由于重大危险源固有的危险性,事故的发生往往是无可避免的。但由于技术和方法上的局限性,传统的事故后果模拟与安全评价技术大多只能从二维角度考察事故各方面的特性,然而无数事故案例说明,无论火灾、爆炸抑或毒物泄漏扩散,往往都具有三维层次性,不能同时全面反映事故的三维特点具有明显的不足。 本论文尝试同时从三维层次描述毒气扩散的发生发展过程和事故后果,通过引入虚拟现实技术和三维可视化技术,开发基于远程监控的毒气扩散三维动态可视化仿真软件系统。主要研究工作概述如下： 1、构建基于蒙特卡罗方法的有毒气体扩散三维模型。从蒙特卡罗方法基本思想出发,将毒气扩散过程看成大量毒气粒子的随机行走过程,通过对扩散过程中毒气粒子运动属性(位移、速度等)和非运动属性(尺寸、颜色、透明度、生命期等)相关规律的分析和建模,以及对大量毒气粒子轨迹和属性的跟踪,描绘出毒气烟云的形状和时空分布。该扩散模型与传统模型相比,既能弥补二维模型刻画三维信息的不足,又能满足扩散过程动态模拟的需要。 2、开发基于远程监控的毒气扩散三维动态可视化仿真系统。结合建立的基于蒙特卡罗方法的毒气扩散三维模型,通过对三维可视化开发方法和开发工具、系统编程语言和数据库的选取以及系统功能结构模块的划分,进行软件系统设计；在此基础上通过编程开发逐一实现系统的各个功能模块,其中毒气扩散场景三维可视化子系统用于结合工程实际情况,生成含有泄漏危险源周边主要地理和地貌特征的三维扩散场景；毒气扩散过程三维动态模拟子系统用于将建立的扩散模型程序化,并基于OpenGL粒子系统编程技术在扩散场景中描绘有毒扩散气流的变化形貌；浓度实时预报与后果模拟子系统则用于根据高斯后果模型计算结果,在扩散场景中绘制表征毒气扩散后果严重程度的图形、图表和曲线。此外,本系统将通过Delphi与地理信息系统(GIS)开发组件MapX编程技术,与重大危险源监控系统实现衔接,从而具备获取危险源监控现场实时安全技术参数的能力。 3、以某煤气生产企业煤气贮罐区为例,对本系统中各子系统和功能模块进行系统测试。通过对测试结果和模拟效果分析,说明基于蒙特卡罗方法的毒气扩散三维模型和毒气扩散过程三维动态模拟子系统的合理性；而通过对浓度实时预报与后果模拟子系统中地面浓度模拟结果与挪威DNV船级社SAFETI定量风险评价与后果模拟软件模拟输出结果的对比分析,验证本系统和评估方法在工程实际中的应用价值。本系统从三维角度考察毒气扩散现象,能够比二维模拟提供更丰富形象的危害信息。此外,本系统不仅能对毒气扩散事故后果进行量度和模拟,还能对毒气扩散过程(扩散气流)进行刻画,从而更全面地描述毒气扩散现象,因而能够更好地为政府和企业对突发性有毒气体污染事故处理工作提供参考作用。