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Encapsulating the Role of Solution Response Space Roughness on Global Optimal Solution: Application in Identification of Unknown Groundwater Pollution Sources
1
作者 Om Prakash Bithin Datta 《Open Journal of Optimization》 2014年第3期26-41,共16页
A major challenge of any optimization problem is to find the global optimum solution. In a multi-dimensional solution space which is highly non-linear, often the optimization algorithm gets trapped around some local o... A major challenge of any optimization problem is to find the global optimum solution. In a multi-dimensional solution space which is highly non-linear, often the optimization algorithm gets trapped around some local optima. Optimal Identification of unknown groundwater pollution sources poses similar challenges. Optimization based methodology is often applied to identify the unknown source characteristics such as location and flux release history over time, in a polluted aquifer. Optimization based models for identification of these characteristics of unknown ground-water pollution sources rely on comparing the simulated effects of candidate solutions to the observed effects in terms of pollutant concentration at specified sparse spatiotemporal locations. The optimization model minimizes the difference between the observed pollutant concentration measurements and simulated pollutant concentration measurements. This essentially constitutes the objective function of the optimization model. However, the mathematical formulation of the objective function can significantly affect the accuracy of the results by altering the response contour of the solution space. In this study, two separate mathematical formulations of the objective function are compared for accuracy, by incorporating different scenarios of unknown groundwater pollution source identification problem. Simulated Annealing (SA) is used as the solution algorithm for the optimization model. Different mathematical formulations of the objective function for minimizing the difference between the observed and simulated pollutant concentration measurements show different levels of accuracy in source identification results. These evaluation results demonstrate the impact of objective function formulation on the optimal identification, and provide a basis for choosing an appropriate mathematical formulation for unknown pollution source identification in contaminated aquifers. 展开更多
关键词 Optimization Optimal SOLUTION SPACE inverse problems Simulated Annealing Groundwater POLLUTION Objective Function Formulation POLLUTION source identification SOLUTION SPACE ROUGHNESS
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A CONDITIONAL STABILITY FOR AN INVERSE PROBLEM ARISING IN GROUNDWATER POLLUTION 被引量:7
2
作者 李功胜 谭永基 《Numerical Mathematics A Journal of Chinese Universities(English Series)》 SCIE 2005年第3期217-225,共9页
An inverse problem of determining magnitude of groundwater pollution in a hydrologic region is investigated. By applying integral identity methods, a conditional stability for the inverse problem here is constructed w... An inverse problem of determining magnitude of groundwater pollution in a hydrologic region is investigated. By applying integral identity methods, a conditional stability for the inverse problem here is constructed with aids of an optimal adjoint problem and a suitable topology. 展开更多
