CN114895061B - 高速列车横风预警方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高速列车横风预警方法和系统。其包括以下步骤，获取高速列车运行区段内的横风信息和受横风影响的高速列车信息，将受横风中实况影响的高速列车信息筛选出来，如果需要预警，则在预警启动后，获取受横风影响的高速列车的空间坐标信息，受横风影响的高速列车定位成功后，计算高速列车在横风作用下运行速度的安全阈值，判断高速列车速度是否得到控制，将受横风中预报影响的高速列车信息筛选出来，在监控启动后，计算高速列车在横风作用下运行速度的安全阈值，判断高速列车速度是否得到控制。本发明旨在实现对高速列车沿线的横风信息进行采集和分析，实现及时和提前预警，提高高速列车的行车安全性。
Description
一、技术领域
本发明涉及高速铁路环境灾害预警技术领域，特别是一种高速列车横风预警方法和系统。
二、背景技术
在横风作用下，高速列车的空气动力性能恶化，不仅使高速列车的空气阻力、升力、横向力迅速增加，还影响高速列车的横向稳定性，严重时将导致高速列车倾覆，造成重大铁路交通事故。但是，目前高速列车行车期间缺乏对横风灾害程度进行合理监测和评估，无法为高速列车安全运行提供保障。
三、发明内容
本发明的目的在于为了解决上述缺陷，提供一种高速列车横风预警方法和系统，旨在实现对高速列车沿线的横风信息进行采集和分析，实现及时和提前预警，提高高速列车的行车安全性。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种高速列车横风预警方法，包括以下步骤：
步骤1：获取高速列车运行区段内包含风速和风向的横风信息和受横风影响的高速列车信息，横风信息包括横风实况信息和横风预报信息，其中，高速列车采用运行速度不低于200km/h的列车；
步骤2：将受横风中实况影响的高速列车信息筛选出来，由受横风中实况影响的高速列车信息中高速列车所处位置确定该高速列车所处位置的横风强度，并根据高速列车所处位置的横风强度进行判断是否需要预警；
步骤3:如果需要预警，则在预警启动后，获取受横风影响的高速列车的空间坐标信息，以对受横风影响的高速列车进行定位；如果不需要进行预警，则进入步骤6；
步骤4：受横风影响的高速列车定位成功后，根据高速列车的驾驶环境，得出高速列车的气动作用力和阻力系数，根据高速列车的气动作用力和阻力系数来计算高速列车在横风作用下运行速度的安全阈值，启动控车模式；
步骤5：判断高速列车速度是否得到控制，如果高速列车速度得到控制，则结束本次横风预警，并将本次在高速列车运行区段内横风信息和受横风影响的高速列车信息存入历史数据库；如果高速列车速度得不到控制，则返回步骤3；
步骤6：将受横风中预报影响的高速列车信息筛选出来，根据受横风中预报影响的高速列车信息获取受横风影响的高速列车的空间坐标信息和高速列车速度信息，由高速列车所处空间坐标信息和高速列车速度信息确定该高速列车所处位置的横风预报强度，根据高速列车所处位置的横风预报强度进行判断是否需要监控；
步骤7：如果需要进行监控，则在监控启动后，获取受横风影响的高速列车的空间坐标信息，以对受横风影响的高速列车进行定位，定位成功后，根据高速列车的驾驶环境，得出高速列车的气动作用力和阻力系数，根据高速列车的气动作用力和阻力系数来计算高速列车在横风作用下运行速度的安全阈值，启动控车模式；如果不需要进行监控，则本次横风预警结束；
步骤8：判断高速列车速度是否得到控制，如果高速列车速度得到控制，则结束本次横风预警，并将本次在高速列车运行区段内横风信息和受横风影响的高速列车信息存入历史数据库；如果高速列车速度得不到控制，否则返回步骤7。
在某些实施例中，所述步骤2中的横风强度采用风速，根据不同的风速判断运行高速列车是否需要进行预警处理，其中：
(1)瞬时风速小于14.0m/s，为1级预警，不进行预警处理，不限制高速列车速度；
(2)瞬时风速为14.0m/s-17.2m/s，为2级预警，进行预警处理，限制高速列车速度；
(3)瞬时风速为17.3m/s-20.8m/s，为3级预警，进行预警处理，限制高速列车速度；
