基于風(fēng)向分解的鐵路橫風(fēng)預(yù)警系統(tǒng)及橫風(fēng)強度計算方法技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種基于風(fēng)向分解的鐵路橫風(fēng)預(yù)警系統(tǒng)及橫風(fēng)強度計算方法，所述系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集單元，質(zhì)量控制單元、檢測單元以及報警單元，數(shù)據(jù)采集單元采集風(fēng)速和風(fēng)向數(shù)據(jù)，通過定位模塊獲取當(dāng)前站點的地理位置并調(diào)用地形要素數(shù)據(jù)庫，然后將數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)質(zhì)量控制單元和該站歷史上曾出現(xiàn)的氣象要素數(shù)值區(qū)間、以及鄰近站點的氣象數(shù)據(jù)進行對比分析，對無效數(shù)據(jù)進行刪除和對錯誤數(shù)據(jù)進行修正，最后經(jīng)過數(shù)據(jù)質(zhì)量控制單元計算后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綑z測單元中報和預(yù)設(shè)的閾值進行比較，最后將向報警單元下達控制指令。本發(fā)明專利技術(shù)所提供的系統(tǒng)能夠輔助測繪氣象歷史的數(shù)據(jù)和提高橫風(fēng)預(yù)警能力和準(zhǔn)確率。

Warning system and calculation method of crosswind intensity of railway based on wind direction decomposition