关键词 地下水污染 污染源头 积分方程 条件稳定性
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Gas emission source term estimation with 1-step nonlinear partial swarm optimization-Tikhonov regularization hybrid method 被引量:3
3
作者 Denglong Ma Wei Tan +1 位作者 Zaoxiao Zhang Jun Hu 《Chinese Journal of Chemical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2018年第2期356-363,共8页
Source term identification is very important for the contaminant gas emission event. Thus, it is necessary to study the source parameter estimation method with high computation efficiency, high estimation accuracy and... Source term identification is very important for the contaminant gas emission event. Thus, it is necessary to study the source parameter estimation method with high computation efficiency, high estimation accuracy and reasonable confidence interval. Tikhonov regularization method is a potential good tool to identify the source parameters. However, it is invalid for nonlinear inverse problem like gas emission process. 2-step nonlinear and linear PSO (partial swarm optimization)-Tikhonov regularization method proposed previously have estimated the emission source parameters successfully. But there are still some problems in computation efficiency and confidence interval. Hence, a new 1-step nonlinear method combined Tikhonov regularizafion and PSO algorithm with nonlinear forward dispersion model was proposed. First, the method was tested with simulation and experiment cases. The test results showed that 1-step nonlinear hybrid method is able to estimate multiple source parameters with reasonable confidence interval. Then, the estimation performances of different methods were compared with different cases. The estimation values with 1-step nonlinear method were close to that with 2-step nonlinear and linear PSO-Tikhonov regularization method, 1-step nonlinear method even performs better than other two methods in some cases, especially for source strength and downwind distance estimation. Compared with 2-step nonlinear method, 1-step method has higher computation efficiency. On the other hand, the confidence intervals with the method proposed in this paper seem more reasonable than that with other two methods. Finally, single PSO algorithm was compared with 1-step nonlinear PSO-Tikhonov hybrid regularization method. The results showed that the skill scores of 1-step nonlinear hybrid method to estimate source parameters were close to that of single PSO method and even better in some cases. One more important property of 1-step nonlinear PSO-Tikhonov regularization method is its reasonable confidence interval, which is not obtained by single PSO algorithm. Therefore, 1-step nonlinear hybrid regularization method proposed in this paper is a potential good method to estimate contaminant gas emission source term. 展开更多
关键词 Parameter estimation Parameter regularization method source identification inverse problem
