鐵路沿線近地風場點域映射空間預測方法
【專利摘要】一種鐵路沿線近地風場點域映射空間預測方法，包括如下步驟：步驟S1建立近地風場的三維模型；步驟S2確定測風儀的安裝位置，在其約束下，以最不利風加速因數(shù)和最大湍流強度為目標，確定測風點的布置方案；步驟S3建立大風風速數(shù)值模擬模型，提出測風點處風速與近地風場的三維模型中任一點風速的映射關系式；步驟S4依據(jù)擬預測風速序列，結合基于經(jīng)驗模式分解和自適應神經(jīng)模糊推理的混合算法，實現(xiàn)待預測的鐵路沿線中風速的預測。本發(fā)明的鐵路沿線近地風場點域映射空間預測方法可實現(xiàn)對鐵路沿線中一點風速監(jiān)測預測一域的連續(xù)風速分布，從而克服現(xiàn)有技術中僅依靠列車前后實時風速來指導列車運行的不足，提高了列車在大風環(huán)境下行車的安全系數(shù)。
【專利說明】鐵路沿線近地風場點域映射空間預測方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及軌道交通安全【技術領域】，具體地，涉及一種鐵路沿線近地風場點域映射空間預測方法。
【背景技術】
[0002]我國國土幅員遼闊，新疆、西藏等西部省份風力資源豐富。該氣象特征為發(fā)展風力發(fā)電等可再生能源提高了絕好的自然條件，但惡劣風是導致列車事故的主要氣象災害之一，輕則路網(wǎng)中斷，重則車毀人亡，社會影響極大。
[0003]為保證列車安全運行，需在鐵路沿線建立風場觀測站，以便評估列車安全運行的風速條件。鐵路沿線大風區(qū)段長達數(shù)百公里，線路走向曲折，沿線環(huán)境復雜多變，測風點合理位置的選擇是鐵路大風監(jiān)測面臨的難題。且有限個測風點無法全面反映鐵路沿線風場情況。
[0004]因此，迫切需要預測列車運行鐵路沿線的風速，以便于鐵路的安全運行。
[0005]然而，我國鐵路調度部門還無法獲得鐵路空間風速預測值，只能將列車運行區(qū)段前方或者后方的實測風速作為調度預警信號，由于缺少鐵路沿線風速高精度預測方法，區(qū)域前后兩個測風點無法反映該區(qū)段內(nèi)其他位置處風速情況，一旦出現(xiàn)大風，后果不堪設想。
[0006]因此需建立由有限個離散測風點風參數(shù)表征的鐵路沿線風場分布模型，實現(xiàn)由一點風速監(jiān)測預測一域的連續(xù)風速分布。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種鐵路沿線近地風場點域映射空間預測方法，該方法解決了行駛中列車車輛所在鐵路沿線的近地風速安全性監(jiān)測和預測，實現(xiàn)由點到域的風速實時監(jiān)測和預測的問題，進而解決了提升空間監(jiān)測和空間預測的精確度，以保障列車行駛路線上的安全的問題。
[0008]為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的一種鐵路沿線近地風場點域映射空間預測方法，包括:
步驟S1.依據(jù)待預測的鐵路沿線地形地貌，建立近地風場的三維模型；
步驟S2.依據(jù)建立的近地風場的三維模型，在所述近地風場的三維模型中確定測風儀的安裝位置，在測風儀安裝位置約束下，以最不利風加速因數(shù)和最大湍流強度為參考條件，確定所述目標條件下測風點的布置方案；
步驟S3，依據(jù)待預測的鐵路沿線，建立其大風風速數(shù)值模擬模型，根據(jù)所述大風風速數(shù)值模擬模型，提出所述測風點處風速與近地風場的三維模型中任一點風速的映射關系式，進而獲得擬預測風速序列；
步驟S4，依據(jù)擬預測風速序列，結合基于經(jīng)驗模式分解和自適應神經(jīng)模糊推理的混合算法，實現(xiàn)待預測的鐵路沿線中風速的預測。
[0009]作為本發(fā)明的進一步改進，步驟SI中，近地風場的三維模型為三維高分辨率模型，所述三維高分辨率模型的分辨率范圍為:lm-4m。
[0010]作為本發(fā)明的進一步改進，步驟SI中，所述三維模型包括如下模擬信息:路堤信息、橋梁信息、隧道信息、擋風墻信息。
[0011]作為本發(fā)明的進一步改進，所述步驟S3中，大風風速數(shù)值模擬模型基于嵌套網(wǎng)格技術，所述大風風速數(shù)值模擬模型包括鐵路沿線周圍精細計算區(qū)域和鐵路沿線之外的大環(huán)境計算區(qū)域，所述精細計算區(qū)域內(nèi)包括列車模型。
[0012]作為本發(fā)明的進一步改進，所述鐵路沿線周圍精細計算區(qū)域長600m，寬300m，高80m ;所述列車模型中，列車表面第一層網(wǎng)格為0.001m。
[0013]作為本發(fā)明的進一步改進，所述大環(huán)境計算區(qū)域的長、寬和高度均大于5km，所述大環(huán)境計算區(qū)域高度方向上采用不高于20m的網(wǎng)格間距離散。
[0014]作為本發(fā)明的進一步改進，所述步驟S3中，通過如下方式建立所述測風點處風速與近地風場的三維模型中任一點風速的映射關系式:
