｓ ｈ ｍａｉａ ｈ ｓ ａ ｍｏ ｅ ｏ ｐ ｌ ａ ｆ ｉ ｎ ｅｐ ｒ ．ｔ ｇＯ ｏ ｍａ ｃｎ ｃ ｌ ｕｎ ｄｕ ｏ ｏ ｔ ａ
１ 计 算模 型 ． ２
影 响污染 物 的扩 散情 况 的主 要 因素 ： 隧道 出 口
的污 染物 出射 初 速度 、 出废 气温 度 与环 境温 度 之 排
差 而 产生 的浮 升力 、 车辆 交 通 引起 的 气体 湍流 和诱
导、周 围环 境风 速 【，当隧 道修 建完 毕 以后 ，周 围 ３ Ｊ
ｓ ｏ ｔ ａ ｈ ｗ ｔ ＣＯ ｉ ｓｏ ｅ ｔａ ｉｅａ ｏ ｇ ｒｍ ｐａ ｐ ｏ ｃ ｔ１５ ｈ ｇ ｈ ｄ ｆ ｉｎ ｉ ｃ ｎ ｌ ｎ ａ ｐ ｒ ａ ｈ ａ ． ｍ ｉｈ， ａ ｄ ＣＯ ｏ ｃ ｎ ａｉ ｎ ｉ ｗ ａ ｅ ｎ ｉ ｈ Ｃ ｏ ｕ ｓ ｒ ｚ ｌ ｎ ｃ ｎ ｅ ｔ ｔ ｓ ｏ ｉ ｐ ｖ ｍｅ ｔ ｒ ｏ ｌ ｎ ｗｈ ｃ ａ ｎ ｔ ｎ
维普资讯
６
制冷与空调
２０ ０ ７年第 ２期
城 市 公 路 隧道 峒 口污 染物 扩 散 的数 值 模 拟 与 分析
徐 丽 冯 炼
６０３） １０ １
（ 西南交通 大学 成都
【 摘
要 】 根据 大气扩散方程 建立 公路隧道峒 口污染物扩 散的物理数学模型 ，并对 某城 市隧道峒 口在冬 、夏 两季主导风 向情 况下 Ｃ Ｏ扩散情况 、 浓度分布进行 了数值 模拟 。 数值计算 结果表 明， 距地面 １ ｍ 在 ． ５ 的标 高上 Ｃ 集 中隧道 引道坡 附近 ，对 人行 道附近 人员影响较小 ；在横 向风 向下 ，局部地 区 Ｃ Ｏ Ｏ 浓度超标 。
污染物扩散模拟及其应用研究
污染物扩散模拟及其应用研究随着工业化和城市化进程的不断加快，环境污染问题日益凸显。
在这个背景下，污染物扩散模拟及其应用研究成为了一个备受关注和研究的领域。
本文将从污染物扩散模拟的基本原理、模型体系和应用研究三个方面展开论述。
一、污染物扩散模拟的基本原理污染物扩散模拟基于流体动力学、物理学和化学工程学等多个学科的理论基础，将复杂的空气流动和污染物扩散过程进行建模并进行数值模拟。
模型在现实环境中可以帮助我们实现对污染物扩散的预警和控制，减轻污染物对生态环境和人体健康的不良影响。
污染物扩散模拟的基本原理是在空气中建立关于污染物扩散的数学模型，然后基于大气运动方程、质量守恒方程和温湿度守恒方程等理论来求解运动方程，并通过数值计算方法进行模拟。
预测某区域内空气质量的变化，计算并分析污染源所释放的污染物在空气中的浓度分布和转移规律，以推断污染物的扩散传播态势。
二、模型体系在污染物扩散模拟的理论和实践中，通常包括了以下几种类型的模型。
1、蒙特卡罗模型蒙特卡罗模型是一种非常重要的随机数学方法。
在污染物扩散模拟中，蒙特卡罗方法可以处理复杂满足随机性分布的空气流场和污染物扩散过程，可以更真实地表现扩散的不确定性。
2、高斯模型高斯模型是一种简单的统计模型，广泛应用于污染物扩散模拟和空气质量预测领域。
高斯模型具有参数少、易于应用和扩展性强等特点，对于一些局部小区域或者区域内风向风速不变的情况下，可以通过对烟囱抬升高度、喷放口位置和压力等参数进行调整来实现对污染物扩散过程的模拟。
3、CFD模型CFD（Computational Fluid Dynamics）翻译过来就是计算流体动力学，是一种基于计算机的数值模拟方法。
CFD模型广泛应用于复杂空气流场和污染物扩散的模拟计算中，可以高效且准确地模拟污染物扩散的过程。
因此，在多数污染物扩散应用领域，CFD模型都被广泛应用。
三、应用研究污染物扩散模拟在实际的应用环境中是多种多样的，本节将介绍其中几个经典应用研究案例。
slab程序计算污染物扩散
未来研究方向
如何获取更准确、全面的数据，以及如何高效处理和分析这些数据是技术挑战之一。
数据获取与处理
模型的验证和改进是保证模拟结果准确性的关键，需要不断进行实验和验证。
模型验证与改进
随着模拟精细化程度的提高，计算资源的需求也会相应增加，如何优化算法和减少计算资源消耗是未来的研究方向。
误差评估与不确定性分析
评估模型误差对结果的影响，进行不确定性分析，提高模拟结果的可靠性。
模型误差来源
分析模型误差的主要来源，如数值离散化、边界条件简化等。
误差分析
05
应用与展望
城市空气质量模拟
01
利用slab程序模拟城市中污染物的扩散，为城市规划和环境保护提供依据。
工业区污染物扩散模拟
02
针对工业区排放的污染物，模拟其在区域内的扩散情况，评估其计算污染物扩散
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目录
引言 污染物扩散模型 slab程序实现 结果分析 应用与展望
01
引言
目的和背景
污染物扩散是环境科学和工程领域的重要问题，它涉及到大气、水体和土壤等环境介质中的污染物迁移、转化和归宿。
污染物扩散研究对于环境保护、生态修复和公共健康等方面具有重要意义，可以为污染控制和风险管理提供科学依据。
在实际应用中，污染物扩散问题通常涉及到复杂的物理、化学和生物过程，需要借助数值模拟方法进行定量分析和预测。
1
2
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slab程序是一个用于计算污染物在大气、水体和土壤等二维介质中扩散的数值模型。
该程序采用有限差分方法求解污染物扩散方程，可以模拟污染物在二维平面上随时间、空间的变化情况。
如何进行城市污染物扩散模拟与分析
