CN105740990A - 一种铁路风监测系统中常驻监测点的选取方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于铁路风监测领域，提供了一种铁路风监测系统中常驻监测点的选取方法，包括：收集各临时风监测器所记录的风速数据；确认该待测铁路沿线附近气象站，并收集气象站的风速观测信息；分析各气象站的风速观测信息和各临时风监测器的风速数据之间的线性相关性，筛选出相关性满足预设条件的组合；根据组合和组合中气象站的风速观测信息，计算组合中临时风监测点的最大风速值；根据各组合中的位置修正系数和临时风监测器所在地理位置，计算出最大风速所在的目标地理位置；在目标地理位置设置常驻监测器。本发明实施例所提出的铁路沿线风监测布点选择方法，对于提高风监测报警有效性，以及行车安全具有重要意义。

Description

一种铁路风监测系统中常驻监测点的选取方法

技术领域

本发明属于铁路风监测领域，尤其涉及一种铁路风监测系统中常驻监测点的选取方法。

背景技术

我国目前已经开通和在建设时速200km及以上铁路的铁路，主要采用如下两种监测布点方法：

方案一：人工经验布点法：设计人员结合铁路沿线地形、地貌，依据个人经验选择较为危险的区段设置风监测点，这种方法在诸如武广、郑西、沿海铁路等铁路风监测系统中被广泛使用，该方法的主要缺点在于，未将沿线气象站多年收集的气象信息运用到铁路沿线风速大小区段的判断中，风监测点的选择仅考虑了地形、地貌信息对风速的影响，在风监测点的选择上存在较多的个人经验，因此布点方案的可评估性、客观性较差。

方案二：马淑红、马韫娟等人提出利用铁路沿线气象站结合地形、地貌选择风监测布点的方案。根据其文章了解，上述布点方案被用于津京城际和京沪高铁。方案二利用铁路沿线气象站信息结合铁路线地形、地貌计算铁路沿线风速较大区段，与方案一相比有了明显的优化，但主要存在如下问题：用铁路沿线气象站收集的气象资料替代铁路沿线风速变化情况，还是不能完全反映铁路沿线风速变化的真实情况，在铁路沿线存在多个气象站时，如何选择合适的气象站信息替代铁路沿线风速变化情况，缺少客观的评判标准。

方案二较方案一有了较大改进，但均未能很好的解决铁路沿线风监测布点的需求。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种铁路风监测系统中常驻监测点的选取方法，以解决现有技术在铁路沿线存在多个气象站时，如何选择合适的气象站信息替代铁路沿线风速变化的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种铁路风监测系统中常驻监测点的选取方法，在待监测的铁路沿线设置临时风监测器，其中，所述临时风监测器以预设间距布局，所述方法包括：

收集各临时风监测器所记录的风速数据；

确认该待测铁路沿线附近气象站，并收集所述气象站的风速观测信息；

分析各气象站的风速观测信息和各临时风监测器的风速数据之间的线性相关性，筛选出相关性满足预设条件的组合，所述组合由一个气象站和一个临时风监测器构成；

根据所述组合和组合中气象站的风速观测信息，计算组合中临时风监测点的最大风速值；

根据铁路沿线地理条件和各组合中的临时风监测器所处的地理条件，计算得到各组合的位置修正系数；

根据各组合中的所述位置修正系数和临时风监测器所在地理位置，计算出最大风速所在的目标地理位置；

在所述目标地理位置设置常驻监测器。

优选的，所述根据铁路沿线地理条件和各组合中的临时风监测器所处的地理条件，计算得到各组合的位置修正系数，具体包括：

对于山峰或山坡，其顶部B处的修正系数可按下述公式采用：

${\mathrm{\β}}_B=1+ktg\mathrm{\α}(1-\frac{z}{2.5H});$

其中，tgα为山峰或山坡在迎风面一侧的坡度；k为系数，对山峰取3.2，对山坡取1.4；H为山顶或山坡全高；z为计算位置离建筑物地面的高度；

对于山峰，其两个山脚A和C处的修正系数β_A、β_C为1，AB间和BC间的修正系数根据线性插值确定；

对于山坡，其山脚A和山坡上C处的修正系数β_A、β_C为1，AB间和BC间的修正系数根据线性插值确定；其中，C和B点海拔高度相同，并且BC的距离为AB距离的4倍。

