專利名稱：高速公路橫風(fēng)預(yù)警方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高速公路橫風(fēng)預(yù)警方法，屬氣象領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
當(dāng)前我國(guó)的交通運(yùn)輸業(yè)正處于高速發(fā)展階段，隨著交通運(yùn)輸量的猛增和車輛行駛速度的提升，對(duì)交通運(yùn)輸中安全保障提出了更高的要求。交通運(yùn)輸屬于對(duì)氣象環(huán)境高度敏感的行業(yè)。濃霧、大風(fēng)等是影響我國(guó)交通運(yùn)輸業(yè)的主要?dú)庀鬄?zāi)害。滬寧高速公路東起上海， 西至南京，全路處于經(jīng)濟(jì)高度發(fā)展的蘇南地區(qū)，屬于亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)區(qū)。公路的中東段地形為平原，多河網(wǎng)，西段為丘陵，下墊面和低層空氣中水汽豐富，每年自秋分到次年立夏濃霧多發(fā)，嚴(yán)重影響道路順暢和行車安全。風(fēng)資料處理系統(tǒng)可以顯示統(tǒng)計(jì)時(shí)間的風(fēng)向狀況和橫風(fēng)的發(fā)展變化，作為高速公路橫風(fēng)、大霧預(yù)警預(yù)報(bào)的參考。滬寧高速AWMS氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)風(fēng)玫瑰圖介紹
風(fēng)玫瑰圖是根據(jù)某一地區(qū)多年平均統(tǒng)計(jì)的各個(gè)風(fēng)向和風(fēng)速的百分?jǐn)?shù)值，并按一定比例繪制。一般多用八個(gè)或十六個(gè)羅盤(pán)方位表示。將羅盤(pán)上360°方位按照每22. 5° —格劃分為16格，將實(shí)時(shí)采集的各個(gè)風(fēng)向統(tǒng)計(jì)到這16個(gè)方向上。玫瑰圖上所表示的風(fēng)向，是指風(fēng)的來(lái)向，即從外面吹向測(cè)點(diǎn)的風(fēng)向。風(fēng)玫瑰圖分為四種風(fēng)向頻數(shù)玫瑰圖、風(fēng)向頻率玫瑰圖、最大風(fēng)速玫瑰圖、平均風(fēng)速玫瑰圖。風(fēng)向頻數(shù)玫瑰圖是在一定時(shí)間內(nèi)各種風(fēng)向(已統(tǒng)計(jì)到16 個(gè)風(fēng)向)出現(xiàn)的次數(shù)。以各風(fēng)向出現(xiàn)的次數(shù)為極坐標(biāo)半徑，對(duì)應(yīng)風(fēng)向?yàn)闃O角在極坐標(biāo)描點(diǎn)， 然后將各相鄰方向的點(diǎn)用直線連接起來(lái)，繪成一個(gè)形式宛如玫瑰的閉合折線。就是風(fēng)向頻數(shù)玫瑰圖。同樣的方法，分別以頻率、最大風(fēng)速、平均風(fēng)速為極坐標(biāo)半徑，風(fēng)向?yàn)闃O角，就是頻率、最大風(fēng)速、平均風(fēng)速玫瑰圖。風(fēng)玫瑰圖是研究長(zhǎng)時(shí)間段風(fēng)速風(fēng)向分布的有利方法。它通過(guò)統(tǒng)計(jì)一個(gè)地區(qū)風(fēng)向風(fēng)速的規(guī)律，預(yù)測(cè)未來(lái)風(fēng)向風(fēng)速的分布趨勢(shì)，在所有需要考慮風(fēng)資源分布的社會(huì)生產(chǎn)部門發(fā)揮重要作用。比如工業(yè)生產(chǎn)中的建筑規(guī)劃、環(huán)保、風(fēng)力發(fā)電等很多領(lǐng)域都能發(fā)揮非常重要的作用。根據(jù)最新研究發(fā)現(xiàn)，滬寧高速大霧發(fā)生發(fā)展與特定時(shí)段風(fēng)向、風(fēng)速關(guān)系密切，且具有一定的規(guī)律性。對(duì)于不同類型的霧，風(fēng)的作用也不同。對(duì)于輻射霧，在近地面層濕度條件較好的情況下，適當(dāng)?shù)娘L(fēng)速是輻射霧生成的一個(gè)因素。風(fēng)速過(guò)大使得大氣中的亂流加強(qiáng)，亂流混合層厚，導(dǎo)致近地層降溫緩慢，水汽大量上傳，使低層逆溫破壞或在遠(yuǎn)離地面。某一高度上形成，不利于霧的生產(chǎn)；風(fēng)速過(guò)小則不能把大氣底層的水汽輸送到空中，形成一定厚度的霧；而適當(dāng)?shù)娘L(fēng)速則既有利于水汽向空中輸送，又不至于使垂直交換強(qiáng)烈，從而利于霧的產(chǎn)生。