如何进行城市污染物扩散模拟与分析城市污染物扩散模拟与分析是环境科学领域中的重要研究方向，也是解决城市环境污染问题的重要手段之一。
本文将围绕城市污染物扩散模拟与分析展开讨论，介绍其基本原理、应用和挑战，并探讨发展趋势。
一、城市污染物扩散模拟与分析的基本原理城市污染物扩散模拟与分析的基本原理是通过建立数学模型，模拟污染物在城市空间中的传输、转化和沉降过程。
污染物的传输过程主要包括对流传输、扩散传输和平流传输。
对流传输是指污染物随空气的运动一起传输，扩散传输是指污染物在空气中的扩散过程，平流传输是指污染物随大气环流的传输。
此外，污染物还会在空气中发生化学反应和沉积作用。
城市污染物扩散模拟与分析的关键是建立准确的数学模型。
模型的建立需要考虑城市的地理、气象、排放源等多个因素。
常用的模型包括高斯模型、拉格朗日模型和欧拉模型等。
高斯模型是一种常用的分析点源扩散的模型，适用于较小尺度的污染物扩散情况。
拉格朗日模型是一种基于粒子追踪方法的模型，可以模拟污染物在大气中的运动，适用于较大尺度的城市污染物扩散模拟。
欧拉模型则是一种基于网格的模型，可以模拟污染物在网格点间的传输过程，适用于对城市空间分布进行研究。
二、城市污染物扩散模拟与分析的应用城市污染物扩散模拟与分析具有重要的应用价值。
首先，它可以帮助人们了解城市污染物的空间分布和扩散规律，为城市环境管理提供科学依据。
通过模拟与分析，可以确定污染物主要来源和传输路径，有助于合理规划城市环境布局和污染物减排措施。
其次，城市污染物扩散模拟与分析也可以用于评估城市空气质量。
通过建立空气质量模型，可以预测城市不同地区的污染物浓度，为城市居民提供空气质量预警和健康保护措施。
此外，城市污染物扩散模拟与分析还可以应用于灾害风险评估和环境影响评价。
例如，在城市规划建设过程中，可以通过模拟与分析，评估不同污染源对周围环境的影响程度，为规划者提供参考和决策依据。
三、城市污染物扩散模拟与分析的挑战城市污染物扩散模拟与分析也面临着一些挑战。
环境污染物迁移与扩散过程的数值模拟
环境污染物迁移与扩散过程的数值模拟在现代社会中，环境污染已经成为了一个严重的问题。
污染物会通过不同途径进入到环境中，如工业废水、汽车尾气、农药和肥料等。
这些污染物在土壤和水体中进行迁移和扩散，给环境和人类带来了很大的危害。
为了更好地保护环境和人类健康，研究环境污染物迁移和扩散过程是非常必要的。
而数值模拟则是研究这个问题的一种非常有力的工具。
首先，什么是数值模拟？数值模拟是将自然现象或工程问题用数学模型表示，采用计算机模拟的方法进行解析的过程。
通过数值模拟，我们可以对复杂的自然和工程问题进行分析、预测和优化。
在环境污染物迁移和扩散的研究中，数值模拟可以模拟出污染物在空气、水和土壤中的扩散和迁移规律，可以优化环境污染治理方案。
接下来，我们简单介绍一下数值模拟在环境污染物迁移和扩散中的应用。
数值模拟应用于污染物在空气中的扩散模拟空气污染的问题一直困扰着城市居民的健康。
空气污染通常来自于工业排放、交通尾气等。
如何研究空气中污染物的扩散规律，以便预测和控制空气污染，是一个非常重要的问题。
在空气污染研究中，数值模拟被广泛应用。
数值模拟可以通过解析物理方程，模拟污染物在大气中的流动规律。
它可以模拟出污染物在地表和大气中的分布和浓度随时间的变化，为空气污染防控提供有力的依据。
数值模拟应用于污染物在水体中的扩散模拟水是人类生活和工业生产中必不可少的资源，但随着工业的快速发展和人口的增长，水污染问题也日益严重。
为了研究污染物在水体中的扩散规律，预测水污染的影响范围和严重程度，数值模拟被广泛应用。
数值模拟可以模拟污染物在水体中的扩散和迁移规律，包括水流运动、水质扩散和反应过程等，还可以预测水污染的影响和水污染治理效果。
因此，数值模拟在水污染防治中的应用具有非常广泛的前景。
数值模拟应用于污染物在土壤中的迁移模拟土壤污染是一个影响甚广的问题。
在农业生产、工业生产、生活排放等过程中，营养物质、有机物和重金属等污染物会被释放到土壤中。
城市街区内污染物扩散数值模拟研究综述
城市街区内污染物扩散数值模拟研究综述孙源媛，王泽河海大学环境科学与工程学院，南京（210098）E-mail：sunyuanyuan119@摘要：随着交通污染的加剧和人们对生活质量要求的提高，城市街区的环境状况已经引起越来越多的重视。
国内外学者通过实地测量法、物理模拟法和数值模拟法对此作了很多研究，得出了一定规律，其中数值模拟方法由于成本低、效率高，成为国内外研究者的有力工具。
本文综述了城市街区内大气流动和污染物扩散的主要研究方法，具体描述了数值模拟研究方法的研究现状和进展，总结了城市街区内大气流动和污染物扩散特征，并提出了展望和设想。
关键词：城市街区；气流场；污染物浓度场；数值模拟1．引言城市建筑物向高层、密集化方向发展，造成街道两侧常常连续存在高层建筑物，机动车在这样的街道上行驶类似于在峡谷中穿行，因此这样的街道被称为街道峡谷。
污染物在街道峡谷中很难扩散，造成街道峡谷效应。
研究城市街区内部的气流场特性和污染物的对流扩散规律，是研究对策、防治城市交通污染对人类造成危害的基础，并为进一步指导城市建筑布局、道路建设和交通规划等具有重要意义。
目前国内外对城市道路机动车排放污染物扩散的研究主要有两个方面：城市尺度的街道交通大气污染物扩散研究和微尺度湍流边界层内交通大气污染物扩散研究。