(4)瞬时风速为20.9m/s-24.5m/s，为4级预警，进行预警处理，限制高速列车速度；
(5)瞬时风速大于24 5m/s，为5级的预警，进行预警处理，停止高速列车运行。
在某些实施例中，所述步骤4和步骤7中高速列车的驾驶环境分为稳风环境下、阵风环境下和乱流风环境，在这三种驾驶环境下的高速列车的气动作用力和气动作用力矩计算公式为；
其中，在稳定风环境下，气动作用力为F，气动作用力矩为M；
在阵风环境下，气动作用力为F，气动作用力矩为M；
在乱流环境下，气动作用力为F，气动作用力矩为M；
根据上述三种驾驶环境分别进行计算：
g2＝w2+v2，其中，W表示风速，v表示高速列车速度，g表示相对于高速列车的风速；
其中，α表示偏航角；
ρ表示空气密度，A表示参考面积，H表示参考高度，CF(．)表示气动作用力系数，CM(·)表示气动作用力矩系数，α(t)偏航角随时间的变化值，g(t)相对于列车的风速随时间的变化值；
将三种驾驶环境下的气动作用力和气动作用力矩输入SIMPACK软件中构建高速列车多体动力学模型并进行仿真，得到横风影响下高速列车的安全阈值。
在某些实施例中，所述步骤5和步骤8判断高速列车速度是否得到控制，包括以下步骤：
通过运用高速列车横风运行评价模型进行计算，对于影响高速列车安全运行的因素，分为两大类：风险因素与抗风险因素，高速列车横风环境下的运行危险指数与风险因素成正比，而与抗风险因素成反比，风险因素包括横风危险指数Vw，环境敏感指数VE，高速列车脆弱性指数Vs和高速列车抗灾指数VR。
其中，高速列车横风环境下的运行危险指数T为
T＝(Ww*VW)+(WE*VE)+(WS*VS)+(WR*(1-VW))；
WW，WE，WS，WR分别代表各个评价因素的权重，其数值在0到1之间；
其约束条件为：|WW|+|WE|+|WS|+|WR|＝1；
各个风险因素的计算方法为：
横风危险指数Vw＝WH1*VH1，其中VH1是标准化的最大横风指数值，WH1是最大横风的权重；
环境敏感指数VE＝WE1*VE1，其中，VE1是地形指数的归一化值，WH1是地形归一化值的权重；
高速列车的脆弱性指数VS＝WS1*VS1，其中，VE1是横风影响下的线路长度，高速列车运营速度的归一化值，WH1是归一化值的权重；
高速列车的抗灾指数VR＝WR1*VR1，其中，VE1是横风影响下线路恢复正常运行的平均时间，WH1是其权重；
通过计算高速列车横风环境下的运行危险指数T，同时参考高速列车在横风下的运行速度，作出以下的预警划分：
(1)运行速度大于安全阈值不到10％，为1级蓝色预警；
(2)运行速度在200km/h-250km/h区间，运行速度大于安全阈值超过10％，但不到20％的，为2级黄色预警；
(3)运行速度在250km/h-300km/h区间，运行速度大于安全阈值超过10％，但不到20％的，为3级橙色预警；
(4)运行速度超过300km/h，运行速度大于安全阈值超过10％，但不到20％的，为4级红色预警。
在某些实施例中，所述步骤6中的横风预报强度采用风速，根据高速列车所处位置的横风预报强度进行判断是否需要监控具体为；
(1)当高速列车速度为200km/h时，在前方2000m区段预测横风风速大于14.0m/s时，开始监控；
(2)当高速列车速度为250km/h时，在前方3200m区段预测横风风速大于14.0m/s时，开始监控；
(3)当高速列车速度为300km/h时，在前方3800m区段预测横风风速大于14.0m/s时，开始监控；
(4)当高速列车速度为350km/h时，在前方6500m区段预测横风风速大于14.0m/s时，开始监控。
在某些实施例中，使用高分辨率实况风格点工具和72h预报时效内3h间隔，全国范围内分辨率为5km的多模式集成格点风预报工具，获取高速列车运行区段内包含风速和风向的横风信息。
一种高速列车智能横风预警系统，适用于所述的高速列车横风预警方法，包括：
横风信息获取装置，用于获取在高速列车运行区段内包含风速和风向的横风信息，其中，横风信息包括横风实况信息和横风预报信息；
预警程序启动决定装置，其与横风信息获取装置连接，以获取横风信息获取装置中的横风实况信息并根据横风实况信息决定是否启动预警以及生成查询受横风影响的高速列车的空间坐标信息；