據(jù)統(tǒng)計(jì)(2006年-2009年滬寧高速公路竇莊站數(shù)據(jù))，輻射霧發(fā)生前2小時(shí)風(fēng)向的分布主要為在東偏北風(fēng)，也有部分為西風(fēng)，隨著大霧的逼近，偏西風(fēng)出現(xiàn)的次數(shù)增多，輻射霧發(fā)生時(shí)偏西風(fēng)和偏東風(fēng)出現(xiàn)次數(shù)接近。輻射霧發(fā)生前2小時(shí)至大霧發(fā)生時(shí)風(fēng)速均為0-3m/ s，結(jié)束時(shí)風(fēng)速普遍增強(qiáng)，這與輻射霧消散時(shí)地面溫度升高空氣擾動(dòng)增強(qiáng)有關(guān)。平流霧發(fā)生前2小時(shí)風(fēng)向主要是東風(fēng)和西風(fēng)，出現(xiàn)前1小時(shí)風(fēng)向以偏東風(fēng)為主，西風(fēng)次數(shù)減少，而發(fā)生
3時(shí)風(fēng)向剛好相反，以西風(fēng)為主，消散時(shí)風(fēng)向與發(fā)生前2小時(shí)相似。平流霧需的產(chǎn)生需要一定的風(fēng)力，風(fēng)力過(guò)小則無(wú)法造成平流，風(fēng)力過(guò)大則吹散霧源。統(tǒng)計(jì)2006—2009年27次平流霧過(guò)程發(fā)現(xiàn)，在平流霧出現(xiàn)前2小時(shí)風(fēng)速均為l-3m/s，出現(xiàn)前1小時(shí)有19個(gè)霧次風(fēng)速減小，8 次風(fēng)速增大，而平流霧出現(xiàn)時(shí)風(fēng)速與Ih前變化不大。這說(shuō)明，在適當(dāng)?shù)沫h(huán)流背景及霧源條件下，風(fēng)速顯著變化Ih后大霧可能形成，平流霧結(jié)束時(shí)風(fēng)力顯著加大。分析發(fā)現(xiàn)，鋒面霧出現(xiàn)前2小時(shí)風(fēng)向以偏東風(fēng)、偏西風(fēng)為主；出現(xiàn)前1小時(shí)和霧發(fā)生時(shí)風(fēng)向變化比較大，出現(xiàn)前 1小時(shí)變?yōu)槲黠L(fēng)、東偏北和南偏東為主；發(fā)生時(shí)有50%的鋒面霧風(fēng)向變?yōu)槲髂巷L(fēng)；結(jié)束時(shí)風(fēng)向又以偏東和西風(fēng)為主。從鋒面霧發(fā)生前后的風(fēng)速看，發(fā)生前2小時(shí)至發(fā)生時(shí)鋒面霧的風(fēng)速較平流霧和輻射霧都小，維持在0-2m/s，并且有12次鋒面霧從發(fā)生前1小時(shí)到發(fā)生時(shí)，風(fēng)速接近零，這也是鋒前空氣污染物積聚的原因之而結(jié)束時(shí)風(fēng)速迅速增大。高速公路大霧發(fā)生與風(fēng)向變化有關(guān)系，采用風(fēng)玫瑰圖監(jiān)測(cè)風(fēng)狀況變化可以作為大霧預(yù)報(bào)的參考。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高速公路橫風(fēng)預(yù)警方法，該方法以高速公路氣象風(fēng)資料為基礎(chǔ)，提供準(zhǔn)確、可靠、及時(shí)的風(fēng)向監(jiān)測(cè)和橫風(fēng)預(yù)警信息，為高速公路氣象部門提供準(zhǔn)確的預(yù)警信息。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下措施實(shí)現(xiàn)的
一種高速公路橫風(fēng)預(yù)警方法，該方法包括以下步驟
1)讀取指定的氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)，保存至數(shù)組X數(shù)組和Y數(shù)組；X數(shù)組保留數(shù)字信息，Y數(shù)組保留文本信息；
2)判斷用戶指定的數(shù)據(jù)種類，即判斷風(fēng)速類型(判斷是2分鐘平均風(fēng)速，10分鐘平均風(fēng)速，還是瞬時(shí)風(fēng)向風(fēng)速)；
3)在X和Y數(shù)組中，提取相應(yīng)數(shù)據(jù)，判斷數(shù)值代表的風(fēng)向；歸類其后的風(fēng)速數(shù)據(jù)到該數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的風(fēng)向數(shù)組，得到16個(gè)一維風(fēng)速數(shù)組；