前者是不考虑污染源所在街道的流场，仅考虑一定的风速、风向及气象条件，把整个道路作为污染源，用于计算城区开阔地带或城郊公路及高速公路的交通排放物在道路沿线的污染物浓度分布；后者是考虑街道峡谷内的流场对污染物传输和扩散的影响，考虑排放源、气象条件和环境因素等的影响，用于计算市区内已形成街谷的湍流边界层内繁忙交通线路上交通污染物的浓度分布、扩散及消散的过程。
2. 研究现状国内外对于城市尺度街道交通污染物扩散研究分别始于20 世纪70 年代初期和80 年代，已建立了一套适合于各国国情的模式。
对微尺度湍流边界层内汽车尾气扩散规律研究国外始于70 年代，国内始于90 年代，研究中所采用的方法主要为实地测量法、物理模拟法和数值模拟法。
污染物迁移与转化的数值模拟
污染物迁移与转化的数值模拟随着人类社会的进步和发展，环境污染与日俱增。
其中，水环境污染是比较常见的一种，例如工业废水、农业面源污染和城市雨水等。
这些污染物在水体中的迁移和转化是一个复杂的过程，需要通过科学的方法进行数值模拟，从而更好地了解污染物的迁移、转化和控制。
首先，我们需要了解污染物在水体中的运移过程。
在水环境中，污染物有三种主要的运移过程：扩散、对流和输运。
扩散是指污染物在水中遇到水分子而发生的无序的随机运动；对流是指水体在高低温差、热源等因素的作用下发生的整体运动；输运是指污染物随着水体整体运动而移动的过程。
通过对这些运移过程的分析，我们可以了解污染物在水体中的输移规律，从而找到控制污染物的有效方法。
其次，我们需要了解污染物的转化过程。
在水体中，污染物经过生物、化学、物理等多个环节的作用而发生转化。
例如，氨氮在水体中可以通过硝化-脱氮作用转化为亚硝酸盐和硝酸盐；COD是污染物中的重要指标之一，可以通过生化反应和光化学反应等途径进行去除。
通过对污染物的转化过程进行数值模拟，可以确定污染物的降解速率和转化机理，为污染物的治理提供科学的依据。
另外，我们需要使用数值模拟的方法对污染物的排放过程进行分析。
在实际情况中，污染物的排放是一个复杂的过程，受到多种因素的影响，例如排放口条件、降雨量、污染物浓度等。
通过对排放过程进行数值模拟，可以预测排放后污染物的浓度分布和迁移情况，为制定相应的管理措施提供科学依据。
针对以上问题，数值模拟成为了解决问题的有效手段之一。
数值模拟主要是通过建立相应的数学模型，计算模拟系统受到不同因素作用下的响应，从而模拟真实的系统行为。
在污染物迁移与转化的问题中，常用的数学模型有著名的Advection-Diffusion Equation（ADE）模型和Hydrological Simulation Program–FORTRAN（HSPF）模型等。
ADE模型基于对污染物运移过程的物理规律进行建模，能够准确地计算污染物浓度的空间分布和时间变化；HSPF模型是一种基于流域宏观水文过程的数学模型，可以模拟水文学、水质学、点源污染、土壤侵蚀等多个过程，是综合性强的数值模型。
大气污染扩散计算方法
=5*1.5/5.09*(1.5+2.7*1.5*(600-310)/600)=5.1(m) H=50+5.1=55.1(m)
六、实例计算
（4）计算σy , σz. 查表得：
点源扩 散模型
σy = 0.32x ( 1+0.0004x )-1/2 = 0.32 * 500 ( 1+ 0.0004 * 500) -1/2 =146.1(m) σz = 0.24x(1+0.0001x) -1/2 = 0.24* 500(1+0.0001*500) -1/2 =117.1(m) （5）计算浓度q(e≈2.71828)
C
0.22x(1+0.0004x)-1/2
0.20x
D
0.16x(1+0.0004x)-1/2
0.14x(1+0.0003x)-1/2
E-F 0.11x(1+0.0004x)-1/2
0.08x(1+0.0015x)-1/2
六、实例计算
某火力发电厂的烟囱高度为50m,烟囱口直径1.5m,烟气出口速度 为:5m/s,烟气出口温度600K,SO2的排放率为270g/s,地面10m高的 风速为4.0m/s,太阳高度角>60度,气温为37C, 试计算下风侧地面x 轴线500m处SO2的浓度为多少？最大浓度？最大浓度位于何处？
H 2
…………..(E)
五、参数的求解
点源扩 散模型
Holland公式：适用于中性大气条件（稳定时减小，不稳时增 加10％～20％）
vs D Ts Ta 1 H (1.5 2.7 D) (1.5vs D 9.6 10 3 QH ) Ts u u
污染物传输与扩散的数学模型和计算方法
污染物传输与扩散的数学模型和计算方法污染物传输与扩散是环境科学中一个重要的研究领域，通过建立数学模型和应用计算方法，可以帮助我们更好地理解污染物在环境中的传输和扩散规律。
本文将介绍几个常用的数学模型和计算方法，以帮助读者更好地理解和应用这些技术。
一、一维扩散模型一维扩散模型是最简单的污染物传输模型之一，适用于河流、湖泊等线性水体中的污染物扩散问题。
该模型基于扩散方程，假设水流速度和污染物浓度均为恒定不变，可用来描述污染物浓度随时间和空间的变化规律。
计算方法包括有限差分法、有限元法等，通过离散化求解扩散方程的数值解。
二、二维扩散模型二维扩散模型相比一维模型更加复杂，适用于湖泊、海洋等二维水体中的污染物传输问题。
该模型基于二维扩散方程，同时考虑了水流的速度分布和不同方向上的污染物传输。
求解二维扩散模型可以使用有限差分法、有限元法、贝叶斯方法等数值计算方法。
三、大气传输模型大气传输模型用于描述污染物在大气中的传输和扩散过程。