监控程序启动决定装置，其与横风信息获取装置连接，以获取横风信息获取装置中的横风预报信息并根据横风预报信息决定是否启动监控以及生成查询受横风影响的高速列车的空间坐标信息；
定位和测速装置，其与预警程序启动决定装置以及监控程序启动决定装置均连接并设置在高速列车上，以获取预警程序启动决定装置和监控程序启动决定装置中的查询受横风影响的高速列车的空间坐标信息的信号以及高速列车车速信息并生成受横风影响的高速列车的空间坐标信息；
横风作用下高速列车运行的动态安全阈值生成装置，其与定位和测速装置连接，以获取定位和测速装置中的受横风影响的高速列车的空间坐标信息并生成横风作用下高速列车运行的动态安全阈值信息；
控车装置，其与横风作用下高速列车运行的动态安全阈值生成装置连接，以获取中的横风作用下高速列车运行的动态安全阈值生成装置中的横风作用下高速列车运行的动态安全阈值信息并横风作用下高速列车运行风险因素信息；
控车状态判断装置，其与定位和测速装置连接，以获取定位和测速装置中的受横风影响的高速列车的空间坐标信息并生成控车状态判断信息；
列控中心，其与横风信息获取装置、预警程序启动决定装置、监控程序启动决定装置、定位和测速装置、横风作用下高速列车运行的动态安全阈值生成装置、控车装置以及控车状态判断装置均连接，以临时储存横风信息获取装置、预警程序启动决定装置、监控程序启动决定装置、定位和测速装置、横风作用下高速列车运行的动态安全阈值生成装置、控车装置以及控车状态判断装置中的信息；
存储装置，其与列控中心连接，以将列控中心中的临时储存信息进行存储。
本发明与现有技术相比，其显著优点是：
(1)获取高速列车运行区段内包含风速和风向的横风信息和受横风影响的高速列车信息，分析高速列车所处环境的横风状况，发出预警信息，实现了高速铁路横风获取和预警系统的开发。
(2)本发明采取高速列车运行区段内包含风速和风向的横风信息和受横风影响的高速列车信息的采集、分析以及发送的设计模式，每一个高速列车运行区段都可以作为一个独立的系统形式存在，因此可以方便的分布在高速铁路沿线的各个站点，选择合适的布设精度，提高了铁路安全监控和预测的精度。
(3)本发明的方案采取不仅可以对正在横风影响区段内运行的高速列车进行预警，还可以对即将发生横风的运行区段采取监控程序，当预警系统启动后，根据高速列车的驾驶环境和横风的强度，不断计算和更新横风作用下的安全阈值，并且对每一次预警信息及时进行存储，从而完善线路上的安全风险隐患和风险评估，使得今后的高速铁路安全评估结果更加科学，合理，可靠，建设成本低，维护方便，防护全面，安全可靠。
(4)本发明以中国气象局公共气象服务中心提供的横风实况信息和横风预报信息作为信息来源，定位和测速装置可以依据现有设备进行改造，建设成本低，便于统一维护。
(5)本发明解决了目前高速列车行车期间缺乏对横风灾害程度进行合理监测和评估，无法为高速列车安全运行提供保障的问题。
四、附图说明
图1是本发明一实施例中高速列车横风预警方法的流程图。
图2是本发明一实施例中高速列车横风预警系统的结构示意图。
五、具体实施方式
以下结合附图，详细说明本发明的实施方式。
如图1所示，本发明一实施例中提供了一种高速列车横风预警方法，包括以下步骤：
步骤1：获取高速列车运行区段内包含风速和风向的横风信息和受横风影响的高速列车信息，横风信息包括横风实况信息和横风预报信息，其中，高速列车采用运行速度不低于200km/h的列车；其中，从中国气象局公共气象服务中心获取高速列车运行区段内包含风速和风向的横风信息。
步骤2：将受横风中实况影响的高速列车信息筛选出来，由受横风中实况影响的高速列车信息中高速列车所处位置确定该高速列车所处位置的横风强度，并根据高速列车所处位置的横风强度进行判断是否需要预警；
步骤3:如果需要预警，则在预警启动后，获取受横风影响的高速列车的空间坐标信息，以对受横风影响的高速列车进行定位；如果不需要进行预警，则进入步骤6；
步骤4：受横风影响的高速列车定位成功后，根据高速列车的驾驶环境，得出高速列车的气动作用力和阻力系数，根据高速列车的气动作用力和阻力系数来计算高速列车在横风作用下运行速度的安全阈值，启动控车模式；