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
基于風(fēng)向分解的鐵路橫風(fēng)預(yù)警系統(tǒng)及橫風(fēng)強度計算方法
本專利技術(shù)屬于交通運輸氣象測量預(yù)警，尤其涉及一種基于風(fēng)向分解的鐵路橫風(fēng)預(yù)警系統(tǒng)及橫風(fēng)強度計算方法。
技術(shù)介紹
近年來，隨著國民經(jīng)濟的快速增長，交通運輸業(yè)在其中扮演著重要角色，作為國民經(jīng)濟命脈的鐵路交通行業(yè)更是得到了迅猛的發(fā)展。為了構(gòu)建＂五縱六橫八連線＂的高鐵基本路線圖，我國高速鐵路也得到了極速的發(fā)展。正是在高速鐵路急速發(fā)展的背景之下，對于高速鐵路安全方面的研究顯得愈加重耍。高速鐵路沿線不可避免會經(jīng)過一些地形復(fù)雜、自然環(huán)境惡劣的地段，其中風(fēng)致災(zāi)害尤為嚴(yán)重。隨著高速鐵路列車速度的不斷提升，加之在強橫風(fēng)環(huán)境下，其空氣動力特性急劇惡化，對離速鐵路的安全運營造成極大的威脅。國內(nèi)外由于強橫風(fēng)引起的列車事故時有發(fā)生，對交通和人員安全造成極大的損失。由于高速列車車速高且車體質(zhì)量輕，發(fā)生事故時人員傷亡嚴(yán)重。為保障列車在風(fēng)區(qū)的行車安全，十分有必耍在線路附近設(shè)立風(fēng)速測點，監(jiān)測風(fēng)速變化情況，并通過測點的風(fēng)速來反應(yīng)遠方來流風(fēng)速的大小。但是因為當(dāng)列車高速經(jīng)過時鐵路沿線的風(fēng)特性會變得極其復(fù)雜且變化劇烈，而且環(huán)境風(fēng)中與列車行駛方向平行的強風(fēng)雖然風(fēng)速很快但是對列車影響很小，卻容易誤報。因此檢測鐵路沿線的風(fēng)特性，對采集的數(shù)據(jù)進行質(zhì)量控制后對風(fēng)向進行分解分析與鐵路垂直方向的橫風(fēng)的大小，可以有效提高報警的準(zhǔn)確率，保障列車的安全運營。
技術(shù)實現(xiàn)思路
專利技術(shù)目的：針對現(xiàn)有鐵路列車運行過程中橫向預(yù)警分析技術(shù)的不足，提高鐵路列車運行的安全性，本專利技術(shù)的第一目的是提供一種基于風(fēng)向分解的鐵路橫風(fēng)預(yù)警系統(tǒng)，第二目的是可用于鐵路橫風(fēng)預(yù)警系統(tǒng)中的橫風(fēng)強度計算方法技術(shù)方案：一種基于數(shù)據(jù)質(zhì)量控制的鐵路行車橫風(fēng)預(yù)警系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)質(zhì)量控制單元、檢測單元和報警單元，所述數(shù)據(jù)采集單元采集風(fēng)速和風(fēng)向數(shù)據(jù)，通過定位獲取站點的地理位置和地形要素信息調(diào)用地形要素數(shù)據(jù)庫，然后將數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)質(zhì)量控制單元，所述數(shù)據(jù)質(zhì)量控制單元用于檢查橫風(fēng)數(shù)據(jù)是否處于該站點歷史上氣象數(shù)據(jù)的數(shù)值區(qū)間，并對無效數(shù)據(jù)進行剔除和對錯誤數(shù)據(jù)進行修正；經(jīng)過數(shù)據(jù)質(zhì)量控制單元計算后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂茊卧羞M行實際數(shù)據(jù)校驗，最后將向報警單元下達控制指令。進一步，所述的數(shù)據(jù)采集單元包括主控制器、I/O口模塊、定位模塊、傳輸模塊、電源模塊、LCD顯示器、報錯模塊和局域網(wǎng)模塊，所述主控制器由電源模塊供電，包括通過I/O口模塊接入外部存儲器或氣象信息采集設(shè)備，包括通過定位模塊獲取站點定位信息后獲取地形數(shù)據(jù)，并通過傳輸模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h程服務(wù)器和通過局域網(wǎng)模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，所述主控制器通過LCD顯示器展示采集的數(shù)據(jù)信息，通過報錯模塊提醒數(shù)據(jù)傳輸錯誤警告和網(wǎng)絡(luò)錯誤警告。進一步的，所述的數(shù)據(jù)采集單元中，氣象信息采集設(shè)備包括風(fēng)速傳感器和風(fēng)向傳感器；所述的定位模塊為GPS模塊；所述的傳輸模塊為GPRS模塊。進一步的，所述的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制單元將該站點的數(shù)據(jù)與鄰站數(shù)據(jù)、該站點的歷史數(shù)據(jù)進行風(fēng)向風(fēng)速進行對比分析，包括內(nèi)部一致性檢查、時間一致性檢查、界限值檢查和極值檢查。更進一步，所述數(shù)據(jù)質(zhì)量控制單元檢查判斷如下類型：(a)如果獲取的鄰站數(shù)據(jù)或該站點的歷史數(shù)據(jù)中風(fēng)向度數(shù)大于360度或者小于0度，則標(biāo)記風(fēng)分量為錯誤資料；(b)如果風(fēng)向度數(shù)大于1度，而風(fēng)速為0，則標(biāo)記風(fēng)分量為錯誤資料；(c)設(shè)定該站點的風(fēng)速極值，將大于該極值的風(fēng)觀測數(shù)據(jù)標(biāo)記為錯誤觀測。更進一步的，所述的檢測單元包括風(fēng)速比較器、風(fēng)向比較器和預(yù)警控制模塊，所述的預(yù)警控制模塊控制報警單元。實施上述預(yù)警系統(tǒng)的一種橫風(fēng)強度的計算方法，包括如下步驟：(1)通過風(fēng)速傳感器獲取站點的兩組及其以上的風(fēng)速和風(fēng)向數(shù)據(jù)，以該站點軌道行徑方向建立坐標(biāo)系；(2)根據(jù)任意兩組不同方向上的風(fēng)速計算合速度，并將合速度分解到軌道方向上所建立的正交坐標(biāo)軸上；合速度的計算表達式為：再把合速度平均風(fēng)速在列車行駛垂直方向上進行分解得到橫風(fēng)平均風(fēng)速：把每個風(fēng)向上分解得到的橫風(fēng)平均風(fēng)速相加即可得到總的橫風(fēng)平均風(fēng)速：其中，x方向表示沿軌道方向，y方向表示垂直軌道方向，θ為主風(fēng)向和列車之間的夾角，為環(huán)境風(fēng)速在列車行駛垂直方向的分速度，T為測量的平均時距；將步驟(2)計算的橫風(fēng)平均風(fēng)速和預(yù)先設(shè)定好的值進行比較，如果總橫風(fēng)風(fēng)速超過設(shè)定值即發(fā)出警報。