该模型基于湍流扩散理论，考虑了风速、功率谱、发射高度等因素对污染物传输的影响。
常用的大气传输模型包括高尔顿模型、高斯模型等，可通过输入源排放量和环境条件等数据，计算污染物在大气中的浓度分布。
四、水质模型水质模型是用于描述水体中污染物传输和转化过程的模型，适用于湖泊、河流、水库等水域环境。
水质模型主要考虑水流的输运、溶解、沉积和生物吸附等过程，并结合水体的水质参数进行模拟和预测。
常见的水质模型包括EUTRO模型、CE-QUAL-W2模型等。
五、计算方法在求解污染物传输与扩散模型时，常用的计算方法包括有限差分法、有限元法、随机漫步法等。
有限差分法是最常用的数值计算方法之一，通过将求解区域离散化，利用差分近似求解微分方程。
有限元法则将求解区域划分为多个小区域，通过离散化得到线性方程组，进而求解污染物浓度分布。
随机漫步法则模拟了污染物分子在水体中的随机传输过程，通过随机抽样计算污染物在空间中的浓度分布。
环境污染物的传输和扩散模拟
环境污染物的传输和扩散模拟环境污染问题一直是人类所面临的严峻挑战之一。
随着城市化进程的加速以及人口的增长，环境污染问题日益严重。
环境污染物的传输和扩散是环境污染问题的核心。
针对这一问题，学术界和工业界研究出了不同的模拟方法和技术。
本文将从不同角度分析环境污染物的传输和扩散模拟技术。
传统模拟方法模拟环境污染物传输和扩散的传统方法是建立数学模型。
在数学模型中，环境污染物被视为一种物质或能量，通过数学方程来模拟其传输和扩散过程。
这种方法的优点在于可以用少量数据来预测大规模环境污染物的传输和扩散。
一些流行的数学模型包括：有限元法、有限差分法、正交分解法和小波分解法等。
有限元法是一种常用的数值分析方法，适用于大规模环境污染物的传输和扩散模拟。
有限元法的基本思想是将一个连续的问题离散化成有限数量的离散元素，通过求解矩阵方程来解决问题。
有限元法特别适用于处理非线性问题，并且可以适应多种计算机环境。
有限差分法是基于离散元素进行计算的一种数值计算方法。
它通过将微积分方程离散化成微分方程，并利用差分求解微分方程。
相对于有限元法，有限差分法更简单，更直观，更易于计算，但是其精度可能会受到一些限制。
其它模拟方法除了传统的数学模型，还存在一些技术可以模拟环境污染物的传输和扩散。
其中，最流行的技术是模型模拟。
模型模拟是指将现实世界中的对象、系统或过程建模，然后对其进行仿真和测试，从而得出预测和优化方法的技术。
模型模拟在信息和工程学科领域中有广泛的应用。
另一种模拟方法是基于数据驱动的模拟。
这种方法通过一些统计和机器学习算法直接从大量的数据中获取模型，并使用模型来模拟环境污染物传输和扩散。
例如，基于GIwP的流域水循环模拟，通过大量的观测数据和机器学习算法来推导水文循环模型，从而预测流域内的水位和水体输送量。
专业工具软件为了更好地模拟环境污染物传输和扩散，许多环境工程师和科学家创造了一些专门的工具软件。
这些软件通常包含了一些数学和物理方程，同时整合了预处理和后处理功能。
污染物扩散模型
污染物扩散模型概述污染物扩散模型是一种用于模拟和预测污染物在大气中的传播和扩散过程的数学模型。
它是环境科学和空气质量管理领域中重要的工具，被广泛用于评估污染物的来源、传输路径、浓度分布和对人类健康和环境的影响。
模型建立污染物扩散模型通常采用数值模拟方法建立，其中最常用的方法包括高斯模型、拉格朗日模型和欧拉模型。
高斯模型高斯模型基于高斯分布理论，通过假设污染物的扩散呈现高斯分布，来预测污染物在空间中的传播和浓度分布。
该模型适用于平坦地表和相对简单的地形条件下的污染物扩散预测。
拉格朗日模型拉格朗日模型基于污染物的运动轨迹来模拟扩散过程。
它采用随机模拟方法，将污染物的源点和初始速度作为输入，通过模拟污染物粒子的运动路径，来预测污染物在空间中的分布。
拉格朗日模型适用于地形复杂、污染源多变或移动的情况。
欧拉模型欧拉模型是一种基于流体动力学原理的模型，它通过对大气流场进行数值模拟，来预测污染物在空间中的传播。
欧拉模型适用于研究大气中较大尺度上的污染物扩散过程，能够考虑地形、气象因素和污染源的作用。
模型输入污染物扩散模型的输入包括以下几个方面：污染源数据污染源数据是指污染物在空间中的来源和排放信息，包括源位点、污染物排放速率、时间和空间分布等。
这些数据通过监测和测量获得，在模型中用于确定污染物的初始条件。
大气条件数据大气条件数据是指影响污染物传播和扩散的气象因素，包括风速、风向、温度、湿度和气压等。
这些数据通常通过气象站观测或数值模拟获得，在模型中用于确定污染物的传播路径。
地形和建筑物数据地形和建筑物数据是指地表和建筑物对污染物传播和扩散的影响。
地形数据包括地表高度、坡度和植被覆盖等，建筑物数据包括建筑物高度、密度和分布等。
这些数据通常通过遥感技术或测量获得，在模型中用于确定污染物的传播路径和浓度分布。
模型输出污染物扩散模型的主要输出包括以下几个方面：污染物浓度分布图污染物浓度分布图是模型预测的污染物浓度在空间上的分布情况。
基于聚类分析的公路隧道VOCs污染特征及扩散模拟研究
第46卷第2期2021年2月环境科学与管理ENVIRONMENTAL SCIENCE AND MANAGEMENTVoL46 No.2Feb. 2021文章编号:1674 -6139(2021)02 -0073 -05基于聚类分析的公路隧道VO Cs污染特征及扩散模拟研究彭鹏铭(中交第三公路工程局有限公司，北京101399)摘要:挥发性有机物是机动车的主要污染物之一。