步骤5：判断高速列车速度是否得到控制，如果高速列车速度得到控制，则结束本次横风预警，并将本次在高速列车运行区段内横风信息和受横风影响的高速列车信息存入历史数据库；如果高速列车速度得不到控制，则返回步骤3；
步骤6：将受横风中预报影响的高速列车信息筛选出来，根据受横风中预报影响的高速列车信息获取受横风影响的高速列车的空间坐标信息和高速列车速度信息，由高速列车所处空间坐标信息和高速列车速度信息确定该高速列车所处位置的横风预报强度，根据高速列车所处位置的横风预报强度进行判断是否需要监控；
步骤7：如果需要进行监控，则在监控启动后，获取受横风影响的高速列车的空间坐标信息，以对受横风影响的高速列车进行定位，定位成功后，根据高速列车的驾驶环境，得出高速列车的气动作用力和阻力系数，根据高速列车的气动作用力和阻力系数来计算高速列车在横风作用下运行速度的安全阈值，启动控车模式；如果不需要进行监控，则本次横风预警结束；
步骤8：判断高速列车速度是否得到控制，如果高速列车速度得到控制，则结束本次横风预警，并将本次在高速列车运行区段内横风信息和受横风影响的高速列车信息存入历史数据库；如果高速列车速度得不到控制，否则返回步骤7。
本高速列车横风预警方法获取高速列车运行区段内包含风速和风向的横风信息和受横风影响的高速列车信息，分析高速列车所处环境的横风状况，发出预警信息，实现了高速铁路横风获取和预警系统的开发。
本高速列车横风预警方法采取高速列车运行区段内包含风速和风向的横风信息和受横风影响的高速列车信息的采集、分析以及发送的设计模式，每一个高速列车运行区段都可以作为一个独立的系统形式存在，因此可以方便的分布在高速铁路沿线的各个站点，选择合适的布设精度，提高了铁路安全监控和预测的精度。
本高速列车横风预警方法采取不仅可以对正在横风影响区段内运行的高速列车进行预警，还可以对即将发生横风的运行区段采取监控程序，当预警系统启动后，根据高速列车的驾驶环境和横风的强度，不断计算和更新横风作用下的安全阈值，并且对每一次预警信息及时进行存储，从而完善线路上的安全风险隐患和风险评估，使得今后的高速铁路安全评估结果更加科学，合理，可靠，建设成本低，维护方便，防护全面，安全可靠。
本高速列车横风预警方法以中国气象局公共气象服务中心提供的横风实况信息和横风预报信息作为信息来源，定位和测速装置可以依据现有设备进行改造，建设成本低，便于统一维护。
本高速列车横风预警方法解决了目前高速列车行车期间缺乏对横风灾害程度进行合理监测和评估，无法为高速列车安全运行提供保障的问题。
在一实施例中，使用高分辨率实况风格点工具和72h预报时效内3h间隔，全国范围内分辨率为5km的多模式集成格点风预报工具，获取高速列车运行区段内包含风速和风向的横风信息。
在一实施例中，步骤2中的横风强度采用风速，根据不同的风速判断运行高速列车是否需要进行预警处理，其中：
(1)瞬时风速小于14.0m/s，为1级预警，不进行预警处理，不限制高速列车速度；
(2)瞬时风速为14.0m/s-17.2m/s，为2级预警，进行预警处理，限制高速列车速度；
(3)瞬时风速为17.3m/s-20.8m/s，为3级预警，进行预警处理，限制高速列车速度；
(4)瞬时风速为20.9m/s-24.5m/s，为4级预警，进行预警处理，限制高速列车速度；
(5)瞬时风速大于24 5m/s，为5级的预警，进行预警处理，停止高速列车运行。
使用风速来代表横风强度，决定是否启动预警程序，可以简单明了的对正在横风影响下高速列车的运行状态进行判断，为后续的预警流程节约了时间。
在一实施例中，步骤4和步骤7中高速列车的驾驶环境分为稳风环境下、阵风环境下和乱流风环境，在这三种驾驶环境下的高速列车的气动作用力和气动作用力矩计算公式为；
其中，在稳定风环境下，气动作用力为F，气动作用力矩为M；
在阵风环境下，气动作用力为F，气动作用力矩为M；
在乱流环境下，气动作用力为F，气动作用力矩为M；
根据上述三种驾驶环境分别进行计算：
g2＝w2+v2，其中，W表示风速，v表示高速列车速度，g表示相对于高速列车的风速；
其中，α表示偏航角；
ρ表示空气密度，A表示参考面积，H表示参考高度，CF(·)表示气动作用力系数，CM(·)表示气动作用力矩系数，α(t)偏航角随时间的变化值，g(t)相对于列车的风速随时间的变化值；