优选的，所述气压修正系数还包括由地面粗糙度和海拔高度参数确认的第二修正系数，在使用所述第二修正系数时，具体为与所述山峰或者山坡计算得到的修正系数相乘，得到最终修正值。

优选的，所述地面粗糙度具体分为4类，包括：

近海海面、海岛、海岸、湖岸和沙漠地区的为第一类；

田野、乡村、丛林、丘陵、乡镇和城市郊区的为第二类；

密集建筑群的城市市区的为第三类；

有密集建筑群且房屋较高的城市市区的为第四类；

第二修正系数值随这四类粗糙度依次减小。

优选的，利用风压和风速转换公式计算获得经过风压修正后的风速，所述转换公式具体如下：

其中，β为修正值、ω₀为气象站所在位置的风压、v_x为临时风监测器所在位置的风速和ρ_x临时风监测器所在位置的空气密度；所述其中，ρ₀为气象站所在位置的空气密度、v₀为气象站所在位置的风速。

优选的，所述根据所述组合和组合中气象站的风速观测信息，计算组合中临时风监测点的最大风速值，具体为：

根据各组合中的气象站的风速观测信息，获得指定时期内的临时风监测器所在位置的风速值；

以所述风速值作为参数，利用极值I型的概率分布计算得到最大风速。

优选的，所述I型的概率分布公式具体如下：

其中，u为分布的众值、a为分布的尺度参数、x为最大风速值。

优选的，所述预设间距为10km-30km。

本发明实施例提供的一种铁路风监测系统中常驻监测点的选取方法的有益效果包括：本发明实施例所提出的铁路沿线风监测布点选择方法，可显著提高风监测布点的客观、科学、可评判，对于提高风监测报警有效性，以及行车安全具有重要意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种铁路风监测系统中常驻监测点的选取方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的一种山峰结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种山坡结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种铁路风监测系统中常驻监测点的选取方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

实施例一

如图1所示为本发明提供的一种铁路风监测系统中常驻监测点的选取方法，在待监测的铁路沿线设置临时风监测器，其中，所述临时风监测器以预设间距布局，其中，所述预设间距为10km-30km，所述方法包括：

在步骤201中，收集各临时风监测器所记录的风速数据。

在步骤202中，确认该待测铁路沿线附近气象站，并收集所述气象站的风速观测信息。

在步骤203中，分析各气象站的风速观测信息和各临时风监测器的风速数据之间的线性相关性，筛选出相关性满足预设条件的组合，所述组合由一个气象站和一个临时风监测器构成。

优选的，建立临时测风点与气象站同步观测得到的风速序列的一元线性回归方程。定义临时测风点风序列为因变量y，气象站风序列为自变量，依据两个变量之间的数据关系构建直线回归方程：y＝a+bx，确定a和b值。

将气象站多年观测资料序列带入回归方程中，订正出临时测风点处对应的长年代气象资料序列。

在步骤204中，根据所述组合和组合中气象站的风速观测信息，计算组合中临时风监测点的最大风速值。

在步骤205中，根据铁路沿线地理条件和各组合中的临时风监测器所处的地理条件，计算得到各组合的位置修正系数。

在步骤206中，根据各组合中的所述位置修正系数和临时风监测器所在地理位置，计算出最大风速所在的目标地理位置。

具体实现中，通常以临时风检测器为中心划分片区，而所述位置修正系数便是以各临时风检测器为参考对象的一系列参数，片区中任意位置的风速可以通过该片区中心的临时风检测器的风速结合该位置的修正系数计算得到。因此，优选的，位置的修正系数是和相应的临时风检测器的位置以及计算出的临时风检测器的最大风速以建立关联关系的方式存储，以便计算时调用。

在步骤207中，在所述目标地理位置设置常驻监测器。

本发明实施例所提出的铁路沿线风监测布点选择方法，可显著提高风监测布点的客观、科学、可评判，对于提高风监测报警有效性，以及行车安全具有重要意义。

结合本发明实施例，存在一种优选的实现方案，其中，所述根据铁路沿线地理条件和各组合中的临时风监测器所处的地理条件，计算得到各组合的位置修正系数，如图2和3所示，具体包括：