步驟S31.通過對近地風場的三維模型中的地表邊界不同位置設定不同粗糙度數(shù)值，豐吳擬線路周圍真實地貌環(huán)境；
步驟S32.在大風風速數(shù)值模擬模型的速度入口處，設定不同風向的風速，得到不同風向下測風點與鐵路的定向風流之間的映射數(shù)據(jù)庫，從而提出測風點處風速與近地風場的三維模型中任一點風速的映射關系式。
[0015]作為本發(fā)明的進一步改進，步驟S3中所述映射關系式如下所示:
【權利要求】
1.一種鐵路沿線近地風場點域映射空間預測方法，其特征在于，所述鐵路沿線近地風場點域映射空間預測方法包括如下步驟: 步驟Si，依據(jù)待預測的鐵路沿線，建立近地風場的三維模型； 步驟S2，依據(jù)建立的近地風場的三維模型，在所述近地風場的三維模型中確定測風儀的安裝位置，在測風儀安裝位置約束下，以最不利風加速因數(shù)和最大湍流強度為參考條件，確定所述目標條件下測風點的布置方案； 步驟S3，依據(jù)待預測的鐵路沿線地形地貌情況，建立其大風風速數(shù)值模擬模型，根據(jù)所述大風風速數(shù)值模擬模型，提出所述測風點處風速與近地風場的三維模型中任一點風速的映射關系式，進而獲得擬預測風速序列； 步驟S4，依據(jù)擬預測風速序列，計算出所述三維模型中鐵路沿線近地風場的待測測點的風速預測。
2.根據(jù)權利要求1所述的鐵路沿線近地風場點域映射空間預測方法，其特征在于，步驟SI中，近地風場的三維模型為三維高分辨率模型，所述三維高分辨率模型的分辨率范圍為:lm-4m。
3.根據(jù)權利要 求1所述的鐵路沿線近地風場點域映射空間預測方法，其特征在于，步驟Si中，所述三維模型包括如下模擬信息:路堤信息、橋梁信息、隧道信息、擋風墻信息。
4.根據(jù)權利要求1所述的鐵路沿線近地風場點域映射空間預測方法，其特征在于，所述步驟S3中，大風風速數(shù)值模擬模型基于嵌套網(wǎng)格技術，所述大風風速數(shù)值模擬模型包括鐵路沿線周圍精細計算區(qū)域和鐵路沿線之外的大環(huán)境計算區(qū)域，所述精細計算區(qū)域內(nèi)包括列車模型。
5.根據(jù)權利要求4所述的鐵路沿線近地風場點域映射空間預測方法，其特征在于，所述鐵路沿線周圍精細計算區(qū)域長600m，寬300m，高80m ;所述列車模型中，列車表面第一層網(wǎng)格為0.001m。
6.根據(jù)權利要求4所述的鐵路沿線近地風場點域映射空間預測方法，其特征在于，所述大環(huán)境計算區(qū)域的長、寬和高度均大于5km，所述大環(huán)境計算區(qū)域高度方向上采用不高于20m的網(wǎng)格間距離散。
7.根據(jù)權利要求1所述的鐵路沿線近地風場點域映射空間預測方法，其特征在于，所述步驟S3中，通過如下方式建立所述測風點處風速與近地風場的三維模型中任一點風速的映射關系式: 步驟S31.通過對近地風場的三維模型中的地表邊界不同位置設定不同粗糙度數(shù)值，豐吳擬線路周圍真實地貌環(huán)境； 步驟S32.在大風風速數(shù)值模擬模型的速度入口處，設定不同風向的風速，得到不同風向下測風點與鐵路的定向風流之間的映射數(shù)據(jù)庫，從而提出測風點處風速與近地風場的三維模型中任一點風速的映射關系式。
8.根據(jù)權利要求1或3所述的鐵路沿線近地風場點域映射空間預測方法，其特征在于，步驟S3中所述映射關系式如下所示: w =+ (Csion)* + k)u + spfzili + /) — 900)/,4,? , 其中，W為三維模型中任一點風速，所述^為測風點風速，《為該點風向角，σ和勾分別為與路況和地表粗糙度相關的系數(shù)，」(《./)為風向與坡面法向的夾角，/3為測風點海拔高度。
9.根據(jù)權利要求1所述的鐵路沿線近地風場點域映射空間預測方法，其特征在于，步驟S4中所述計算包括: 依據(jù)擬預測風速序列，結合基于經(jīng)驗模式分解和自適應神經(jīng)模糊推理的混合算法，實現(xiàn)待預測的鐵路沿線中風速的預測。
10.根據(jù)權利要求9所述的鐵路沿線近地風場點域映射空間預測方法，其特征在于，步驟S4中所述計算包括: 通過經(jīng)驗模式分解法對擬預測風速序列進行多層分解與重構，將原始非平穩(wěn)風速序列轉化為多個模式分解層的較平穩(wěn)風速序列； 通過自適應神經(jīng)模糊推理法對各模式分解層分別建立相應的預測模型，對各模式分解層的風速序列進行超前多步預測，并對所述預測的值進行加權，以獲取擬預測風速序列的超前多步預測 值。
【文檔編號】G06F17/50GK103996085SQ201410250671
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年6月9日 優(yōu)先權日:2014年6月9日
【發(fā)明者】田紅旗, 梁習鋒, 楊明智, 張健, 劉輝, 張雷, 李志偉 申請人:中南大學