将三种驾驶环境下的气动作用力和气动作用力矩输入SIMPACK软件中构建高速列车多体动力学模型并进行仿真，得到横风影响下高速列车的安全阈值。
三种不同环境下，分别求得不同的安全阈值，可以更加精细的对横风影响下的高速列车进行速度控制，提升高速列车在横风影响下运行的可靠性和安全性。
在一实施例中，步骤5和步骤8判断高速列车速度是否得到控制，包括以下步骤：
通过运用高速列车横风运行评价模型进行计算，对于影响高速列车安全运行的因素，分为两大类：风险因素与抗风险因素，高速列车横风环境下的运行危险指数与风险因素成正比，而与抗风险因素成反比，风险因素包括横风危险指数Vw，环境敏感指数VE，高速列车脆弱性指数Vs和高速列车抗灾指数VR。
其中，高速列车横风环境下的运行危险指数T为
T＝(Ww*VW)+(WE*VE)+(WS*VS)+(WR*(1-VW))；
WW，WE，WS，WR分别代表各个评价因素的权重，其数值在0到1之间；
其约束条件为：|WW|+|WE|+|WS|+|WR|＝1；
各个风险因素的计算方法为：
横风危险指数Vw＝WH1*VH1，其中VH1是标准化的最大横风指数值，WH1是最大横风的权重；
环境敏感指数VE＝WE1*VE1，其中，VE1是地形指数的归一化值，WH1是地形归一化值的权重；
高速列车的脆弱性指数VS＝WS1*VS1，其中，VE1是横风影响下的线路长度，高速列车运营速度的归一化值，WH1是归一化值的权重；
高速列车的抗灾指数VR＝WR1*VR1，其中，VE1是横风影响下线路恢复正常运行的平均时间，WH1是其权重；
通过计算高速列车横风环境下的运行危险指数T，同时参考高速列车在横风下的运行速度，作出以下的预警划分：
(1)运行速度大于安全阈值不到10％，为1级蓝色预警；
(2)运行速度在200km/h-250km/h区间，运行速度大于安全阈值超过10％，但不到20％的，为2级黄色预警；
(3)运行速度在250km/h-300km/h区间，运行速度大于安全阈值超过10％，但不到20％的，为3级橙色预警；
(4)运行速度超过300km/h，运行速度大于安全阈值超过10％，但不到20％的，为4级红色预警。
综合考虑了高速列车，驾驶环境和运行状态的因素，通过计算高速列车在横风影响下的危险指数，划分出高速列车在横风影响下的预警等级，可以准确表达出在启动控车模式进行控制后，高速列车是否达到了安全状态。
在一实施例中，步骤6中的横风预报强度采用风速，根据高速列车所处位置的横风预报强度进行判断是否需要监控具体为；
(1)当高速列车速度为200km/h时，在前方2000m区段预测横风风速大于14.0m/s时，开始监控；
(2)当高速列车速度为250km/h时，在前方3200m区段预测横风风速大于14.0m/s时，开始监控；
(3)当高速列车速度为300km/h时，在前方3800m区段预测横风风速大于14.0m/s时，开始监控；
(4)当高速列车速度为350km/h时，在前方6500m区段预测横风风速大于14.0m/s时，开始监控。
通过预测横风强度，列车位置信息和速度信息，综合判断是否需要启动监控程序，既可以监控预测的横风对于高速列车运行的影响，也可以过滤掉运行区段外的横风发生，在保障安全性的前提下，提高了监控效率。
如图2所示，在一实施例中提供了一种高速列车智能横风预警系统，适用于的高速列车横风预警方法，包括：横风信息获取装置1、预警程序启动决定装置2、监控程序启动决定装置3、定位和测速装置4、横风作用下高速列车运行的动态安全阈值生成装置5、控车装置6、控车状态判断装置7、存储装置10和列控中心9。
横风信息获取装置1用于获取在高速列车运行区段内包含风速和风向的横风信息，其中，横风信息包括横风实况信息和横风预报信息；获取的信息送入列控中心9，同时，根据此时的横风数据进行预测，对监控程序启动决定装,3中的判断条件提供依据。横风信息获取和预测装置1采用中国气象局公共气象服务中心研发了高分辨率实况风格点工具和72h预报时效内逐3h间隔、全国范围内空间分辨率为5km的多模式集成格点风预报工具，为精细化的横风预警提供坚实的数据基础。得到的数据向预警程序启动的决定装置2和监控程序启动的决定装置3进行传输，决定是否对本次横风进行预警或监控。
