[发明专利]一种高铁沿线测风站点布局优化方法

说明书

本发明公开了一种高铁沿线测风站点布局优化方法，挑选出高铁沿线一定范围内的气象站点风速数据经给初步的质量控制后作为数据源，通过克里金插值，模拟出铁路沿线等间距测风站点的风速数据；以模拟出的站点作为现有铁路沿线测风站点，并根据测风站点地形将铁路沿线划分多块区域段，最终通过改进的相似度函数增减测风站点，将测风站点的等间距布站改良为非均匀布站，达成以最少的站点数目准确地监测到各区域风速特征。本发明既能够节约成本，又可以准确地监测到沿线的风速特征。

技术领域

本发明涉及高铁布局优化技术领域，尤其是一种高铁沿线测风站点布局优化方法。

背景技术

近年来由于国家经济的飞速提升，铁路运输等交通网络的迅速发展，我国已经成为世界高速铁路第一大国，从而对铁路安全运行的要求也越来越高。高速列车车速快，发生事故时人员伤亡惨重，为了最大限度地保障列车运行安全，铁路部门在铁路沿线设置了气象观测站点。各气象要素中，大风是影响铁路安全运行的主要气象灾害之一。

当前铁路沿线气象观测站点的布局规划单一，缺乏对地形及相关气象要素的思考。铁路沿线风速观测点均为等间距布站，该布站方式既造成大风速段风况的监测不够全面，又造成小风速段监测数据过于冗余，缺乏针对性。最合适且经济实用的测风站点布局，应该是通过最少的站点数目来准确地监测该段区域的风速特征。因此需要设计铁路沿线测风站点布局，达成合理的站点布置，使大风段和小风段区域各自有合适的站点数目来监测气象信息。目前，现有的站点布局方法皆是均匀布站且只适用于整片区域的气象站网布局，无法应用于沿线的布站。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种高铁沿线测风站点布局优化方法，在将铁路沿线各区域段风速尺度确定后，对每个区域段测风站点提出了一种基于相似离度与杰卡德相似系数的相似度函数，进而优化布站。

为解决上述技术问题，本发明提供一种高铁沿线测风站点布局优化方法，包括如下步骤：

步骤1：采集高铁沿线一定范围内的地面气象站瞬时风速数据，对采集到的数据进行基本的质量控制；

步骤2：对铁路沿线布设等间距模拟站点，通过克里金插值得到沿线模拟站点的瞬时风速数据，其中，z(x₀)为未知站点的插值估计值，x_i为区域上的一系列观测站点，z(x_i)为相应站点的测量值，λ_i为已知站点的权重值；

步骤3：依据地形因素，设置高铁沿线风险监测点，以此为基础，将高铁沿线划分为多块区段，并通过历史风速数据进行空间插值分析确定这些区段是大风多发段或风速平缓段；

步骤4：计算出各区段站点间的相似离度x、y分别代表选取的两个站点风速序列，C(X,Y)表示这两个站点之间的相似离度，其值越小则这两个站点相似度越高，R_xy称之为形系数，它能够准确地反映了两个站点之间的风速形相似程度；D_xy称为值系数，反映了两个站点之间风速数值本身的差异程度，α与β分别是对形系数R_xy和值系数D_xy的相似加权系数，α与β相加需为1；

步骤5：计算出各区段站点间的杰卡德相似系数A与B为选取的任意两站点的风速序列，杰卡德值越大说明两个站点相似度越高；

步骤6：将各区段站点间的相似离度与杰卡德相似系数相结合，针对不同的风速段选取相应合适的相似度阈值区间，采用提出的相似度布站公式从而增加或删减模拟站点来完成对高铁沿线测风站点的合理布局；

步骤7：计算所有区段优化布局前后的风速平均误差是原始站点布局下的各区段的风速平均值，是优化站点布局后的各区段的风速平均值，当风速平均误差极小，则优化布局是合理的，以此来检验优化布局的合理性。

优选的，步骤3中，地形因素具体为桥梁、湖泊、隧道、峡谷、高山的特殊地理位置。