提出基于聚类分析的V O C s污染特征及扩散模拟方法。
对函数型数据进行主成分分析降维，通过K-均值聚类获得污染物来源及演变特性;构建机动车隧道V O C s污染物排放强度方程，运用道路荷栽底盘测功机了解不同速率下单车V O C s污染物排放因子值，得到VOCs排放农度水准。
对公路隧道V O C s污染特征及扩散进行实际测验。
测验结果表明，空气受热生成的浮升力让隧道中的气体流向隧道开口位置,促使隧道内部V O C s气体向隧道外扩散。
关键词:聚类分析;公路隧道;V O C s污染;污染扩散中图分类号:X51 文献标志码:AVOCs Pollution Characteristics and Diffusion Simulationof Highway Tunnel Based on Cluster AnalysisPeng Pengming(CCCC Third Highway Engineering Co. , Ltd. , Beijing 101399, China)Abstract： The continuous increase in the number of motor vehicles has a serious impact on air quality, and volatile organic compounds are one of the main pollutants. Propose a method for VOCs pollution characteristics and diffusion simulation based on cluster analysis. Perform principal component analysis and dimensionality reduction on functional data, obtain pollutant sources and evolution characteristics through K - mean clustering；construct vehicle tunnel VOCs pollutant emission intensity equations, and use road load chassis dynamometers to understand bicycle VOCs pollution at different speeds The value of the emission factor is used to obtain the VOCs emission concentration level. Conduct practical tests on the characteristics and spread of VOCs pollution in highway tunnels. The test results show that the buoyancy force generated by the heating of the air allows the gas in the tunnel to flow to the opening of the tunnel, which promotes the diffusion of VOCs inside the tunnel to the outside of the tunnel.Key w ords：cluster analysis；highway tunnel; VOCs Pollution；pollution diffusion刖S发展迅速的交通设施出现很多问题，其中隧道内有害气体对环境及人体健康的影响尤为突出〜。
如何利用遥感技术进行污染物扩散模拟
如何利用遥感技术进行污染物扩散模拟遥感技术在污染物扩散模拟方面发挥着重要作用。
通过遥感技术，我们可以获取大范围内的空气质量和污染物浓度分布信息，判断污染源、监测污染程度，并对污染物扩散进行模拟和预测，为环境管理和决策提供科学依据。
本文将从遥感技术在污染物扩散模拟中的应用、方法和技术进展三个方面进行论述。
1. 遥感技术在污染物扩散模拟中的应用遥感技术通过获取大范围内的遥感图像和数据，可以实时监测空气质量指数、污染物的来源、扩散路径和浓度分布，为污染物扩散模拟提供了数据支持。
同时，遥感技术还可以结合地理信息系统（GIS）技术，对污染物扩散路径进行动态模拟，预测未来的污染发展趋势，为环境监测和防治提供科学依据。
2. 污染物扩散模拟的方法（1）基于物理模型的污染物扩散模拟基于物理模型的污染物扩散模拟方法通过建立大气边界层物理方程，考虑污染物的释放、传输和沉降过程，模拟污染物的传播和分布。
这种方法需要大量的气象观测数据、地理信息数据和污染物源数据，对计算机模型的要求较高。
（2）基于统计学模型的污染物扩散模拟基于统计学模型的污染物扩散模拟方法通过分析历史观测数据，建立污染物浓度与气象因素的统计关系，预测未来的污染物扩散情况。
这种方法适合于对大范围污染物扩散趋势和污染源的研究，但对气象因素的影响较为敏感。
（3）基于遥感技术的污染物扩散模拟基于遥感技术的污染物扩散模拟方法通过获取遥感图像、遥感数据和地理信息数据，利用遥感技术对污染物源、浓度分布和扩散模式进行识别和分析，辅助建立和验证污染物扩散模型。
这种方法可大大提高模拟精度和模型的实用性。
3. 遥感技术在污染物扩散模拟中的技术进展随着遥感技术的不断发展和进步，遥感数据的分辨率和获取频率得到了大幅提升，为污染物扩散模拟提供了更加精确的数据支持。