预警程序启动决定装置2与横风信息获取装置1连接，以获取横风信息获取装置1中的横风实况信息并根据横风实况信息决定是否启动预警以及生成查询受横风影响的高速列车的空间坐标信息；
监控程序启动决定装置3与横风信息获取装置1连接，以获取横风信息获取装置1中的横风预报信息并根据横风预报信息决定是否启动监控以及生成查询受横风影响的高速列车的空间坐标信息；
定位和测速装置4与预警程序启动决定装置2以及监控程序启动决定装置3均连接并设置在高速列车上，以获取预警程序启动决定装置2和监控程序启动决定装置3中的查询受横风影响的高速列车的空间坐标信息的信号以及高速列车车速信息并生成受横风影响的高速列车的空间坐标信息；定位和测速装置4用于针对预警状态和监控状态下正在横风危险区段内的运行车辆进行定位，采集空间坐标信息并进行地理位置的定位。在一实施例中，定位和测速装置4采用GPS定位模块来实现定位功能，当然还可以采用基于GLONASS的定位模块、基于北斗BDS的定位模块来实现，将得到的数据连接到横风状态下高速列车安全运行的动态参考阈值生成装置5上。
横风作用下高速列车运行的动态安全阈值生成装置5与定位和测速装置4连接，以获取定位和测速装置4中的受横风影响的高速列车的空间坐标信息并生成横风作用下高速列车运行的动态安全阈值信息；横风状态下高速列车安全运行的动态参考阈值生成装置5根据高速列车的运行环境和横风的强度，计算当前区段的高速列车横风灾害的安全运营参考阈值，综合得到全车的气动作用力和阻力系数，动态计算在不通风速和驾驶环境中的安全阈值。
控车装置6与横风作用下高速列车运行的动态安全阈值生成装置5连接，以获取中的横风作用下高速列车运行的动态安全阈值生成装置5中的横风作用下高速列车运行的动态安全阈值信息并横风作用下高速列车运行风险因素信息；控车装置6作为整个系统的核心，一方面控制前述各装置的运行，另一方面用于外部的计算机装置等外部设备进行连接，以实现整个系统与外部其他设备之间的通信、控制、调试等操作。在横风影响区段内，控车装置6使得所有高速列车按照预警结果进行安全行驶。根据横风作用下高速列车运行的动态安全阈值生成装置5所生成的安全阈值和运行速度的比较，来对高速列车进行控制。
控车状态判断装置7与定位和测速装置4连接，以获取定位和测速装置4中的受横风影响的高速列车的空间坐标信息并生成控车状态判断信息；
列控中心9通过无线通讯装置8与横风信息获取装置1、预警程序启动决定装置2、监控程序启动决定装置3、定位和测速装置4、横风作用下高速列车运行的动态安全阈值生成装置5、控车装置6以及控车状态判断装置7均连接，以临时储存横风信息获取装置1、预警程序启动决定装置2、监控程序启动决定装置3、定位和测速装置4、横风作用下高速列车运行的动态安全阈值生成装置5、控车装置6以及控车状态判断装置7中的信息；在一实施例中，列控中心9选用单片机来实现，更佳的，选用工业级单片机。
在一实施例中，无线通讯装置8包括无线发射单元和4G通讯接口单元，分别实现无线发射数据和通过移动通信基站发射信息。同时，无线通讯装置8作为整个信息采集和预警系统的对外通信装置在预警发生时，在列控中心9的控制下还通过无线通讯方式发送横风灾害评估信息以及轻轨列车应急措施信息，实现与车站上位机终端，列车驾驶室终端以及乘客手机终端的通信。
存储装置10与列控中心9连接，以将列控中心9中的临时储存信息进行存储。存储装置10用于存储由每一个所述横风信息采集装置1所获取的横风强度数值信号以及所确定的当前所在线路地区的横风灾害参考阈值所形成的历史数据库，该历史数据库为今后灾害的研究和后续高速铁路的线路规划提供数据支持。在一实施例中，存储装置10采用非挥发性存储介质实现，例如SD卡、TF卡、MMC卡等。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征等同替换所组成的技术方案。本发明的未尽事宜，属于本领域技术人员的公知常识。
Claims (4)
1.一种高速列车横风预警方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：获取高速列车运行区段内包含风速和风向的横风信息和受横风影响的高速列车信息，横风信息包括横风实况信息和横风预报信息，其中，高速列车采用运行速度不低于200km/h的列车；