4)統(tǒng)計(jì)每個(gè)風(fēng)速數(shù)組長(zhǎng)度，得到風(fēng)向頻數(shù)，將16個(gè)風(fēng)向頻數(shù)保存為一維數(shù)組；
5)根據(jù)公式某風(fēng)向頻率=某風(fēng)風(fēng)向頻數(shù)/所有風(fēng)向頻數(shù)累計(jì)和，得出風(fēng)向頻率，16個(gè)風(fēng)向頻率保存為一維數(shù)組；
6)遍歷每一個(gè)風(fēng)向的風(fēng)速數(shù)組，使用max函數(shù)尋找其中的最大風(fēng)速，16個(gè)最大風(fēng)速保存為一維數(shù)組；
7)統(tǒng)計(jì)每一個(gè)風(fēng)向的平均風(fēng)速，即平均風(fēng)速=風(fēng)速累計(jì)和/風(fēng)向頻數(shù)，16個(gè)平均風(fēng)速
保存為一維數(shù)組；
8)以各風(fēng)向出現(xiàn)的次數(shù)為極坐標(biāo)半徑，對(duì)應(yīng)風(fēng)向?yàn)闃O角在極坐標(biāo)描點(diǎn)，然后將各相鄰方向的點(diǎn)用直線連接起來(lái)，繪成一個(gè)形式宛如玫瑰的閉合折線，得風(fēng)向頻數(shù)玫瑰圖；同樣的方法，分別以頻率、最大風(fēng)速、平均風(fēng)速為極坐標(biāo)半徑，風(fēng)向?yàn)闃O角，得到頻率、最大風(fēng)速、平均風(fēng)速玫瑰9)以預(yù)警圖方式預(yù)警，預(yù)警區(qū)域以指定顏色標(biāo)識(shí)；設(shè)定橫風(fēng)預(yù)警風(fēng)速值V，實(shí)際風(fēng)速以 ν表示，若v>V，大于的部分加載到風(fēng)玫瑰圖的橫風(fēng)預(yù)警范圍中，用設(shè)定的預(yù)警顏色c表示。其中，橫風(fēng)范圍定義為與公路走向垂直線為軸，左右各45°，即與公路走向垂直的90°范圍，公路左右兩側(cè)相同，合計(jì)共180° ；橫風(fēng)范圍在風(fēng)玫瑰圖上，即以極角范圍表示；橫風(fēng)范圍的半徑值是預(yù)警風(fēng)速值。以橫風(fēng)預(yù)警確定的角度范圍和半徑范圍所圍成的區(qū)域與風(fēng)速玫瑰圖疊加顯示，即為橫風(fēng)預(yù)警圖。其中，所述橫風(fēng)預(yù)警風(fēng)速值定義多個(gè)級(jí)別。其中，所述橫風(fēng)預(yù)警風(fēng)速值定義5個(gè)級(jí)別，分別為V1 V2 V3 V4 V5.且Vi< V2 <v3 <v4 <v5，設(shè)定的預(yù)警顏色為Cl，c2, c3, c4, c5 ；具體為風(fēng)速在V1和V2之間的部分，顯示為cl 顏色，風(fēng)速在V2和V3之間的部分，顯示為c2顏色，以此類推，大于V5而小于風(fēng)玫瑰圖中最大風(fēng)速的部分，顯示為c5顏色。其中，所述風(fēng)玫瑰圖中的16個(gè)風(fēng)向的角度為0° 360°，每隔22. 5°標(biāo)注一個(gè)風(fēng)向。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明高速公路橫風(fēng)預(yù)警方法，該方法利用高速交通氣象風(fēng)資料，對(duì)大風(fēng)預(yù)警預(yù)報(bào)，提供準(zhǔn)確、可靠、及時(shí)的風(fēng)向監(jiān)測(cè)、橫風(fēng)預(yù)警、預(yù)報(bào)等信息，為交通指揮部門提供參考依據(jù)。由于對(duì)象相對(duì)于過(guò)程具有獨(dú)特的穩(wěn)定性，使得系統(tǒng)的可移植性提高。本系統(tǒng)針對(duì)性處理AWM風(fēng)向風(fēng)速觀測(cè)資料。系統(tǒng)可根據(jù)業(yè)務(wù)需要，生成指定時(shí)段內(nèi)沈個(gè)氣象站平均風(fēng)速、最大風(fēng)速、風(fēng)向頻數(shù)、頻率玫瑰圖。再依據(jù)觀測(cè)站所在高速公路走向，計(jì)算橫風(fēng)范圍，繪制橫風(fēng)預(yù)警圖。由于高速公路大霧的發(fā)生，與風(fēng)速、相對(duì)濕度等氣象要素關(guān)系密切。氣象專家可參考風(fēng)玫瑰圖，結(jié)合相對(duì)濕度的實(shí)時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)，得出一定的高速公路大霧預(yù)報(bào)結(jié)論。