[发明专利]一种基于高铁沿线风特性的风速仪布置方法

说明书

本发明公开了一种基于高铁沿线风特性的风速仪布置方法，包括以下步骤：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；构建高铁沿线的环境数据地图；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；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；对预测风数据进行聚类分析，将具有高度相似的站点聚成一类；根据轮廓系数选择合适的簇数；对通过聚类分析后的各个簇内风数据样本概率进行阈值筛选，根据概率最大样本的位置信息确定风速仪的布站位置信息。

技术领域

本发明属于气象数据技术领域，具体涉及一种基于高铁沿线风特性的风速仪布置方法。

背景技术

良好的交通基础设施有利于促进社会经济的发展。近年来，中国的交通基础设施建设取得了跨越式发展，尤其是在1998年开始建设的高速铁路更是成为中国经济发展的新名片。从无到有、再到世界领先，中国高铁已经在人类轨道交通发展史上留下清晰而深刻的中国印记。截止到2018年底，中国高铁营运里程达到2.9万公里，中国已经建成世界上高铁里程最长、运输密度最高、成网运营场景最复杂的国家。随着“八横八纵”高铁新战略的逐步实施，高铁骨干网快速建成缩短了时空距离。

然而，高铁的稳定运行会受到各种要素的影响，气象要素是影响高铁运行的不可忽视的要素，我国幅员辽阔，地形复杂，随着我国高铁建设飞速发展，高铁运行的所受气象要素变得更加恶劣。其中，强风是影响高速列车运行的最为严重的灾害之一，我国夏季大风、龙卷风和台风发生频繁，对高铁运行安全影响很大。在强风天气下，高铁横向稳定性将受到影响，严重时会导致列车倾覆，造成重大的铁路交通事故。因此一个可靠的高铁大风预警系统是实现高速列车的运行管制机制。高速铁路风监测点的合理布设是实现大风精准监测的前提，因此，亟须对风监测点布设进行优化。

由于现有的高铁风速风向仪是按照等间距布站的模式，不符合高铁沿线风分布的情况，因此会导致地形要素复杂情况下，测风仪数目相对过少，测的风速不能完全表征复杂地形的真实风分布情况；地形要素平坦情况下，测风仪数目相对过多，造成站点冗余。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于高铁沿线风特性的风速仪布置方法，利用铁路沿线气象站收集的历史风数据结合Meteodyn WT风资源软件，模拟高铁沿线风流场，输出高铁沿线的模拟风数据，采用聚类分析算法结合轮廓系数选择最佳分类簇，其中利用余弦相似度与欧式距离相结合的方法来替代原聚类算法中单独利用欧式距离作为衡量样本间相似度的方法，更优地划分数据到对应的簇中，再选取每个簇中出现高风速概率最大的站点作为代表站点，最终得到高铁沿线风速风向仪的布站位置。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于高铁沿线风特性的风速仪布置方法，其中，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；

其中包含高程地图数据、地面粗糙数据、地面遮挡物数据；

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实际簇数；

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