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Groundwater contaminant source identification based on iterative local update ensemble smoother 被引量:2
4
作者 YANG Ai-lin JIANG Si-min +3 位作者 LIU Jin-bing JIANG Qian-yun ZHOU Ting ZHANG Wen 《Journal of Groundwater Science and Engineering》 2020年第1期1-9,共9页
Identification of the location and intensity of groundwater pollution source contributes to the effect of pollution remediation,and is called groundwater contaminant source identification.This is a kind of typical gro... Identification of the location and intensity of groundwater pollution source contributes to the effect of pollution remediation,and is called groundwater contaminant source identification.This is a kind of typical groundwater inverse problem,and the solution is usually ill-posed.Especially considering the spatial variability of hydraulic conductivity field,the identification process is more challenging.In this paper,the solution framework of groundwater contaminant source identification is composed with groundwater pollutant transport model(MT3DMS)and a data assimilation method(Iterative local update ensemble smoother,ILUES).In addition,Karhunen-Loève expansion technique is adopted as a PCA method to realize dimension reduction.In practical problems,the geostatistical method is usually used to characterize the hydraulic conductivity field,and only the contaminant source information is inversely calculated in the identification process.In this study,the identification of contaminant source information under Kriging K-field is compared with simultaneous identification of source information and K-field.The results indicate that it is necessary to carry out simultaneous identification under heterogeneous site,and ILUES has good performance in solving high-dimensional parameter inversion problems. 展开更多
关键词 Groundwater contamination Groundwater inverse problem source identification Ensemble smoother Data assimilation
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The PDE-Constrained Optimization Method Based on MFS for Solving Inverse Heat Conduction Problems
5
作者 Yongfu ZHANG Chongjun LI 《Journal of Mathematical Research with Applications》 CSCD 2018年第3期303-330,共28页
In this paper, we present an effective meshless method for solving the inverse heat conduction problems, with the Neumann boundary condition. A PDE-constrained optimization method is developed to get a global approxim... In this paper, we present an effective meshless method for solving the inverse heat conduction problems, with the Neumann boundary condition. A PDE-constrained optimization method is developed to get a global approximation scheme in both spatial and temporal domains, by using the fundamental solution of the governing equation as the basis function.Since the initial measured data contain some noises, and the resulting systems of equations are usually ill-conditioned, the Tikhonov regularization technique with the generalized crossvalidation criterion is applied to obtain more stable numerical solutions. It is shown that the proposed schemes are effective by some numerical tests. 展开更多
关键词 inverse heat conduction problem PDE-constrained optimization method offundamental solutions time-dependent heat source term Tikhonov regularization method