同時(shí)，系統(tǒng)可以動(dòng)態(tài)顯示時(shí)段風(fēng)向風(fēng)速變化，。有利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)具有某些重要特征的氣象天氣過(guò)程信息，為大風(fēng)預(yù)警預(yù)報(bào)、防范決策提供佐證，作為輔助信息，本系統(tǒng)通過(guò)提供準(zhǔn)確、可靠、及時(shí)的風(fēng)向監(jiān)測(cè)、橫風(fēng)預(yù)警、預(yù)報(bào)信息，為交通指揮部門提供決策依據(jù)，為社會(huì)大眾提供交通氣象服務(wù)信息。對(duì)減少交通事故、降低交通護(hù)費(fèi)用、合理布局交通干線、減少突發(fā)災(zāi)害影響、提高交通質(zhì)量、運(yùn)營(yíng)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和綜合社會(huì)效益發(fā)揮一定作用。為高速公路氣象保障與決策管理奠定預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)數(shù)據(jù) ■石出。本發(fā)明可處理滬寧高速AWMS系統(tǒng)得到的每分鐘觀測(cè)數(shù)據(jù)，繪制風(fēng)玫瑰圖。該圖有選定時(shí)段內(nèi)的風(fēng)頻、風(fēng)速信息，同時(shí)顯示橫風(fēng)預(yù)警信息。這些信息補(bǔ)充和完善高速公路風(fēng)狀況的監(jiān)測(cè)，直觀體現(xiàn)風(fēng)向風(fēng)速變化，利于制作大風(fēng)、橫風(fēng)預(yù)報(bào)預(yù)警。大風(fēng)對(duì)高等級(jí)公路上行駛車輛的影響主要表現(xiàn)為增加行車阻力、風(fēng)沙或吹雪使能見(jiàn)度變差、側(cè)向風(fēng)吹翻車輛等。例如高速行駛的車輛側(cè)面受到橫風(fēng)作用，若風(fēng)力較強(qiáng)時(shí)，特別在“風(fēng)口，，路段，會(huì)使車輛偏離行車路線而誘發(fā)交通事故，對(duì)高箱、雙箱汽車的危害尤甚。沙區(qū)的多風(fēng)多沙也是影響交通安全的因素，主要體現(xiàn)在風(fēng)蝕路基、沙埋、流砂堆積、移動(dòng)沙丘上路、沙塵彌漫(沙塵暴)等。強(qiáng)風(fēng)吹倒吹壞路邊設(shè)施落到路上，也能造成交通事故。風(fēng)對(duì)交通設(shè)施的影響，尤其對(duì)高、大、細(xì)、 長(zhǎng)等柔性結(jié)構(gòu)更為顯著。高速公路強(qiáng)風(fēng)、橫風(fēng)監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)、預(yù)警在保障車輛行駛安全，保護(hù)公路設(shè)施方面起著重要作用。


圖1為原始數(shù)據(jù)截圖。圖2為X數(shù)組部分?jǐn)?shù)據(jù)截圖。
5
圖3為Y數(shù)組部分?jǐn)?shù)據(jù)截圖。
圖4為橫風(fēng)預(yù)警范圍示意圖。
圖5為公路傾角示意圖一。
圖6為公路傾角示意圖二。
圖7為預(yù)警范圍確定示意圖。
圖8為預(yù)警圖顯示效果。
圖9系統(tǒng)框架圖。
圖10平均風(fēng)速玫瑰圖、預(yù)警圖。
圖11最大風(fēng)速玫瑰圖、預(yù)警圖。
圖12風(fēng)向頻數(shù)玫瑰圖。
圖13風(fēng)向頻率玫瑰圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的過(guò)程作進(jìn)一步的描述
1.數(shù)據(jù)獲取
以下使用的是滬寧高速AWM的觀測(cè)資料。該氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)為Excel格式，文件名采用 “站號(hào)+時(shí)間”的形式。這里，讀入某個(gè)站點(diǎn)，或同時(shí)讀入26個(gè)站以及讀入哪一年的數(shù)據(jù)文件，由用戶指定。站點(diǎn)選擇，系統(tǒng)以下拉列表形式給出，用戶選擇某一個(gè)站點(diǎn)，觸發(fā)保存模塊；時(shí)間有兩種方式確定1.從當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)間前推包括10分鐘、30分鐘、1小時(shí)、1. 5小時(shí)、2 小時(shí)、3小時(shí)或6小時(shí)。