An Optimization-Based Approach for Source Term Estimations of Atmospheric Releases
Résumé
This article highlights an optimization-based approach to estimate the main characteristics (i.e., location and intensity) that describe the source of a release of a hazardous material (e.g., a chemical or biological agent) in the atmosphere. The method, which uses, as input data, concentration measurements provided by a network of sensors (and some additional meteorological data), is first formalized in the general framework of parametric source term estimation inverse problems. Some simple and new geometric interpretations of the method are proposed. Next, it is shown that the approach can also provide a realistic understanding of the uncertainties in the estimation of the characteristics of the source. Then, a strategy for an optimal deployment of mobile sensors in hazardous materials operations is proposed. To conclude, the source estimation approach and the network design strategy are evaluated with data from a wind tunnel experiment conducted at the Environmental Flow Research Center at the University of Surrey, UK.
Cet article présente une approche, basée sur l’optimisation, qui permet d'estimer les principales caractéristiques (c.-à-d. l'emplacement et l'intensité) d’une source de rejet de matières dangereuses (p. ex., un agent chimique ou biologique) dans l'atmosphère. Cette approche, qui utilise comme données d'entrée des mesures de concentration fournies par un réseau de capteurs (accompagnées de données météorologiques), est décrite dans le cadre général des problèmes inverses paramétriques. Plusieurs interprétations géométriques des résultats sont également présentées. Nous montrons ensuite que cette approche peut également être utilisée pour évaluer l’incertitude inhérente au processus d'estimation d’un terme source. Enfin, une stratégie pour le déploiement optimal, en situation opérationnelle, d’un réseau de capteurs mobiles est proposée. En conclusion, la technique d'estimation du terme source et la stratégie de déploiement d’un réseau mobile sont évaluées à l'aide de données issues d'une expérience réalisée en soufflerie à l’Environmental Flow Research Centre de l’Université de Surrey, UK.