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Global Lipschitz Stability in an Inverse Problem for the Non-stationary Transport Equation
6
作者 马晨明 商亮宇 《Journal of Donghua University(English Edition)》 EI CAS 2013年第3期258-262,共5页
An inverse problem of determining the source term of the non-stationary transport equation was considered.The extra lateral boundary condition was chosen as the observation data.Based on a Carleman estimate on the non... An inverse problem of determining the source term of the non-stationary transport equation was considered.The extra lateral boundary condition was chosen as the observation data.Based on a Carleman estimate on the non-stationary transport equation,a global Lipschitz stability for the inverse problem was proved. 展开更多
关键词 transport equation Carleman estimate Lipschitz stability source term inverse problem
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A new mathematical model for soil-column experiment and parameter identification
7
作者 Gongsheng LI De YAO +2 位作者 Fugui YANG Xiaoqin WANG Hongliang LIU 《Chinese Journal Of Geochemistry》 EI CAS 2006年第B08期210-210,共1页
关键词 土壤实验 非线性 数学模型 地下水 浓缩 土壤化学
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典型环状河网突发水污染溯源研究 被引量:1
8
作者 王家彪 赵铜铁钢 +3 位作者 蔡思宇 赵建世 陈晓宏 王浩 《水利学报》 北大核心 2025年第2期181-192,共12页
伴随着快速的城镇化进程,我国突发水污染问题日益突出。污染发生后,首要任务是确定污染源以实施应急处置。国内外关于突发水污染溯源的研究颇多,但普遍不适用于环状河网区,究其原因,环状河网区溯源问题具有严重不适定性,溯源计算复杂、... 伴随着快速的城镇化进程,我国突发水污染问题日益突出。污染发生后,首要任务是确定污染源以实施应急处置。国内外关于突发水污染溯源的研究颇多,但普遍不适用于环状河网区,究其原因,环状河网区溯源问题具有严重不适定性,溯源计算复杂、求解难度高。为此,本文提出了一种可实现环状河网突发水污染溯源的新方法,内容包括:(1)将河网溯源分解为“河网”和“河道”两级开展;(2)利用BP神经网络算法计算河网中污染溯源所在具体河道,并由水流水质模型推算该河道出口处污染物浓度过程,实现河网级溯源;(3)采用逆向位置概率密度方法计算出污染事件具体排放位置、排放时间和排放总量,实现河道级溯源;(4)将所提出方法应用于某典型环状河网,结果表明该方法可有效识别出河网中的突发水污染源。研究成果可用于复杂河网区突发水污染的应急处置、责任明确及预案管理等,具有重要实践意义和广阔应用前景。 展开更多
关键词 环状河网 污染溯源 反问题 突发水污染 机理-数据
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线性Kuramoto-Sivashinsky方程源项反演的正则化方法
9
作者 朱威笠 胡彬 +1 位作者 王泽文 刘迪 《南昌大学学报(理科版)》 2025年第3期250-257,共8页
研究了线性Kuramoto-Sivashinsky方程的源项反演问题。首先,讨论了源项反演的不适定性,给出了正问题解的稳定性与唯一性。然后,将反源问题转化为关于源项的正则化Tikhonov泛函的极小化问题,并给出了求解该泛函极小化问题的共轭梯度算法... 研究了线性Kuramoto-Sivashinsky方程的源项反演问题。首先,讨论了源项反演的不适定性,给出了正问题解的稳定性与唯一性。然后,将反源问题转化为关于源项的正则化Tikhonov泛函的极小化问题,并给出了求解该泛函极小化问题的共轭梯度算法。最后,通过若干数值算例验证了反演算法的有效性。 展开更多
关键词 KURAMOTO-SIVASHINSKY方程 源项反演 不适定问题 正则化方法 共轭梯度法
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A lightweight adjoint method for gaseous pollution source term estimation in urban environments
10
作者 Shibo Tang Fei Li +1 位作者 Yuhui Han Zhuangbo Feng 《Building Simulation》 2025年第4期937-955,共19页
Urban pollution leaks threaten people’s lives and cause environmental pollution.However,there is a lack of a lightweight algorithm that can be embedded in portable devices to estimate the location and dynamic release... Urban pollution leaks threaten people’s lives and cause environmental pollution.However,there is a lack of a lightweight algorithm that can be embedded in portable devices to estimate the location and dynamic release strength of the pollution source rapidly and accurately.This study introduced a spatiotemporally separated source term estimation method that integrated the Gaussian