Framework for topographic mesh generation and its application to the pollution simulations in Kraków area

• Autorzy: Podsiadło Krzysztof , Serra Albert Oliver , Paszyński Maciej

Warianty tytułu

PL

Framework do generacji topograficznych siatek obliczeniowych i jego zastosowanie do symulacji zanieczyszczeń w okolicy Krakowa

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Air pollution is receiving a lot of interest nowadays. It is visible especially in the Kraków area, as this is one of the most polluted cities in Europe. People living there are more and more aware of the problem, what causes raising of various movements and NGOs that are trying to improve air quality. Unfortunately, this is not as simple as people usually think: air pollution grows because of multiple factors including traffic, climate, heating of buildings in winter, city’s architecture, etc. In this paper, we simulate and predict pollution with high resolution, as air quality can vary significantly over a distance of even a few hundreds of meters. Air quality simulation is a multidisplinary endeavor, comprising physical models (meteorological and chemistry) as well as numerical methods (geometry discretization, time and space discretization, etc.). It has been found that there is no proper method for automatic terrain mesh generation, so an algorithm for doing it is presented in this document as its significant part.

PL

Problem zanieczyszczenia powietrza staje się coraz bardziej zauważalny w czasach dzisiejszych. Dotyczy to szczególnie okolic Krakowa, będącego jednym z najbardziej zanieczyszczonych miast w Europie. Ludzie mieszkający w rejonie Krakowa stali się bardziej świadomi problemu zanieczyszczeń, co zmotywowało do powstawania różnych organizacji publicznych oraz zainicjowało różne działania władz na szczeblu lokalnym oraz globalnym w celu polepszenia jakości powietrza. Niestety problem powstawania i propagacji zanieczyszczeń jest bardzo skomplikowany, i łączy w sobie wiele czynników takich jak transport miejski, lokalny klimat, problem ogrzewania budynków w okresie zimowym, struktura architektury miejskiej, itp. W artykule tym zajmujemy się symulacjami i predykcją zanieczyszczeń z wysoką rozdzielczością, z uwagi na fakt, iż jakość powietrza może się istotnie zmieniać z jednego miejsca do drugiego na odległości kilkuset metrów. Symulacje zanieczyszczeń to zadanie wielodyscyplinarne, łączące ze sobą modele fizyczne (meteorologiczne i chemiczne), oraz modele numeryczne (dyskretyzacja geometrii, dyskretyzacja czasowoprzestrzenna). W szczególności zajęliśmy się skonstruowaniem nowego algorytmu automatycznej generacji topograficznych siatek obliczeniowych i jego wykorzystaniem w zagadnieniach symulacji zanieczyszczeń.

Słowa kluczowe

EN

pollution simulation; Kraków; advection-diffusion-reaction; mesh generation

• Wydawca: Wydawnictwa AGH
• Czasopismo: Computer Methods in Materials Science
• Rocznik: 2019
• Tom: Vol. 19, No. 1
• Strony: 21--28
• Opis fizyczny: Bibliogr. 7 poz., rys.

Twórcy

autor

Podsiadło Krzysztof

• Department of Computer Science, Faculty of Electronics, Telecommunication and Computer Science, AGH University of Science and Technology, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland

autor

Serra Albert Oliver

• Instituto Universitario SIANI, Edificio Central del Parque Científico y Tecnológico, Campus Universitario de Tafira, 35017 Las Palmas de Gran Canaria, Spain

autor

Paszyński Maciej

• Department of Computer Science, Faculty of Electronics, Telecommunication and Computer Science, AGH University of Science and Technology, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland

Bibliografia

• Cascon, J. M., Montenegro, R., Escobar, J. M. , Rodriguez, E., Montero, G., 2009, The MeccanoMethod for Automatic Tetrahedral Mesh Generation of Complex Genus-Zero Solids, Proc. 18th Int. Meshing Roundtable, Salt Lake City, 463-480.
• European Environment Agency. Air Quality in Europe – 2017 report. 13/2017.
• Farr, T.G., Rosen, P.A., Caro, E., Crippen, R., Duren, R., Hensley, S., Kobrick, M., Paller, M., Rodriguez, E., Roth, L., Seal, D., Shaffer, S., Shimada, J., Umland, J., Werner, M., Oskin, M., Burbank, D., Alsdorf, D., 2005, The Shuttle Radar Topography Mission, Reviews of Geophysics, 45, 2, https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/ doi/pdf/10.1029/2005RG000183.
• Montenegro, R., Montero, G., Escobar, J. M., Rodriguez, E., Gonzalez-Yuste, J. M., 2002, Tetrahedral Mesh Generation for Environmental Problems over Complex Terrains, Lecture Notes in Computer Science, Computational Science, 2239, 335-344.
• Oliver, A., Montero, G., Montenegro, R., Rodríguez, E., Escobar, J.M., Pérez-Foguet, A., 2012, Adaptive finite element simulation of stack pollutant emissions over complex terrains, Energy, 49, 47-60.
• Rivara, M.C., 1997, New longest-edge algorithms for the refinement and/or improvement of unstructured triangulations, International Journal for Numerical Methods in Engineering, 40(18), 3313-3324.
• Shewchuk, J.R., 2002, Delaunay refinement algorithms for riangular mesh generation, Computational Geometry, 22(1-3), 21-74.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).