步骤2：将受横风中实况影响的高速列车信息筛选出来，由受横风中实况影响的高速列车信息中高速列车所处位置确定该高速列车所处位置的横风强度，并根据高速列车所处位置的横风强度进行判断是否需要预警；
步骤3:如果需要预警，则在预警启动后，获取受横风影响的高速列车的空间坐标信息，以对受横风影响的高速列车进行定位；如果不需要进行预警，则进入步骤6；
步骤4：受横风影响的高速列车定位成功后，根据高速列车的驾驶环境，得出高速列车的气动作用力和阻力系数，根据高速列车的气动作用力和阻力系数来计算高速列车在横风作用下运行速度的安全阈值，启动控车模式；
步骤5：判断高速列车速度是否得到控制，如果高速列车速度得到控制，则结束本次横风预警，并将本次在高速列车运行区段内横风信息和受横风影响的高速列车信息存入历史数据库；如果高速列车速度得不到控制，则返回步骤3；
步骤6：将受横风中预报影响的高速列车信息筛选出来，根据受横风中预报影响的高速列车信息获取受横风影响的高速列车的空间坐标信息和高速列车速度信息，由高速列车所处空间坐标信息和高速列车速度信息确定该高速列车所处位置的横风预报强度，根据高速列车所处位置的横风预报强度进行判断是否需要监控；
步骤7：如果需要进行监控，则在监控启动后，获取受横风影响的高速列车的空间坐标信息，以对受横风影响的高速列车进行定位，定位成功后，根据高速列车的驾驶环境，得出高速列车的气动作用力和阻力系数，根据高速列车的气动作用力和阻力系数来计算高速列车在横风作用下运行速度的安全阈值，启动控车模式；如果不需要进行监控，则本次横风预警结束；
步骤8：判断高速列车速度是否得到控制，如果高速列车速度得到控制，则结束本次横风预警，并将本次在高速列车运行区段内横风信息和受横风影响的高速列车信息存入历史数据库；如果高速列车速度得不到控制，否则返回步骤7；
所述步骤2中的横风强度采用风速，根据不同的风速判断运行高速列车是否需要进行预警处理，其中：
(1)瞬时风速小于14.0m/s，为1级预警，不进行预警处理，不限制高速列车速度；
(2)瞬时风速为14.0m/s-17.2m/s，为2级预警，进行预警处理，限制高速列车速度；
(3)瞬时风速为17.3m/s-20.8m/s，为3级预警，进行预警处理，限制高速列车速度；
(4)瞬时风速为20.9m/s-24.5m/s，为4级预警，进行预警处理，限制高速列车速度；
(5)瞬时风速大于245m/s，为5级的预警，进行预警处理，停止高速列车运行；
所述步骤4和步骤7中高速列车的驾驶环境分为稳风环境下、阵风环境下和乱流风环境，在这三种驾驶环境下的高速列车的气动作用力和气动作用力矩计算公式为：
其中，在稳定风环境下，气动作用力为F，气动作用力矩为M：
在阵风环境下，气动作用力为F，气动作用力矩为M：
在乱流环境下，气动作用力为F，气动作用力矩为M：
根据上述三种驾驶环境分别进行计算：
g2＝w2+v2，其中，W表示风速，v表示高速列车速度，g表示相对于高速列车的风速；
其中，α表示偏航角；ρ表示空气密度，A表示参考面积，H表示参考高度，CF(·)表示气动作用力系数，CM(.)表示气动作用力矩系数，α(t)表示偏航角随时间的变化值，g(t)表示相对于列车的风速随时间的变化值；
将三种驾驶环境下的气动作用力和气动作用力矩输入SIMPACK软件中构建高速列车多体动力学模型并进行仿真，得到横风影响下高速列车的安全阈值；
所述步骤6中的横风预报强度采用风速，根据高速列车所处位置的横风预报强度进行判断是否需要监控具体为；
(1)当高速列车速度为200km/h时，在前方2000m区段预测横风风速大于14.0m/s时，开始监控；
(2)当高速列车速度为250km/h时，在前方3200m区段预测横风风速大于14.0m/s时，开始监控；
(3)当高速列车速度为300km/h时，在前方3800m区段预测横风风速大于14.0m/s时，开始监控；
(4)当高速列车速度为350km/h时，在前方6500m区段预测横风风速大于14.0m/s时，开始监控。
2.根据权利要求1所述的高速列车横风预警方法，其特征在于，所述步骤5和步骤8判断高速列车速度是否得到控制，包括以下步骤：