equation with adjoint theory,known as the lightweight adjoint method(LAM).The adjoint method was initially utilized to identify the high probability spatial region of the pollution source.The regularization method was then used to determine the temporal release characteristics of potential sources in the region.Finally,the residual function was used to determine the real source location.The adjoint method based on the validated CFD model was employed to compare with the LAM in Mock Urban Setting Test(MUST).The results show that the LAM can rapidly estimate the location and dynamic strength of different pollution sources in the urban environment.It was particularly effective for source localization under the neutral atmospheric condition,achieving a maximum localization error of 22.1 m.Additionally,it was more suitable for calculating source intensity for the pulse source,with the maximum mean absolute percentage error(MAPE)of 15.1%. 展开更多
关键词 atmospheric dispersion CFD inverse problem Gaussian model source identification
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水动力-水质耦合模型污染源识别的贝叶斯方法 被引量:24
11
作者 朱嵩 刘国华 +3 位作者 王立忠 毛根海 程伟平 黄跃飞 《四川大学学报(工程科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第5期30-35,共6页
环境水力学系统存在诸多不确定性,如测量数据的不确定性等,这导致水体中污染源识别这一类反问题具有不适定性,尤其表现为反演结果的非唯一性。经典的正则化方法和最优化方法由于只能获得参数的"点估计",因而在求解不确定性较... 环境水力学系统存在诸多不确定性,如测量数据的不确定性等,这导致水体中污染源识别这一类反问题具有不适定性,尤其表现为反演结果的非唯一性。经典的正则化方法和最优化方法由于只能获得参数的"点估计",因而在求解不确定性较强的问题时存在较大的困难。此外水质模型和流场控制方程(Navier-Stokes方程)耦合,使得正问题的解具有较强的非线性特征。为解决上述问题,针对水动力-水质耦合模型,建立了基于贝叶斯推理的污染物点源识别的数学模型,通过马尔科夫链蒙特卡罗(Markov chain Monte Carlo,MCMC)后验抽样获得了污染源位置和强度的后验概率分布和估计量,较好地处理了模型的不确定性和非线性。算例结果表明,结合MCMC抽样的贝叶斯推理方法能很好地描述及求解水动力-水质耦合场条件下的污染源识别反问题。 展开更多
关键词 环境水力学 反问题 贝叶斯推理 污染源识别
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对流-扩散方程源项识别反问题的遗传算法 被引量:31
12
作者 闵涛 周孝德 +1 位作者 张世梅 冯民权 《水动力学研究与进展(A辑)》 CSCD 北大核心 2004年第4期520-524,共5页
 给出了利用遗传算法求解对流 扩散方程源项识别反问题的一种新方法。该方法把源项反问题转化为优化问题,用遗传算法求解。它的特点在于:从多个初始点开始寻优,并借助交叉,变异算子来获得全局最优解。实例模拟结果表明,该方法具有精度...  给出了利用遗传算法求解对流 扩散方程源项识别反问题的一种新方法。该方法把源项反问题转化为优化问题,用遗传算法求解。它的特点在于:从多个初始点开始寻优,并借助交叉,变异算子来获得全局最优解。实例模拟结果表明,该方法具有精度高,收敛速度快且易于计算机实现等特点。 展开更多
关键词 对流-扩散 源项 反问题 遗传算法
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单纯形模拟退火算法反演地下水污染源强度 被引量:14
13
作者 江思珉 张亚力 +1 位作者 蔡奕 郑茂辉 《同济大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第2期253-257,共5页
基于单纯形模拟退火混合算法(SMSA混合算法),结合污染物迁移问题的解析解反演地下水污染源的强度变化历时曲线.SMSA混合算法结合了单纯形法的确定性搜索和模拟退火算法的全局概率搜索机制,是一种高效的混合优化算法;同时采用Yeh提出的... 基于单纯形模拟退火混合算法(SMSA混合算法),结合污染物迁移问题的解析解反演地下水污染源的强度变化历时曲线.SMSA混合算法结合了单纯形法的确定性搜索和模拟退火算法的全局概率搜索机制,是一种高效的混合优化算法;同时采用Yeh提出的解析解,它具有可靠性强、易于编程实现和扩展性强的特点.计算结果显示,1维、2维、3维情形下点污染源的反演浓度均较好地再现了真实的污染物释放过程,这表明基于SMSA混合算法和Yeh解析解的反演方法是一种有效的地下水污染源重建方法. 展开更多
关键词 污染源反演 地下水逆问题 单纯形法 模拟退火算法
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基于Bayesian-MCMC方法的水体污染识别反问题 被引量:18
14
作者 陈海洋 滕彦国 +2 位作者 王金生 宋柳霆 周振瑶 《湖南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第6期74-78,共5页
针对具有不适定性的环境水力学反问题,基于贝叶斯推理和二维水质模型建立水体污染识别反演模型,运用马尔科夫链蒙特卡罗法抽样获得污染源源强、污染源位置和污染泄漏时间等模型参数的后验概率分布和统计结果.实例研究结果表明,基于马尔... 针对具有不适定性的环境水力学反问题,基于贝叶斯推理和二维水质模型建立水体污染识别反演模型,运用马尔科夫链蒙特卡罗法抽样获得污染源源强、污染源位置和污染泄漏时间等模型参数的后验概率分布和统计结果.实例研究结果表明,基于马尔科夫链蒙特卡罗抽样算法的贝叶斯推理可以较好地用来实现水体污染识别,具有识别精度高,误差小的特点,其可靠性和稳定性高于混合遗传模式搜索优化算法. 展开更多
