CN110111420B - 滑雪场风场建模方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种滑雪场风场建模方法，所述方法包括如下步骤：步骤一、根据当地滑雪场地形，通过地理信息方法建立滑雪场地貌三维模型；步骤二、根据步骤一建立的滑雪场地貌三维模型的地形特征对滑雪场赛道进行分段，得到若干个赛道区间，并按滑雪场风场重构函数特征在赛道区间进行风速传感器布置；步骤三、选取插值方法对滑雪场风场重构，建立滑雪场风场重构函数，利用风速传感器监测风速数据，对滑雪场风场重构函数参数进行识别，确定本地滑雪场风场重构函数。本发明的方法简单，应用性比较强，可以有效帮助教练员指导运动员进行科学训练，提高运动员竞技水平。

Description

滑雪场风场建模方法
技术领域
本发明属于体育工程技术领域，涉及一种滑雪场风场建模方法。
背景技术
滑雪赛事作为冬季运动会重要的竞技比赛项目，比赛时速度与技巧的协同，刺激与冒险并重和赛事成绩的不可预测性等特点，成为观赏性较强、关注度较高的冬季运动会比赛项目。但是，当代滑雪运动的竞技水平在欧洲较高，我国滑雪运动发展缓慢，在滑雪项目中的比赛成绩不理想。如果要取得较高的比赛成绩，除了与运动员的自身素质以外，合理利用运动技巧在滑行过程中减少风阻也是提高成绩的关键因素。因此，对滑雪场风场进行建模，获取滑雪场基础风场数据，深入分析运动员运动过程中的风阻效应，采取最有效的措施最大程度减少风阻，为运动员科学规划训练提供理论指导，提高竞技成绩。
雪场的风环境对于比赛结果的影响至关重要，且滑雪场地形因素复杂，风环境的变化尚未有效的科学方法进行获取及分析，滑雪运动训练手段一直受到很大限制。如何利用有限的风速传感器，建立风场重构，是分析滑雪场风场分布特性的基础。综上所述，构建滑雪场滑雪场风场重构函数来获取滑雪场不同位置处风速，可以有效帮助教练全面分析风阻对运动员的影响。
发明内容
本发明基于滑雪场地貌地理信息三维模型的建立对滑雪场地貌进行风场重构，提供了一种滑雪场风场建模方法。本发明的方法简单，应用性比较强，可以有效帮助教练员指导运动员进行科学训练，提高运动员竞技水平。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种滑雪场风场建模方法，包括如下步骤：
步骤一、根据当地滑雪场地形，通过地理信息方法建立滑雪场地貌三维模型；
步骤二、根据步骤一建立的滑雪场地貌三维模型的地形特征对滑雪场赛道进行分段，一般情况下地形特征决定了运动员在不同位置处采用不同姿态进行运动，可按照运动员运动姿态得到若干个赛道区间(一般可分为5～6段)，并按滑雪场风场重构函数特征在赛道区间进行风速传感器布置；
步骤三、选取合适的插值方法对滑雪场风场重构，建立滑雪场风场重构函数，利用风速传感器监测风速数据，对滑雪场风场重构函数参数进行识别，确定本地滑雪场风场重构函数。
相比于现有技术，本发明具有如下优点：
1、本发明利用地理信息方法建立滑雪场地貌三维地形模型，将真实雪场地形的高低起伏完全的表达出来，保障了滑雪场地貌风场重构的精度要求。
2、本发明建立的滑雪场风场模型反映了运动过程中外在风环境及相对风速对运动的制约，滑雪场风场建模将成为教练员与体育科研人员实施高质量滑雪运动训练的有效手段。
附图说明
图1为滑雪场赛道平面图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
本发明提供了一种滑雪场地貌风场重构方法，由于滑雪场大多建在山区，地形地貌因素较多，风环境变化复杂，因此滑雪场风场建模宜根据具体情况而定，但应遵循以下原则：
(1)通过对滑雪场按一定范围(以滑雪场为中心，取4～6倍的雪场长度为半径截取)截取地形图并采集地形图数据，获取滑雪场的地理空间坐标信息，生成数字高程模型(DEM)，以基础地理数据为基础，建立高精度的滑雪场地形模型。
(2)首先根据赛道地形特点对滑雪场赛道进行合理分段，然后根据当地气象资料，采用CFD数值模拟提取滑雪场风速梯度场空间分布，根据风速梯度分布特点与滑雪运动员运动所产生的风场干扰效应确定赛道区间中风速传感器布设位置。
(3)建立滑雪场风场重构函数，即V＝ax+by+cz+d，a、b、c、d为重构函数的系数，x、y、z为某一区间风场传感器的三维坐标，采用风速传感器监测风速数据，对滑雪场风场重构函数参数进行识别，确定本地风场重构函数。
实施例：
如图1所示，根据滑雪场赛道地形特点，将滑雪场分为上坡S1、上坡缓坡S2、下坡S3、下坡缓坡S4、平道S5等地势不同的5个赛道区间。以上坡段S1为例，在其对应的赛段布设4个风速传感器，监测的平均风速为u1、u2、u3、u4，通过地理信息建模获得风速传感器位置点三维坐标1(x1,y1,z1)、2(x2,y2,z2)、3(x3,y3,z3)、4(x4,y4,z4)。将实测风速及位置点坐标带入滑雪场风场重构函数V＝ax+by+cz+d，则有：
u1＝ax1+by1+cz1+d；
u2＝ax2+by2+cz2+d；
u3＝ax3+by3+cz3+d；
u4＝ax4+by4+cz4+d。
由最小二乘法估计线性函数系数a、b、c、d，对S1段位置进行区间限制x∈[x1,x4]，y∈[y1,y4]，z∈[z1,z4]，从而确定S1段风速线性差值函数V1＝ax+by+cz+d，采用相同方法依次求出S2、S3、S4、S5区间的风场分布函数。

Claims (1)

1.一种滑雪场风场建模方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：
步骤一、根据当地滑雪场地形，通过地理信息方法建立滑雪场地貌三维模型，具体步骤如下：以滑雪场为中心，取4~6倍的雪场长度为半径截取滑雪场地形图并采集地形图数据，获取滑雪场的地理空间坐标信息，生成数字高程模型，以基础地理数据为基础，建立滑雪场地貌三维模型；
步骤二、根据步骤一建立的滑雪场地貌三维模型的地形特征对滑雪场赛道进行分段，得到若干个赛道区间，并在赛道区间进行风速传感器布置，具体步骤如下：首先根据赛道地形特点对滑雪场赛道进行合理分段，然后根据当地气象资料，采用CFD数值模拟提取滑雪场风速梯度场空间分布，根据风速梯度分布特点与滑雪运动员运动所产生的风场干扰效应确定赛道区间中风速传感器布设位置；
步骤三、选取插值方法对滑雪场风场重构，建立滑雪场风场重构函数，利用风速传感器监测风速数据，对滑雪场风场重构函数参数进行识别，确定本地滑雪场风场重构函数，所述滑雪场风场重构函数， />、/>、/>、/>为重构函数的系数，/>、/>、/>为某一区间风速传感器的三维坐标。
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