通过运用高速列车横风运行评价模型进行计算，对于影响高速列车安全运行的因素，分为两大类：风险因素与抗风险因素，高速列车横风环境下的运行危险指数与风险因素成正比，而与抗风险因素成反比，风险因素包括横风危险指数Vw，环境敏感指数VE，高速列车脆弱性指数Vs和高速列车抗灾指数VR；
其中，高速列车横风环境下的运行危险指数T为
T＝(Ww*VW)+(WE*VE)+(WS*VS)+(WR*(1-VW))；
WW，WE，WS，WR分别代表各个评价因素的权重，其数值在0到1之间；
其约束条件为：|WW|+|WE|+|WS|+|WR|＝1；
各个风险因素的计算方法为：
横风危险指数Vw＝WH1*VH1，其中VH1是标准化的最大横风指数值，WH1是最大横风的权重；
环境敏感指数VE＝WE1*VE1，其中，VE1是地形指数的归一化值，WH1是地形归一化值的权重；
高速列车的脆弱性指数Vs＝WS1*VS1，其中，VE1是横风影响下的线路长度，高速列车运营速度的归一化值，WH1是归一化值的权重；
高速列车的抗灾指数VR＝WR1*VR1，其中，VE1是横风影响下线路恢复正常运行的平均时间，WH1是其权重；
通过计算高速列车横风环境下的运行危险指数T，同时参考高速列车在横风下的运行速度，作出以下的预警划分：
(1)运行速度大于安全阈值不到10％，为1级蓝色预警；
(2)运行速度在200km/h-250km/h区间，运行速度大于安全阈值超过10％，但不到20％的，为2级黄色预警；
(3)运行速度在250km/h-300km/h区间，运行速度大于安全阈值超过10％，但不到20％的，为3级橙色预警；
(4)运行速度超过300km/h，运行速度大于安全阈值超过10％，但不到20％的，为4级红色预警。
3.根据权利要求1所述的高速列车横风预警方法，其特征在于，使用高分辨率实况风格点工具和72h预报时效内3h间隔，全国范围内分辨率为5km的多模式集成格点风预报工具，获取高速列车运行区段内包含风速和风向的横风信息。
4.一种高速列车智能横风预警系统，其特征在于，适用于权利要求1至3中任一所述的高速列车横风预警方法，包括：
横风信息获取装置，用于获取在高速列车运行区段内包含风速和风向的横风信息，其中，横风信息包括横风实况信息和横风预报信息；
预警程序启动决定装置，其与横风信息获取装置连接，以获取横风信息获取装置中的横风实况信息并根据横风实况信息决定是否启动预警以及生成查询受横风影响的高速列车的空间坐标信息；
监控程序启动决定装置，其与横风信息获取装置连接，以获取横风信息获取装置中的横风预报信息并根据横风预报信息决定是否启动监控以及生成查询受横风影响的高速列车的空间坐标信息；
定位和测速装置，其与预警程序启动决定装置以及监控程序启动决定装置均连接并设置在高速列车上，以获取预警程序启动决定装置和监控程序启动决定装置中的查询受横风影响的高速列车的空间坐标信息的信号以及高速列车车速信息并生成受横风影响的高速列车的空间坐标信息；
横风作用下高速列车运行的动态安全阈值生成装置，其与定位和测速装置连接，以获取定位和测速装置中的受横风影响的高速列车的空间坐标信息并生成横风作用下高速列车运行的动态安全阈值信息；
控车装置，其与横风作用下高速列车运行的动态安全阈值生成装置连接，以获取中的横风作用下高速列车运行的动态安全阈值生成装置中的横风作用下高速列车运行的动态安全阈值信息并横风作用下高速列车运行风险因素信息；
控车状态判断装置，其与定位和测速装置连接，以获取定位和测速装置中的受横风影响的高速列车的空间坐标信息并生成控车状态判断信息；
列控中心，其与横风信息获取装置、预警程序启动决定装置、监控程序启动决定装置、定位和测速装置、横风作用下高速列车运行的动态安全阈值生成装置、控车装置以及控车状态判断装置均连接，以临时储存横风信息获取装置、预警程序启动决定装置、监控程序启动决定装置、定位和测速装置、横风作用下高速列车运行的动态安全阈值生成装置、控车装置以及控车状态判断装置中的信息；
存储装置，其与列控中心连接，以将列控中心中的临时储存信息进行存储。
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