實施上所述預(yù)警系統(tǒng)的數(shù)據(jù)修正方法，對異常數(shù)據(jù)的修正采用反距離插值法，包括如下計算過程：加權(quán)函數(shù)表達式為：其中，p是一任意正實數(shù)，通常設(shè)p＝2；離散點到插值點的距離hi為：式中，(x,y)為插值坐標(biāo)，(xi,yi)為離散點坐標(biāo)；其中，R為插值點到最遠離散點的距離；n為離散點的總數(shù)。數(shù)據(jù)質(zhì)量控制單元利用上述方法修正錯誤數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，同時也提高預(yù)警系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)顯著的效果在于：第一、本專利技術(shù)采集器采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過合理的質(zhì)量控制，增強了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，提高了環(huán)境風(fēng)評估的準(zhǔn)確性，剔除無效數(shù)據(jù)減少誤觸發(fā)報警的幾率；第二、經(jīng)過質(zhì)量控制后的數(shù)據(jù)也可以通過GPRS傳輸模塊傳輸?shù)狡渌脚_或裝置中，進行鐵路沿線環(huán)境風(fēng)其他方面的研究；第三、采集裝置通過GPS模塊來獲取風(fēng)場的地理位置，然后通過調(diào)用全國地形要素數(shù)據(jù)庫將該地的地形數(shù)據(jù)輸入到主控制器，結(jié)合風(fēng)速，風(fēng)向數(shù)據(jù)可以更好的判斷峽谷風(fēng)，隧道風(fēng)和海陸風(fēng)等特殊地形風(fēng)對鐵路沿線列車運行安全的影響；第四、數(shù)據(jù)傳輸部分采用GPRS無線傳輸，節(jié)約了成本，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目焖傩裕奖阈裕瑢崟r性以及適應(yīng)性；第五、為了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕鞑杉b置設(shè)置了報錯模塊，用于數(shù)據(jù)傳輸錯誤或出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)問題時，能及時提醒工作人員進行相應(yīng)地處理；為了數(shù)據(jù)的可視化，主采集裝置設(shè)置了LCD顯示模塊，用于顯示相應(yīng)的信息。為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，主采集器通過RJ45接口與局域網(wǎng)連接；最后，本專利技術(shù)加入了風(fēng)速風(fēng)向分解的方法可以更好的排除對鐵路列車運行安全影響小但容易誤觸發(fā)警報的平行風(fēng)，更好的檢測出對鐵路列車安全影響大的橫風(fēng)并進行報警，減少鐵路橫風(fēng)災(zāi)害的發(fā)生。附圖說明圖1是本專利技術(shù)所述系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本專利技術(shù)中氣象要素數(shù)據(jù)采集傳輸電路圖；圖3是鐵路風(fēng)向分解示意圖圖4是數(shù)據(jù)質(zhì)量控制流程圖；圖5是本專利技術(shù)所述系統(tǒng)工作流程圖圖6是實施例中風(fēng)速日變化示意圖；圖7是實施例中風(fēng)向玫瑰圖示意圖。具體實施方式為進一步的說明本專利技術(shù)所公開的技術(shù)方案，下面結(jié)合說明書附圖和具體實施例做進一步闡述。本專利技術(shù)所提供的是一種基于數(shù)據(jù)質(zhì)量控制的鐵路行車橫風(fēng)預(yù)警系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)質(zhì)量控制單元、檢測單元和報警單元，采集風(fēng)速和風(fēng)向數(shù)據(jù)，通過定位獲取站點的地理位置和地形要素信息調(diào)用全國1：5萬地形要素數(shù)據(jù)庫，然后將數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)質(zhì)量控制單元，所述的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制單元用于檢查氣象要素記錄是否超過該站歷史上曾出現(xiàn)的氣象要素最大最小值，并本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
1.一種基于數(shù)據(jù)質(zhì)量控制的鐵路行車橫風(fēng)預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于：包括數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)質(zhì)量控制單元、檢測單元和報警單元，所述數(shù)據(jù)采集單元采集風(fēng)速和風(fēng)向數(shù)據(jù)，通過定位獲取站點的地理位置和地形要素信息調(diào)用地形要素數(shù)據(jù)庫，然后將數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)質(zhì)量控制單元，所述數(shù)據(jù)質(zhì)量控制單元用于檢查橫風(fēng)數(shù)據(jù)是否處于該站點歷史上氣象數(shù)據(jù)的數(shù)值區(qū)間，并對無效數(shù)據(jù)進行剔除和對錯誤數(shù)據(jù)進行修正；經(jīng)過數(shù)據(jù)質(zhì)量控制單元計算后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綑z測單元中進行實際數(shù)據(jù)校驗，最后將向報警單元下達控制指令。/n