2.從下拉列表依次確定統(tǒng)計(jì)起止時(shí)間。時(shí)間區(qū)間精確到“分”。例如 起始時(shí)間“2009年1月1日0:00:00”，終止時(shí)間“2009年1月1日0:30:00”。以上操作， 系統(tǒng)保存用戶選擇到數(shù)組變量。例如站號(hào)為01，時(shí)間為2009年，文件名為"101-2009. xls”，原始數(shù)據(jù)截圖如圖1所示。系統(tǒng)1/0，調(diào)用xlsread函數(shù)，讀入觀測(cè)數(shù)據(jù)，保存在指定數(shù)組。指定X和Y數(shù)組，X數(shù)組保留數(shù)字信息(如圖2所示)，Y數(shù)據(jù)保留文本信息(如圖3所示)。2.數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)
2.1確定統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)類型
讀取數(shù)據(jù)時(shí)間區(qū)間和類型由用戶選擇。數(shù)據(jù)類型分為2分鐘平均風(fēng)向風(fēng)速，10分鐘平均風(fēng)向風(fēng)速，瞬時(shí)風(fēng)向風(fēng)速。確定其中一種為讀入數(shù)據(jù)。確定數(shù)據(jù)操作采用單選按鈕用戶控件完成，用戶點(diǎn)擊某種風(fēng)向數(shù)據(jù)類型的單選按鈕即可。系統(tǒng)儲(chǔ)存起始和終止時(shí)間為字符串，在Y數(shù)組匹配兩個(gè)字符串。匹配結(jié)束，得到起始和終止時(shí)間在Y數(shù)組的行數(shù)，再映射到X數(shù)組，即可確定統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的時(shí)間區(qū)間。系統(tǒng)獲得數(shù)據(jù)類型，即獲取X數(shù)組列向量位置。由此，完全確定統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的行列坐標(biāo)。2.2處理風(fēng)向
系統(tǒng)執(zhí)行統(tǒng)計(jì)程序歸類每個(gè)風(fēng)向的風(fēng)速到該風(fēng)向?qū)?yīng)的一維數(shù)組。這里風(fēng)向按國(guó)際觀測(cè)慣例以北風(fēng)為0°，東風(fēng)為90°，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。16個(gè)風(fēng)向?qū)?yīng)16個(gè)角度。數(shù)據(jù)文件記錄的風(fēng)向精確到1°，這里就需要處理記錄風(fēng)向到統(tǒng)計(jì)風(fēng)向。例如N=0° , NNE=22. 5°， 記錄風(fēng)向?yàn)?1°。11°偏向0°，這里處理為北風(fēng)。其它情況以此類推。2. 3歸類風(fēng)速根據(jù)上面的方法，系統(tǒng)循環(huán)遍歷16次，每次識(shí)別一個(gè)風(fēng)向。找到匹配的風(fēng)向后，提取右側(cè)的風(fēng)速數(shù)據(jù)，保存到對(duì)應(yīng)的風(fēng)向數(shù)組。2. 4統(tǒng)計(jì)風(fēng)速
統(tǒng)計(jì)每個(gè)風(fēng)速數(shù)組長(zhǎng)度，即可得到風(fēng)向頻數(shù)。16個(gè)風(fēng)向頻數(shù)保存為一維數(shù)組。根據(jù)公式某風(fēng)向頻率=某風(fēng)風(fēng)向頻數(shù)/所有風(fēng)向頻數(shù)累計(jì)和，得出風(fēng)向頻率。16個(gè)風(fēng)向頻率保存為一維數(shù)組。遍歷每一個(gè)風(fēng)向的風(fēng)速數(shù)組，使用max函數(shù)尋找其中的最大風(fēng)速。16個(gè)最大風(fēng)速保存為一維數(shù)組。統(tǒng)計(jì)每一個(gè)風(fēng)向的平均風(fēng)速，即平均風(fēng)速=風(fēng)速累計(jì)和/風(fēng)向頻數(shù)。16個(gè)平均風(fēng)速保存為一維數(shù)組。3.繪圖設(shè)置 3. 1繪圖種類選擇
