基于空间插值的风场模拟方法比较分析 被引量：27

1

作者 董志南 郑拴宁 +1 位作者 赵会兵 董仁才 《地球信息科学学报》 CSCD 北大核心 2015年第1期37-44,共8页

计算流体动力学方法是目前风场空间格局模拟的主要方法之一,该方法由于受到软硬件局限,多应用于小尺度的风场模拟及分析。该方法精确程度极大地依赖于3D建模的精细程度和迭代计算模型的准确程度,与现实风场的发育过程存在明显差异。而... 计算流体动力学方法是目前风场空间格局模拟的主要方法之一,该方法由于受到软硬件局限,多应用于小尺度的风场模拟及分析。该方法精确程度极大地依赖于3D建模的精细程度和迭代计算模型的准确程度,与现实风场的发育过程存在明显差异。而随着物联网技术的发展,我们可通过大量的现场传感器进行风场数据的实时采集,为风场动态实时化模拟提供精确的参数。为了确定风场动态实时化模拟的最佳方法,本文以中国科学院城市环境研究所园区内32个风场传感器的月平均风速数据为研究案例,综合分析了反距离权重插值、全局多项式插值、局域多项式插值、径向基函数插值、最近邻域法插值、普通克里格插值6种空间插值方法,并采用交叉验证的方法对插值结果进行比较。结果表明,反距离权重插值在模拟的误差范围、模拟的准确度、反映极值的能力上优于其他5种方法,为1:500尺度的风场空间格局模拟提供了参考。 展开更多

关键词 风环境 物联网 空间插值

原文传递

大跨度结构随机脉动风场的快速模拟方法 被引量：23

2

作者 罗俊杰 韩大建 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2008年第3期96-101,共6页

针对传统谐波合成法计算量巨大、内存耗费多的缺点,研究了空间各点的分解功率谱密度函数曲线随频率变化的特点。在此基础上,提出采用三次均匀B样条插值方法来拟合分解谱密度函数曲线,引入矩阵Cholesky分解的优化递归算法来加速矩阵分解... 针对传统谐波合成法计算量巨大、内存耗费多的缺点,研究了空间各点的分解功率谱密度函数曲线随频率变化的特点。在此基础上,提出采用三次均匀B样条插值方法来拟合分解谱密度函数曲线,引入矩阵Cholesky分解的优化递归算法来加速矩阵分解速度,同时利用FFT技术来减少谐波项合成所需要的时间。经过上述的改进,可以大大提高双索引频率下谐波合成法的计算效率。最后利用两个算例表明,这种方法可以高效、准确地模拟出适合大跨度结构的随机脉动风场。 展开更多

关键词 大跨度结构 随机风场 数值模拟 谐波合成法 样条插值 优化递归算法 FFT技术

下载PDF 职称材料

基于Hermite插值的简化风场模拟 被引量：13

3

作者 陶天友 王浩 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2017年第3期182-188,共7页

针对传统Deodatis谐波合成法的模拟效率受Cholesky分解次数制约的问题,通过对互谱密度矩阵分解引入Hermite插值,推导了基于Hermite插值的简化风场模拟方法,将传统谐波合成法中的Cholesky分解次数由n×N次缩减为n×2k次(2k<N)... 针对传统Deodatis谐波合成法的模拟效率受Cholesky分解次数制约的问题,通过对互谱密度矩阵分解引入Hermite插值,推导了基于Hermite插值的简化风场模拟方法,将传统谐波合成法中的Cholesky分解次数由n×N次缩减为n×2k次(2k<N),从而大幅度提升了传统谐波合成法的计算效率。以某大跨度三塔悬索桥主梁风场模拟为例,分别基于传统Deodatis法、三次Lagrange插值法、Hermite插值法模拟了时长为4096 s的脉动风速时程,三者在模拟耗时与模拟精度方面的对比表明:Hermite插值法与Lagrange插值法均能显著提高传统谐波合成法的模拟效率;Hermite插值法的模拟效率略低于三次Lagrange插值法,但其对H矩阵的模拟精度明显高出一个层次,因而Hermite插值法在风场模拟中表现更优。采用基于Hermite插值的简化方法,模拟脉动风速的功率谱与相关函数均能与目标值吻合较好,表明所模拟的脉动风速仍具有较高的保真度。在此基础上,通过插值间距的优化分析给出了插值间距的建议取值区间。 展开更多