关键词 反问题 二维水质模型 贝叶斯推理 马尔科夫链蒙特卡罗法 源识别
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对流-扩散方程源项识别反问题的MCMC方法 被引量:17
15
作者 曹小群 宋君强 +1 位作者 张卫民 张理论 《水动力学研究与进展(A辑)》 CSCD 北大核心 2010年第2期127-136,共10页
给出了利用马尔科夫链蒙特卡罗(MCMC)方法求解对流-扩散方程源项识别反问题的一种新方法。该方法把源项识别反问题视为贝叶斯估计问题,然后用MCMC法求解。首先利用贝叶斯公式,导出了多点源中源强和位置等未知参数分布规律的后验概率密... 给出了利用马尔科夫链蒙特卡罗(MCMC)方法求解对流-扩散方程源项识别反问题的一种新方法。该方法把源项识别反问题视为贝叶斯估计问题,然后用MCMC法求解。首先利用贝叶斯公式,导出了多点源中源强和位置等未知参数分布规律的后验概率密度函数;接着以后验概率分布为目标分布采用自适应Metropolis算法构造Markov链;然后截取收敛的链序列,利用后验均值方法估计出源项中的未知参数。数值试验结果表明,该方法具有精度高,收敛速度快且易于计算机实现等优点。 展开更多
关键词 对流-扩散方程 源项 反问题 马尔科夫链蒙特卡罗方法
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地表水污染源识别方法研究进展 被引量:20
16
作者 刘晓东 王珏 《水科学进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第2期302-311,共10页
地表水污染源的准确识别对于突发水污染事件中制定补救策略、确定责任方具有重要的指导意义。从污染源识别的基本问题出发,综述了地表水污染源识别的两类方法,一类是数学模拟法,包括直接求解法和间接求解法,直接求解法又包括解析法和正... 地表水污染源的准确识别对于突发水污染事件中制定补救策略、确定责任方具有重要的指导意义。从污染源识别的基本问题出发,综述了地表水污染源识别的两类方法,一类是数学模拟法,包括直接求解法和间接求解法,直接求解法又包括解析法和正则化方法,间接求解法又包括模拟优化法、概率统计法及耦合算法;另一类是足迹分析法。在此基础上,系统地讨论了污染源识别的不确定性,包括污染源信息、观测数据、地表水模型、水动力条件、污染物性质5个方面。并指出地表水污染源识别的不确定性和时效性是制约其应用价值的关键因素,需要在方法耦合、识别效率提高、不确定性分析及污染物性质等方面做进一步的研究。 展开更多
关键词 污染源识别 反问题 数学模拟法 足迹分析法 不确定性分析 地表水
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三维非稳态热传导逆问题反演算法研究 被引量:12
17
作者 钱炜祺 何开锋 汪清 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2008年第5期611-618,共8页
利用表面温度测量来反演热传导方程中的热源项是一类典型的热传导逆问题,在采用有限体积法对三维非稳态热传导问题进行数值求解的基础上,将该热传导逆问题转化为优化问题,建立了伴随方程法和共轭梯度法这两类反演算法.采用这两类算法对... 利用表面温度测量来反演热传导方程中的热源项是一类典型的热传导逆问题,在采用有限体积法对三维非稳态热传导问题进行数值求解的基础上,将该热传导逆问题转化为优化问题,建立了伴随方程法和共轭梯度法这两类反演算法.采用这两类算法对一个典型算例的计算结果表明:建立的两类反演算法是有效的,具有较好的抗噪性能.此外,对反演算法中计算收敛准则的选取进行了较深入的分析,结果表明,由于热传导逆问题的不适定性,优化过程中目标函数值越小并不意味着反演结果与真值更为接近,可以通过设定合适的收敛准则来模拟正则化项的作用,克服不适定性的影响. 展开更多
关键词 三维非稳态热传导逆问题 热源项 伴随方程 共轭梯度法 收敛准则
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一类流域点污染源识别的稳定性与数值模拟 被引量:15
18
作者 王泽文 邱淑芳 《水动力学研究与进展(A辑)》 CSCD 北大核心 2008年第4期364-371,共8页
本文考虑了流域中单个点污染源识别问题的唯一性、稳定性和反演算法。该问题的数学模型为一维线性对流反应扩散方程,方程的源项F(x,t)表示了污染源是一个随时间变化的点污染源。在对污染源及测量点的先验假设下,获得了点源识别的唯一性... 本文考虑了流域中单个点污染源识别问题的唯一性、稳定性和反演算法。该问题的数学模型为一维线性对流反应扩散方程,方程的源项F(x,t)表示了污染源是一个随时间变化的点污染源。在对污染源及测量点的先验假设下,获得了点源识别的唯一性和局部稳定性,给出了识别污染源位置s和污染强度λ(t)的计算方法。数值例子表明源项反演的算法是有效的。 展开更多
关键词 源项识别 对流反应扩散方程 局部稳定性 反问题 水污染
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吸收散射性三维矩形介质内辐射源项的反问题 被引量:3
19
作者 刘林华 谈和平 余其铮 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2000年第1期71-75,共5页
提出了一种由边界出射辐射强度反演吸收散射性三维矩形介质内辐射源项分布的方法。该方法是在辐射传递方程离散坐标近似的基础上,用求目标函数极小值的共轭梯度法进行反演计算。通过对介质辐射特性、光学厚度等参数对反演精度影响的分... 提出了一种由边界出射辐射强度反演吸收散射性三维矩形介质内辐射源项分布的方法。该方法是在辐射传递方程离散坐标近似的基础上,用求目标函数极小值的共轭梯度法进行反演计算。通过对介质辐射特性、光学厚度等参数对反演精度影响的分析,结果表明,即使存在测量误差,本文所提出的方法可较精确地反演辐射源项。 展开更多
关键词 辐射反问题 辐射源项 矩形介质 吸收散射 热流
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流域点污染源识别的唯一性与计算方法 被引量:11
20
作者 王泽文 徐定华 《宁夏大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2006年第2期124-129,共6页
考虑两端无污染的流域中单个污染源的识别问题.该问题的数学模型为一维线性对流反应扩散方程,方程的源项为F(x,t)=(λt)δ(x-s),它表示源项是一个随时间变化的点污染源.在对污染源及测量点的先验假设下,证明了源项识别的唯一性.最后,给... 考虑两端无污染的流域中单个污染源的识别问题.该问题的数学模型为一维线性对流反应扩散方程,方程的源项为F(x,t)=(λt)δ(x-s),它表示源项是一个随时间变化的点污染源.在对污染源及测量点的先验假设下,证明了源项识别的唯一性.最后,给出了识别点污染源的计算方法. 展开更多
关键词 点污染源 源项识别 时流反应扩散方程 唯一性 计算方法
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