繪圖種類包括4種，風(fēng)向頻數(shù)玫瑰圖、風(fēng)向頻率玫瑰圖、最大風(fēng)速玫瑰圖、平均風(fēng)速玫瑰圖。風(fēng)向頻數(shù)玫瑰圖是在一定時(shí)間內(nèi)各種風(fēng)向(已統(tǒng)計(jì)到16個(gè)風(fēng)向)出現(xiàn)的次數(shù)。以各風(fēng)向出現(xiàn)的次數(shù)為極坐標(biāo)半徑，對(duì)應(yīng)風(fēng)向?yàn)闃O角在極坐標(biāo)描點(diǎn)，然后將各相領(lǐng)方向的點(diǎn)用直線連接起來(lái)，繪成一個(gè)形式宛如玫瑰的閉合折線。就是風(fēng)向頻數(shù)玫瑰圖。同樣的方法，分別以頻數(shù)、最大風(fēng)速、平均風(fēng)速為極坐標(biāo)半徑，風(fēng)向?yàn)闃O角，就是頻數(shù)、最大風(fēng)速、平均風(fēng)速玫瑰圖。用戶選擇其中一種繪圖種類，采用單選按鈕用戶控件方式選擇。3.2繪圖樣式選擇
包括風(fēng)玫瑰圖線形、線條顏色、數(shù)據(jù)點(diǎn)標(biāo)識(shí)符、玫瑰圖填充顏色?？梢愿鶕?jù)需要在系統(tǒng)范圍內(nèi)設(shè)定。用戶選擇采用下拉列表形式選擇繪圖樣式。在控件右側(cè)有顯示窗口，可以觀查顯示效果，調(diào)整用戶設(shè)置。玫瑰圖填充樣式設(shè)置為20%透明度顯示，方便與圖像底板的參考坐標(biāo)數(shù)值作比對(duì)，也方便與橫風(fēng)預(yù)警圖同時(shí)顯示，利于工作人員直觀清晰地判圖和參考。3.3 繪圖
繪圖觸發(fā)機(jī)制為左鍵單擊繪圖區(qū)域，用戶如此操作開(kāi)始調(diào)用繪圖函數(shù)。系統(tǒng)將上一部保存的繪圖種類、繪圖樣式作為參數(shù)傳遞給繪圖函數(shù)。用戶選擇不同的繪圖種類，程序流程就轉(zhuǎn)向不同的玫瑰圖繪制模塊。在不同的風(fēng)速玫瑰圖繪制模塊，極坐標(biāo)極角為固定值，即16 個(gè)風(fēng)向的角度。16個(gè)風(fēng)向的角度為0° 360°，每隔22.5°標(biāo)注一個(gè)風(fēng)向。極坐標(biāo)半徑選取值與繪圖種類保持一致。繪制風(fēng)向頻數(shù)玫瑰圖，半徑為頻數(shù)；繪制風(fēng)向頻率玫瑰圖，半徑為頻率；繪制最大風(fēng)速玫瑰圖，半徑為最大風(fēng)速；繪制平均風(fēng)速玫瑰圖，半徑為平均風(fēng)速。橫風(fēng)預(yù)警圖生成
橫風(fēng)范圍，在這里定義為與公路走向垂直線為軸，左右各45°，即垂直公路走向 90°。如圖4所示，陰影區(qū)域所示為橫風(fēng)范圍。1.定義預(yù)警風(fēng)速值和顏色
如果當(dāng)前玫瑰圖為風(fēng)速玫瑰圖(平均風(fēng)速玫瑰圖、最大風(fēng)速玫瑰圖)，用戶可定義預(yù)警風(fēng)速值，同時(shí)最多可以定義5個(gè)。這里設(shè)為V1 V2 V3 V4 V5.且V^ V2 <V3 <V4 <V5.，設(shè)定的預(yù)警顏色為cl，c2, c3, c4, c5，這里若T>\，大于的部分橫風(fēng)范圍用設(shè)定的預(yù)警顏色cl表示。若V>V2，大于的部分橫風(fēng)范圍用設(shè)定的預(yù)警顏色c2表示。其它情況以此類推。用戶的定義，用變量保存到設(shè)置。方便后續(xù)程序調(diào)用。2.取定公路走向
公路走向一般為固定值，這里的走向是指環(huán)境氣象監(jiān)測(cè)站所在的局地路段切線的方向。如果站點(diǎn)有變動(dòng)，可以在系統(tǒng)重新設(shè)置走向。走向的角度以公路與X軸不超過(guò) 180°的交角表示，即傾斜角。系統(tǒng)設(shè)定值，以弧度表示，例如90°為π/2=1. 57。圖5、圖6為兩種公路傾角示意圖。3.計(jì)算繪圖數(shù)據(jù)
確定風(fēng)速玫瑰圖的最大風(fēng)速和頻數(shù)玫瑰圖的最大頻數(shù)。用max函數(shù)遍歷所有極坐標(biāo)半徑，確定半徑最大值。半徑即為16個(gè)風(fēng)向的風(fēng)速或頻數(shù)。如果最大風(fēng)速小于V1，則不顯示預(yù)警區(qū)域。若最大風(fēng)速或頻數(shù)大于V1，小于V2，則一級(jí)預(yù)警區(qū)域?yàn)榇笥赩1工小于V的區(qū)域。 其它情況以此類推。依據(jù)公路傾角，系統(tǒng)計(jì)算公路橫風(fēng)角度范圍。角度范圍的邊界線與橫風(fēng)預(yù)警風(fēng)速或頻數(shù)的半徑所在圓周交點(diǎn)作為預(yù)警區(qū)域四個(gè)邊界點(diǎn)。4.繪圖