对于山峰或山坡，其顶部B处的修正系数可按下述公式采用：

${\mathrm{\β}}_B=1+ktg\mathrm{\α}(1-\frac{z}{2.5H});$

其中，tgα为山峰或山坡在迎风面一侧的坡度；k为系数，对山峰取3.2，对山坡取1.4；H为山顶或山坡全高；z为计算位置离建筑物地面的高度；

对于山峰，其两个山脚A和C处的修正系数β_A、β_C为1，AB间和BC间的修正系数根据线性插值确定；

对于山坡，其山脚A和山坡上C处的修正系数β_A、β_C为1，AB间和BC间的修正系数根据线性插值确定；其中，C和B点海拔高度相同，并且BC的距离为AB距离的4倍。

除此意外，山间盆地、谷地等闭塞地形的修正系数β_盆地＝β_谷地＝0.75～0.85；

对于与风向一致的谷口、山口的修正系数β_谷口＝β_山口＝1.20～1.50。

其他地形的修改正系数也可以通过实践或者查询历史经验值的方式获得，在此不一一赘述。

结合本发明实施例，存在一种优选的实现方案，其中，所述气压修正系数还包括由地面粗糙度和海拔高度参数确认的第二修正系数，在使用所述第二修正系数时，具体为与所述山峰或者山坡计算得到的修正系数相乘，得到最终修正值。

优选的，所述地面粗糙度具体分为4类，包括：

近海海面、海岛、海岸、湖岸和沙漠地区的为第一类；

田野、乡村、丛林、丘陵、乡镇和城市郊区的为第二类；

密集建筑群的城市市区的为第三类；

有密集建筑群且房屋较高的城市市区的为第四类；

第二修正系数值随这四类粗糙度依次减小。下表给出了典型的四类底面粗糙度和不同海拔高度所确定出来的第二修正系数值。在具体使用时，可以直接通过查表获得。

其中，利用风压和风速转换公式计算获得经过风压修正后的风速，其中，所述风压修正后的风速是根据气象站的风速观测信息计算得到的在相应临时风监测器所在位置上理论能够测得的风速。所述转换公式具体如下：

其中，β为修正值、ω₀为气象站所在位置的风压、v_x为临时风监测器所在位置的风速和ρ_x临时风监测器所在位置的空气密度；所述其中，ρ₀为气象站所在位置的空气密度、v₀为气象站所在位置的风速。

结合本发明实施例，存在一种优选的实现方案，其中，所述根据所述组合和组合中气象站的风速观测信息，计算组合中临时风监测点的最大风速值，具体为：

根据各组合中的气象站的风速观测信息，获得指定时期内的临时风监测器所在位置的风速值；

以所述风速值作为参数，利用极值I型的概率分布计算得到最大风速。

其中，所述I型的概率分布公式具体如下：

其中，u为分布的众值、a为分布的尺度参数、x为最大风速值。

分布的参数与均值μ和标准差σ的关系按下述确定：

$a=\frac{1.28255}{\mathrm{\σ}};u=\mathrm{\μ}-\frac{0.57722}{a};$

用有限样本的均值x和标准差s作为μ和σ的近似估计时，取：

式中系数C1和C2见下表：

实施例二

如图4所示为本发明实施例提供的一种铁路风监测系统中常驻监测点的选取方法流程图，在本实施例中，对于最大风速拆分成了20年一遇最大风速和20年一遇极大风速两个概念，其中，20年一遇最大风速为均速、20年一遇极大风速为瞬时速度，参考图4，本实施例包括以下步骤：

在步骤301中，在铁路沿线设置临时风监测点；

在步骤302中，收集气象站长年代气象资料和气象站与临时风监测点同时期风速观测数据；

在步骤303中，利用气象站与临时风速点同期风速观测数据与临时风监测点采集数据计算回归方程，利用该回归方程实现对铁路沿线临时测量点长年代气象数据订正；

在步骤304中，利用订正得到的临时测量点长年代气象数据计算该处20年一遇最大风速值；

在步骤305中，利用极大风速与最大风速换算方程求取铁路沿线临时测量点处20年一遇极大风速值；

在步骤306中，临时测量点附近铁路区段根据线位高度、线位所在地形等局部特征确定地形订正系统和高度订正系统；

在步骤307中，将临时测量点处20年一遇极大风速值经过上述地形、高度订正，得到指定铁路区段上20年一遇极大风速值，并根据该风速值确定是否需要布置风监测点。

本领域普通技术人员还可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，包括ROM/RAM、磁盘、光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种铁路风监测系统中常驻监测点的选取方法，其特征在于，在待监测的铁路沿线设置临时风监测器，其中，所述临时风监测器以预设间距布局，所述方法包括：