目前，遥感技术在污染物扩散模拟中的技术进展主要包括以下几个方面：（1）多源遥感数据的融合应用：结合多种遥感数据来源，如卫星遥感、无人机遥感、激光雷达遥感等，对污染物扩散进行多角度、多尺度和多时相的观测和分析，提高模拟的准确性。
污染物扩散模拟预测研究
污染物扩散模拟预测研究随着工业化和城市化的加速发展，空气和水的污染问题相较以前更加严重。
针对这类问题，很多研究者选择用模拟方法来预测污染物扩散，以期在发生污染事故时能够及时制定应对方案，减少对人类和环境的损害。
本文将对污染物扩散模拟预测的研究进行探讨。
一、模拟方法的选择气象学家和环境工作者通常使用不同的方法来预测污染物扩散。
气象学家主要使用大气模型来预测气象条件，环境工作者则使用扩散模型进行预测。
大气模型主要关注气体的扩散，而扩散模型则重点考虑污染物的扩散。
气象模型需要输入大气层次的温度、湿度和风速等气象因素。
由于气象因素的变化很快，所以需要用数学方程来描述大气模型。
这些数学方程通常是网格化的，以便在计算机上进行计算。
但这也导致了模拟结果的误差比较大，需要通过实测数据进行校正。
扩散模型是为了更精细地描述污染物的扩散效应而发展起来的。
它通常包括基于时间和空间因素的差分方程和碰撞的速率方程。
模型通过空气动力学的解决方案来计算扩散效应。
污染物的扩散效应包括拓扑结构、气体密度和分子运动。
当选择扩散模型时，需要考虑不同地点的高度、宽度和湿度等因素。
二、模拟方法中误差的问题正如以上所述，模拟过程中存在很大误差。
这主要是由于环境因素和物理特性的变化所致，需要不断更新模型。
然而，模型的更新过程比较困难，因为需要耗费大量的人力和物力来收集和处理数据。
此外，模拟误差还会因为下列原因而增大：1. 未考虑到环境中的变化。
气象和环境因素不断变化，这使得模型中可能存在的误差不断增大。
2. 建模精度问题。
模型的参数可能无法准确描述现场实际情况，而会导致模拟出的结果存在误差。
三、案例分析有一次荷兰境内发生了一起化学厂事故，出现了对周围环境造成了很大影响的硝酸发生事故。
这时，用到了一种叫做CALPUFF的模拟工具，就是将实时数据输入到计算机中，通过计算机程序预测事故的影响范围。
CALPUFF模型的精度比较高，包括了气象和环境等多种因素，并可以考虑复杂的地理中的地形和建筑物的影响。
污染物扩散模型
污染物扩散模型一、问题分析题目要求利用马氏链模型来解决该问题.由题目条件知,要让各城市污染物浓度在无论时间有多大都要小于某一个特定值,可将各城市下一刻点污染物浓度与目前的污染物浓度表示出来,得到一个关于污染物浓度变化的递推公式,对该公式进行利用递推法可得到污染物浓度的表达式,令其小于题目中给出的特定即可实现对问题的求解.二、模型假设1．各城市污染物浓度仅与浓度扩散的转移概率有关.2．扩散到给出城市之外的污染物不会再回来.三、符号约定 ,2,,)k)1,2,,k 1,2,,)k 1,2,,)k 1,2,3)四、模型建立与求解根据题目条件可知,各城市下一刻的污染物浓度是在目前污染物浓度在各个城市之间转移后的浓度再加上这一时刻该城市污染源排出的污染物量,即()()1c t c t Q d +=+ ⑴其中()()()()()12,k ct c t c t c t =为由各地区污染物浓度组成的k 维向量,()12,,k d d d d =为由排除污染物组成的k 维向量. 下面对⑴式进行递推：由⑴式可得到()()1c t c t Q d =-+ ⑵()()12c t c t Q d -=-+ ⑶将⑶式带入到⑵式中有()()22c t c t Q dQ d =-++同理可得()()323c t c t Q dQ dQ d =-+++依次类推,可得个城市污染物浓度的表达式为()()10t t s s c t c Q d Q -==+∑ ⑷将这k 个城市以及城市中的污染物看做一个系统,如果k 个城市的污染物浓度视为该系统的k 个状态,并增加一个状态0表示污染物扩散到k 个城市之外将不再回来,污染物扩散的无后效性表明可用马氏链模型描述其变化过程,那么污染物在1k +个状态间的转移矩阵可表示为10P R Q ⎛⎫= ⎪⎝⎭其中第一行对应状态0,由污染物一旦离开这k 个城市将不会再回来可知状态0是一个吸收状态,现假设各地区均对应于非吸收状态,并且由这些状态出发最终可到达0状态,从而形成一个吸收链,由于()I Q -可逆,并且有()10s s I Q Q ∞-=-=∑ 因此可得到当时间t →∞时,有0t Q →.这样在⑷式中令t →∞可得 ()()1c d I Q -∞=- ⑸题目中给出当时间t 充分大时必有()i i c t c *≤ ⑹⑹式可以表示为()ii c c *∞≤ ⑺ 结合⑺式与⑸式有()1d I Q c -*-≤ ⑻由 1103311133321033Q ⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪= ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭可以得出()133336 4.5366I Q -⎛⎫⎪-= ⎪ ⎪⎝⎭将上式以及()25,25,25c *=代入到⑻式中即()33336 4.525,25,25366d ⎛⎫ ⎪≤ ⎪ ⎪⎝⎭⑼ ⑼式可表示为12312312333325366253 4.5625d d d d d d d d d ++≤⎧⎪++≤⎨⎪++≤⎩由上面的不等式组可以看出: 对于123,,0d d d ≥,只要12336625d d d ++≤就可满足题目要求. 综上知,当污染物排出量123,,d d d 满足12336625d d d ++≤时可以时整个系统内的污染物浓度控制在给定范围之内.。