根據(jù)四個(gè)邊界點(diǎn)，和預(yù)警邊界值，確定預(yù)警填充區(qū)域。繪圖填充采用60%透明度，使其可以疊加在風(fēng)玫瑰圖上，便于區(qū)分和顯示。圖7為預(yù)警區(qū)域疊加在風(fēng)玫瑰圖上所需要的四條邊界線和邊界點(diǎn)，其它橫風(fēng)預(yù)警范圍于此類似，只是邊界點(diǎn)和邊界線不同。圖形可保存為多禾中格式，包括 ai、bmp、印s、emf、jpg、pcx、pbm、pdf、pgm、png、ppm、pkm 等。最終疊力口后的預(yù)警效果如圖8所示。顯示設(shè)置包括單站顯示J6個(gè)站顯示、靜態(tài)顯示選定時(shí)段平均風(fēng)狀況、動(dòng)態(tài)顯示選定時(shí)段風(fēng)變化。26個(gè)站顯示是指單要素多站點(diǎn)同時(shí)顯示，由于屏幕大小有限，分多窗口顯示。靜態(tài)顯示是指選定時(shí)段平均風(fēng)狀況，即一張數(shù)據(jù)平均圖。動(dòng)態(tài)顯示，是指顯示風(fēng)向隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化。顯示要素包括平均風(fēng)速玫瑰圖(如圖10所示)，最大風(fēng)速玫瑰圖(如圖11所示)，風(fēng)向頻數(shù)玫瑰圖(如圖12所示)，風(fēng)向頻率玫瑰圖(如圖13所示)。如果選擇沈個(gè)站顯示，只能靜態(tài)顯示統(tǒng)計(jì)時(shí)段內(nèi)平均風(fēng)狀況。如果選擇單站顯示，可以選擇靜態(tài)顯示選定時(shí)段平均風(fēng)狀況、動(dòng)態(tài)顯示選定時(shí)段風(fēng)變化兩種方式。如果選擇動(dòng)態(tài)方式，畫(huà)要設(shè)定相鄰兩張動(dòng)的暫停時(shí)間。還需要設(shè)定指定時(shí)段內(nèi)動(dòng)畫(huà)數(shù)量。例如，統(tǒng)計(jì)時(shí)間是2小時(shí)，若設(shè)定2張出圖，則第一張圖顯示統(tǒng)計(jì)時(shí)段前1小時(shí)的平均風(fēng)狀況，第二張圖顯示后1小時(shí)平均風(fēng)況。若設(shè)定4張出圖，則第一張圖顯示統(tǒng)計(jì)時(shí)段前半小時(shí)的平均風(fēng)狀況，顯示統(tǒng)計(jì)時(shí)段半小時(shí)到1小時(shí)的平均風(fēng)狀況，其它時(shí)間設(shè)置以此類推。由此，生成的靜態(tài)橫風(fēng)預(yù)警圖，或動(dòng)態(tài)變化圖，可以提供準(zhǔn)確可靠的風(fēng)向監(jiān)測(cè)與橫風(fēng)預(yù)警預(yù)報(bào)信息，氣象預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)人員制作高速公路大霧、橫風(fēng)預(yù)報(bào)時(shí)，可以參考這些信息。
權(quán)利要求
1.一種高速公路橫風(fēng)預(yù)警方法，該方法包括以下步驟1)讀取指定的氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)，保存至數(shù)組X數(shù)組和Y數(shù)組；X數(shù)組保留數(shù)字信息，Y數(shù)組保留文本信息；2)判斷用戶指定的數(shù)據(jù)種類，即判斷風(fēng)速類型；3)在X和Y數(shù)組中，提取相應(yīng)數(shù)據(jù)，判斷數(shù)值代表的風(fēng)向；歸類其后的風(fēng)速數(shù)據(jù)到該數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的風(fēng)向數(shù)組，得到16個(gè)一維風(fēng)速數(shù)組；4)統(tǒng)計(jì)每個(gè)風(fēng)速數(shù)組長(zhǎng)度，得到風(fēng)向頻數(shù)，將16個(gè)風(fēng)向頻數(shù)保存為一維數(shù)組；5)根據(jù)公式某風(fēng)向頻率=某風(fēng)風(fēng)向頻數(shù)/所有風(fēng)向頻數(shù)累計(jì)和，得出風(fēng)向頻率，16個(gè)風(fēng)向頻率保存為一維數(shù)組；6)遍歷每一個(gè)風(fēng)向的風(fēng)速數(shù)組，使用max函數(shù)尋找其中的最大風(fēng)速，16個(gè)最大風(fēng)速保存為一維數(shù)組；7 )統(tǒng)計(jì)每一個(gè)風(fēng)向的平均風(fēng)速，即平均風(fēng)速=風(fēng)速累計(jì)和/風(fēng)向頻數(shù)，16個(gè)平均風(fēng)速保存為一維數(shù)組；8)以各風(fēng)向出現(xiàn)的次數(shù)為極坐標(biāo)半徑，對(duì)應(yīng)風(fēng)向?yàn)闃O角在極坐標(biāo)描點(diǎn)，然后將各相鄰方向的點(diǎn)用直線連接起來(lái)，繪成一個(gè)形式宛如玫瑰的閉合折線，得風(fēng)向頻數(shù)玫瑰圖；同樣的方法，分別以頻率、最大風(fēng)速、平均風(fēng)速為極坐標(biāo)半徑，風(fēng)向?yàn)闃O角，得到頻率、最大風(fēng)速、平均風(fēng)速玫瑰圖；9)以預(yù)警圖方式預(yù)警，預(yù)警區(qū)域以指定顏色標(biāo)識(shí)；設(shè)定橫風(fēng)預(yù)警風(fēng)速值V，實(shí)際風(fēng)速以 ν表示，若v>V，大于的部分加載到風(fēng)玫瑰圖的橫風(fēng)預(yù)警范圍中，用設(shè)定的預(yù)警顏色c表示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速公路橫風(fēng)預(yù)警方法，其中，橫風(fēng)范圍定義為與公路走向垂直線為軸，左右各45°，即與公路走向垂直的90°范圍，公路左右兩側(cè)相同，合計(jì)共 180° ；橫風(fēng)范圍在風(fēng)玫瑰圖上，即以極角范圍表示；橫風(fēng)范圍的半徑值是預(yù)警風(fēng)速值；以橫風(fēng)預(yù)警確定的角度范圍和半徑范圍所圍成的區(qū)域與風(fēng)速玫瑰圖疊加顯示，即為橫風(fēng)預(yù)警圖。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速公路橫風(fēng)預(yù)警方法，其中，所述橫風(fēng)預(yù)警風(fēng)速值定義多個(gè)級(jí)別。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高速公路橫風(fēng)預(yù)警方法，其中，所述橫風(fēng)預(yù)警風(fēng)速值定義5個(gè)級(jí)別，分別為 V1 V2 V3 V4 V5.且 V^ ￥2<￥3<￥4<￥5，設(shè)定的預(yù)警顏色為(31，(32，(33，(34，(35;具體為風(fēng)速在V1和V2之間的部分，顯示為cl顏色，風(fēng)速在V2和V3之間的部分，顯示為c2 顏色，以此類推，大于V5而小于風(fēng)玫瑰圖中最大風(fēng)速的部分，顯示為c5顏色。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速公路橫風(fēng)預(yù)警方法，其中，所述風(fēng)玫瑰圖中的16個(gè)風(fēng)向的角度為0° 360°，每隔22. 5°標(biāo)注一個(gè)風(fēng)向。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高速公路橫風(fēng)預(yù)警方法。高速公路上安裝氣象監(jiān)測(cè)設(shè)備密度最大、數(shù)量最多、功能最全的首條高速公路。監(jiān)測(cè)站可采集能見(jiàn)度、路面溫度、空氣溫度、濕度、氣壓、風(fēng)向、風(fēng)速、雨量等氣象要素。本方法可利用滬寧高速公路交通氣象監(jiān)測(cè)站(AWM)觀測(cè)資料，并根據(jù)業(yè)務(wù)需要，生成指定時(shí)段內(nèi)26個(gè)氣象站平均風(fēng)速、最大風(fēng)速、風(fēng)向頻數(shù)、頻率玫瑰圖。再依據(jù)觀測(cè)站所在高速公路走向，計(jì)算站點(diǎn)橫風(fēng)范圍，生成橫風(fēng)預(yù)警圖。26個(gè)站可單站顯示，也可多站顯示；可顯示指定時(shí)段平均風(fēng)狀況，也可以動(dòng)態(tài)顯示時(shí)段內(nèi)風(fēng)變化(系統(tǒng)流程如圖9所示)。作為大風(fēng)預(yù)報(bào)預(yù)警等氣象決策服務(wù)提供參考指標(biāo)。
文檔編號(hào)G01W1/10GK102426399SQ20111025637
公開(kāi)日2012年4月25日 申請(qǐng)日期2011年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月1日
發(fā)明者包云軒, 楊沈斌, 段雅楠, 艾瑜霏, 袁成松 申請(qǐng)人:南京信息工程大學(xué)