收集各临时风监测器所记录的风速数据；

确认该待测铁路沿线附近气象站，并收集所述气象站的风速观测信息；

分析各气象站的风速观测信息和各临时风监测器的风速数据之间的线性相关性，筛选出相关性满足预设条件的组合，所述组合由一个气象站和一个临时风监测器构成；

根据所述组合和组合中气象站的风速观测信息，计算组合中临时风监测点的最大风速值；

根据铁路沿线地理条件和各组合中的临时风监测器所处的地理条件，计算得到各组合的位置修正系数；

根据各组合中的所述位置修正系数和临时风监测器所在地理位置，计算出最大风速所在的目标地理位置；

在所述目标地理位置设置常驻监测器。

2.根据权利要求1所述的铁路风监测系统中气象站的选取方法，其特征在于，所述根据铁路沿线地理条件和各组合中的临时风监测器所处的地理条件，计算得到各组合的位置修正系数，具体包括：

对于山峰或山坡，其顶部B处的修正系数可按下述公式采用：

${\mathrm{\β}}_B=1+ktg\mathrm{\α}(1-\frac{z}{2.5H});$

其中，tgα为山峰或山坡在迎风面一侧的坡度；k为系数，对山峰取3.2，对山坡取1.4；H为山顶或山坡全高；z为计算位置离建筑物地面的高度；

对于山峰，其两个山脚A和C处的修正系数β_A、β_C为1，AB间和BC间的修正系数根据线性插值确定；

对于山坡，其山脚A和山坡上C处的修正系数β_A、β_C为1，AB间和BC间的修正系数根据线性插值确定；其中，C和B点海拔高度相同，并且BC的距离为AB距离的4倍。

3.根据权利要求2所述的铁路风监测系统中气象站的选取方法，其特征在于，所述气压修正系数还包括由地面粗糙度和海拔高度参数确认的第二修正系数，在使用所述第二修正系数时，具体为与所述山峰或者山坡计算得到的修正系数相乘，得到最终修正值。

4.根据权利要求3所述的铁路风监测系统中气象站的选取方法，其特征在于，所述地面粗糙度具体分为4类，包括：

近海海面、海岛、海岸、湖岸和沙漠地区的为第一类；

田野、乡村、丛林、丘陵、乡镇和城市郊区的为第二类；

密集建筑群的城市市区的为第三类；

有密集建筑群且房屋较高的城市市区的为第四类；

第二修正系数值随这四类粗糙度依次减小。

5.根据权利要求2-4任一所述的铁路风监测系统中气象站的选取方法，其特征在于，利用风压和风速转换公式计算获得经过风压修正后的风速，所述转换公式具体如下：

其中，β为修正值、ω₀为气象站所在位置的风压、v_x为临时风监测器所在位置的风速和ρ_x临时风监测器所在位置的空气密度；所述其中，ρ₀为气象站所在位置的空气密度、v₀为气象站所在位置的风速。

6.根据权利要求2-4任一所述的铁路风监测系统中气象站的选取方法，其特征在于，所述根据所述组合和组合中气象站的风速观测信息，计算组合中临时风监测点的最大风速值，具体为：

根据各组合中的气象站的风速观测信息，获得指定时期内的临时风监测器所在位置的风速值；

以所述风速值作为参数，利用极值I型的概率分布计算得到最大风速。

7.根据权利要求6所述的铁路风监测系统中气象站的选取方法，其特征在于，所述I型的概率分布公式具体如下：

其中，u为分布的众值、a为分布的尺度参数、x为最大风速值。

8.根据权利要求1所述的铁路风监测系统中气象站的选取方法，其特征在于，所述预设间距为10km-30km。