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交通运输_T程与信息学报第8卷第4期2010年12月Jo um a I of T r龃sp or t at i on E ngi neer i ng an d I nf o肌at i on N o．4V01．8D ec．20l O公路收费站污染物扩散数值模拟方法祁志国何杰李旭宏陈一锴彭佳东南大学，交通学院，南京2l0096摘要：为了研究公路收费站区域机动车排放污染物对空气污染的影响，提出了基于计算流体力学(cFD)的数值模拟方法．该方法根据收费站的实际击移陕，建立全尺寸cFD三维仿真模型．以N avi er-S幻kcs方程为基础，采用标准七一占湍流模型，综合考虑风速．风向，气温、地形、交通量和收费模式等因素，对收费站区域内污染物扩散进行擞值模拟．论文采用系统动力学方法建立交通仿真模型，模拟车辆到达、排队，缴费、离开等运行特征，可计算出不同交通量和收费模式下车辆经过收费站的平均停留时间，据此计算收费站污染物的排放源强．论文以渝黔高速公路莱收费站为例，运用该数值模拟方法计算收费亭附近的co浓度，并与实地监测数据相比较，二者吻合较好，表明该方法具有一定应用价值．关键词：污染物扩散；数值模拟；尾气；C FD中图分类号：U491。
92文献标识码：^文章编号：1672—4747(2010)04—0054—06N um er i cal Si m ul at i on M et hodof PO l l ut ant D i s per s i on at a H i ghw ay T ol l Pl azaQ I Z hi-guo H E J i e L I X u—ho ng C H EN Y i-k ai PE N G Ji aT r anspor t at i on C ol l egeSou t hea st U ni ver s i t y，N a nj i ng210096，C hi naA b s t r ac t：A nu m er i ca l s i m ul at i on m e t ho d ba se d on t h e co m put at i o n f l ui d dynam i cs(C FD)w aspr opos e d i n or de r t o i n ves t i gat e t h e ef f ect s of ve hi cl e em i s s i on s on ai r qual i t y at a t01l pl az a．A f ul l s i ze t hr ee—di m ens i on8l C FD m ode l w as es t abl i s he d ac cor di n g t o t he r eal s i ze of t h e t011pl aza s t udi ed．T hi s m e t ho d w as on t h e f ou ndat i on of N avi er—St okes eq uat i on s an d t h e s t an dar d七一占t ur bul en ce m o de l w as a d opt e d．P01l u t an t di s per s i on w a s s i m ul at e d by co ns i der i n g t h e i nf l uenc e f a ct or s i n cl u di n g w i n d s p eed，w i n d di r e c t i on，a i r t em pe r at ure，t op ogr8phy，t r af f i c vo l um e，t011c01l e ct i o n m a n n er，et c．A t r af f i c s i m ul at i on m ode l bas e d收稿日期：2009．12．28．基金项目：东南大学优秀青年教师资助计划(20082011)。
作者简介：祁志国(1984一)，男，汉，江苏赣榆人，东南大学交通运输学院博士研究生，研究向：载运工具运用工程、交通环境仿真。
54公路收费站污染物扩散数值模拟方法祁志国等on t he s ys t em dynam i cs w as es t ab l i s he d t o ca l c ul at e t h e aV er age t r avel t i m e of a11t h e veh i cl es pa s s i n g t hr ou gh t h e t ol l pl az a．O n t hi s ba si s，t he p011u t an t em i ss i o n r es our ce s t r engt h w as c al c u l a t e d．A cas e st udy of a t ol l st at i on on t h e C hong qi ng—G ui zhou hi ghw ay w a s gi ve n an d t h e r es ul t s of s i m ul at i o n an d t h e f i el d m e as ur em en t f i t t ed w el l．T hi s i n di c at e d t hat t h e pr o pos ed m et hod w a s val uab l e i n pr ac t i cal appl i cat i ons．K ey w or ds：P ol l ut an t di spe rs i on，nu m er i ca l s i叫l at i on，ex haus tgas，C F D0引言目前，我国公路收费站大多采用由计算机判断车型、人工收费的半自动收费模式。
