[发明专利]一种基于高铁沿线风特性的风速仪布置方法

权利要求书

1.一种基于高铁沿线风特性的风速仪布置方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：采集高铁沿线的气象站的历史风数据并对其进行基本的质量控制检查，获得历史风数据集；

步骤二：构建高铁沿线的环境数据地图；

步骤三：将待研究的高铁沿线区段划分成多个模拟站点，每个模拟站点间隔等距；

步骤四：根据环境数据地图和历史风数据以及各模拟站点的位置信息，计算各模拟站点的预测风数据；

步骤五：对预测风数据的模拟站点进行聚类分析得到k个理论簇数，将具有高度相似的站点聚成一类；

步骤六：分别计算k个理论簇数对应的轮廓系数，根据轮廓系数选择最优的实际簇数；

步骤七：对通过聚类分析后的各个簇内每个模拟站点的风速概率进行阈值筛选，根据概率最大的模拟站点位置信息确定最终风速仪的布站位置信息。

2.根据权利要求1所述的一种基于高铁沿线风特性的风速仪布置方法，其特征在于：所述步骤二中，环境数据地图包括高程地图数据、地面粗糙数据、地面遮挡物数据。

3.根据权利要求2所述的一种基于高铁沿线风特性的风速仪布置方法，其特征在于：所述步骤四具体为，根据环境数据地图以及气象站的风数据，进行定向模拟计算，根据定向模拟计算结果包括湍流强度、入流角和风加速因数，设置高铁沿线等间隔的模拟站点，根据雷诺平均方程计算出模拟站点的预测风速数据。

4.根据权利要求3所述的一种基于高铁沿线风特性的风速仪布置方法，其特征在于：所述步骤五具体为，将模拟站点的预测风数据分成K个理论簇数，计算每个理论簇数的预测风数据的平均值作为簇中心，计算模拟站点预测风数据与每个理论簇中心的余弦值和欧式距离，

余弦值的计算如下所示：

其中：Y_i表示模拟站点第i个的风速数据，表示理论簇中心k第i个的风速数据；

欧式距离计算公式如下所示：

其中：x_i为模拟站点第i个风速数据，y_ki为理论簇中心k第i个风速数据；

将余弦值和欧式距离结合权值函数作为最终计算模拟站点风速数据与理论簇中心的距离函数，其权值函数w_i如式（6）所示：

w_i＝h^-1exp(-(1-cosθ)/(2*h²))+h^-1exp(-d_i/(2*h²))    (6)

其中：h＝1，d_i为风速数据样本点i与理论簇中心站的距离，权值越大则越相似，对预测风数据具有高度相似的站点聚成一类。

5.根据权利要求4所述的一种基于高铁沿线风特性的风速仪布置方法，其特征在于：所述步骤六具体为：根据聚类分析结果计算轮廓系数，利用轮廓系数计算实际簇数，轮廓系数越大表明内聚度和分离度更优；

其公式为：

其中，S(i)表示轮廓系数，a(i)为i点到同簇内其它点的不相似程度的平均值，体现的是凝聚程度，b(i)为i点到其它簇的平均不相似程度的最小值，体现分离度；根据轮廓系数的取值范围选取最优实际簇数。

6.根据权利要求5所述的一种基于高铁沿线风特性的风速仪布置方法，其特征在于：所述步骤七具体为：通过聚类分析对各实际簇内模拟站点样本的风速进行概率判断，筛选出概率大于阈值δ的模拟站点样本，并选择各实际簇内概率最大的样本作为代表模拟站点样本，根据代表模拟站点样本的位置信息确定最终布站位置信息。