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于數(shù)據(jù)質(zhì)量控制的鐵路行車橫風(fēng)預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于：包括數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)質(zhì)量控制單元、檢測單元和報警單元，所述數(shù)據(jù)采集單元采集風(fēng)速和風(fēng)向數(shù)據(jù)，通過定位獲取站點的地理位置和地形要素信息調(diào)用地形要素數(shù)據(jù)庫，然后將數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)質(zhì)量控制單元，所述數(shù)據(jù)質(zhì)量控制單元用于檢查橫風(fēng)數(shù)據(jù)是否處于該站點歷史上氣象數(shù)據(jù)的數(shù)值區(qū)間，并對無效數(shù)據(jù)進行剔除和對錯誤數(shù)據(jù)進行修正；經(jīng)過數(shù)據(jù)質(zhì)量控制單元計算后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綑z測單元中進行實際數(shù)據(jù)校驗，最后將向報警單元下達控制指令。


2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)據(jù)質(zhì)量控制的鐵路行車橫風(fēng)預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于：所述的數(shù)據(jù)采集單元包括主控制器、I/O口模塊、定位模塊、傳輸模塊、電源模塊、LCD顯示器、報錯模塊和局域網(wǎng)模塊，所述主控制器由電源模塊供電，包括通過I/O口模塊接入外部存儲器或氣象信息采集設(shè)備，包括通過定位模塊獲取站點定位信息后獲取地形數(shù)據(jù)，并通過傳輸模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h程服務(wù)器和通過局域網(wǎng)模塊實現(xiàn)各個站點間的數(shù)據(jù)共享，所述主控制器通過LCD顯示器展示采集的數(shù)據(jù)信息，通過報錯模塊提醒數(shù)據(jù)傳輸錯誤警告和網(wǎng)絡(luò)錯誤警告。


3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于數(shù)據(jù)質(zhì)量控制的鐵路行車橫風(fēng)預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于：所述的數(shù)據(jù)采集單元中，氣象信息采集設(shè)備包括風(fēng)速傳感器和風(fēng)向傳感器；所述的定位模塊為GPS模塊；所述的傳輸模塊為GPRS模塊。


4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)據(jù)質(zhì)量控制的鐵路行車橫風(fēng)預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于：所述的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制單元將該站點的數(shù)據(jù)與鄰站數(shù)據(jù)、該站點的歷史數(shù)據(jù)進行風(fēng)向風(fēng)速進行對比分析，包括內(nèi)部一致性檢查、時間一致性檢查、界限值檢查和極值檢查。


5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于數(shù)據(jù)質(zhì)量控制的鐵路行車橫風(fēng)預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于：所述數(shù)據(jù)質(zhì)量控制單元檢查判斷如下類型...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：葉小嶺，金瞳宇，鞏燦燦，姚錦松，陳暢，劉威，
申請(專利權(quán))人：南京信息工程大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇;32