车辆在经过收费广场时，必须经过减速、怠速、加速等工况，燃料燃烧不完全导致机动车尾气排放严重超标，对收费站工作人员的健康产生了不良影响【1】。
机动车尾气污染物的传输和扩散是一个复杂的过程，受机动车排放源强、气象环境、地形条件以及建筑物等因素的影响【2】。
部分学者对收费站污染物浓度进行了实地监测，并分析了影响污染物浓度的主要因素Ⅲ】。
D i abⅢ和S apkot a【6J 等通过对收费亭附近污染物浓度的比较分析，提出了改善收费人员工作环境的建议。
此外，也有学者应用污染物排放模型‘7t81和扩散模型【91计算污染物排放量和浓度，分析收费站污染物的扩散规律，发现采用E TC收费方式能够明显减轻收费广场的污染。
收费站污染物实地监测能够获得真实环境中的污染物浓度，具有重要的参考价值。
然而，其局限性在于只能体现出多种影响因素同时作用下的单一情形，无法确定哪种因素是主要的和次要的：此外，实地监测耗时长且成本高。
采用污染物排放模型和扩散模型的研究方法能够计算得到污染物排放因子和排放总量，从而定量分析污染物排放情况，但是，对气象条件考虑不够细致，无法全面体现气象条件对污染物扩散的影响。
相比之下，数值模拟方法不仅成本低而且效率高；可以通过控制和改变各种环境参数，再现气流和污染物扩散的性质，考察各种影响因素对污染物扩散的影响程度。
国内外学者采用数值模拟方法研究了城市区域内尤其是街道峡谷的污染物扩散问题110。
121，取得了较好效果，但是，利用值模拟法对公路收费站污染物扩散的研究鲜见文献报道。
论文提出一种基于计算流体力学(C om put at i onal Fl ui d D yn锄i cs，C FD)的收费站污染物扩散数值模拟方法，该方法能够综合考虑风速、风向、地形、气温、交通量以及收费模式等因素，为预测、预防和控制收费站空气污染提供科学依据。
1C F D及控制方程1．1C FD概述将C F D看成在流动基本方程(质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程)控制下对流动的数值模拟，能得到复杂问题基本物流量(如速度、压力、温度、浓度等)在流场内各个位置的分布，以及这些物理量随时间的变化情况。
C FD具有适应性强、应用面广的优点。
由于流动问题的控制方程一般是非线性的，自变量多，计算域的几何形状和边界条件复杂，很难求得解析解，而采用CFD方法有可能找出满足工程需要的数值解；而且，可利用计算机进行各种数值试验，进行方案比较‘13】。
另外，cFD方法不受物理模型和实验模型的限制，有较强的灵活性，能给出详细和完整的资料，很容易模拟特殊尺寸、高温、有毒、易燃等真实条件和实验中只能接近而无法达到的理想条件。
1．2控制方程收费站污染物扩散的数值模拟是以粘性定常不可压的雷诺平均N aV i e r．St okes方程为基础，采用标准七一￡湍流模型对收费广场内的流场进行模拟计算，其控制方程为：(1)连续性方程互：o氟(1)55。
交通运输工程与信息学报2010年第4期(2)运动方程巧每=一去善+毒●每一司。
苏，p 毵玉，【玉，。
1”’Jq=q 七2居，q=o ．09；七为湍流能量：s 为湍流耗散(2)项；磊为K r onecker 符号(如果f2，，则岛。
l ；如果f ≠-，，贝U 嘻=o)(3)七一占方程噶=毒(鲁考]+q(考+吾]考一占c3，2收费站cF 。
模型的建立巧考=专陪刳+善Bq(每+吾]考一G ，刁式中，湍流雷诺应力张量坼“／=专蛾一q 睁针蚪¨；蚪睨；叫．o ．叫孔矿为时间平均速度，m ／s ；期和x ，为笛卡尔坐标系下的坐标，m ；指标f 和，用来区分笛卡尔分量(f ，，∈{I ，2，31)，如果下标在一项中出现两次，需要下标求和；歹为大气平均压力，Pa ：户为大气密度，kg ／m 3；D 为运动粘性系数，m 2／s ；u 为湍流动力扩散系数，2．1收费站几何模型采用C FD 方法模拟收费站内污染物的扩散情况，首先需要建立收费站的几何模型。
一般收费站的布局如图l 所示。
该图所示收费广场具有双向8个收费车道，收费站连接的公路为双向四车道。
根据图l 所示收费站建立的几何模型如图2所示。
该模型将收费站的计算区域抽象为一个长方体，其中一个面为风入口。
参照文献【14】，将机动车尾气污染源看作线源，设置在每个收费车道的中心位置。
需要指出的是，收费站规模差别较大且受地形限制可能低于或高于两侧地面，应根据实际情况建立不同形状的计算区域。
／叁主1，委善罗＼＼丑口皿～一竺=三一竺己——二c3收卫：二]；皿四——…竺三一口四。
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