关键词 HERMITE插值 CHOLESKY分解 风场模拟 简化谐波合成法 插值间距优化

原文传递

基于改进谐波合成法的杭州湾跨海大桥风场模拟研究 被引量：5

4

作者 马麟 刘健新 韩万水 《郑州大学学报（工学版）》 CAS 2008年第1期56-60,共5页

基于风洞试验实测的风参数采用改进谐波合成法模拟了杭州湾跨海大桥全桥风场.风场模拟涉及的风参数主要包括脉动风谱和空间相关函数,对风洞中的风场参数进行了实测拟合并应用于风场模拟当中.谐波合成法模拟大跨桥梁的风场耗时过长、应... 基于风洞试验实测的风参数采用改进谐波合成法模拟了杭州湾跨海大桥全桥风场.风场模拟涉及的风参数主要包括脉动风谱和空间相关函数,对风洞中的风场参数进行了实测拟合并应用于风场模拟当中.谐波合成法模拟大跨桥梁的风场耗时过长、应用不便,用拉格朗日插值法改进谐波合成法可大大提高风场模拟效率,编制了基于改进谐波合成法的风场模拟流程图和相应程序Improved-WAWS,为大跨桥梁的风场模拟提供了切实可行的方法.试验结果表明:衰减因子λ在不同间距D时,存在一定差异,且随风速U的增加,衰减因子不断增加;用改进谐波合成法模拟的风速样本时程的功率谱、互功率谱、相关函数及互相关函数与相应目标值吻合良好. 展开更多

关键词 风场模拟 谐波合成法 衰减因子 拉格朗日插值

下载PDF 职称材料

复杂地形下风场插值与林火蔓延模拟应用研究 被引量：8

5

作者 赵亮 刘鹏举 +2 位作者 周宇飞 石军南 唐小明 《北京林业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2010年第4期12-16,共5页

山区地形复杂多变,风场随地形而变化,作为影响林火蔓延的主要因素,风场数据的准确程度将直接影响山地林火蔓延预测的结果。选择同时考虑地形起伏变化和距离作为主要因子的风场插值方法,设计并开发实现风场插值功能,并与基于空间距离的... 山区地形复杂多变,风场随地形而变化,作为影响林火蔓延的主要因素,风场数据的准确程度将直接影响山地林火蔓延预测的结果。选择同时考虑地形起伏变化和距离作为主要因子的风场插值方法,设计并开发实现风场插值功能,并与基于空间距离的传统反距离权重(IDW)插值方法进行了比较研究。通过实验验证表明,所实现的基于地形起伏的风场插值方法对山区风场的模拟更接近实际;利用该方法的插值结果输入林火蔓延模拟,模拟的火场形状与实际范围具有更高的相似度。 展开更多

关键词 DEM 风场插值 林火蔓延

下载PDF 职称材料

本征正交分解法在屋盖结构风场模拟中的应用 被引量：5

6

作者 李璟 韩大建 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2009年第3期64-72,共9页

介绍了谐波合成法和本征正交分解法,然后通过平屋面风场本征正交分解与重构的研究,证实了利用B样条插值和风场重构方法扩展风场的有效性。在此基础上,首次提出了屋盖结构风场两步模拟方法。算例分析结果表明,该方法模拟精度高,而且计算... 介绍了谐波合成法和本征正交分解法,然后通过平屋面风场本征正交分解与重构的研究,证实了利用B样条插值和风场重构方法扩展风场的有效性。在此基础上,首次提出了屋盖结构风场两步模拟方法。算例分析结果表明,该方法模拟精度高,而且计算效率也高。佛山世纪莲体育场屋盖风场模拟的算例说明该方法应用于大型屋盖抗风分析的显著优势。 展开更多

关键词 屋盖结构 风场模拟 本征正交分解法 风场重构 B样条插值

原文传递

基于插值与降维方法的输电塔线体系随机脉动风场有效模拟 被引量：5

7

作者 杨雄骏 黄金山 +1 位作者 张建国 雷鹰 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2021年第9期77-83,共7页

研究对输电塔线体系随机脉动风场进行高效数值模拟的方法。根据输电塔线体系结构特点和风场特性,对于输电塔,可只考虑顺风向与横风向的脉动风,并认为两个方向的风速相互独立,将其简化为两个独立一维风场。而对于输电线,考虑横风向与竖... 研究对输电塔线体系随机脉动风场进行高效数值模拟的方法。根据输电塔线体系结构特点和风场特性,对于输电塔,可只考虑顺风向与横风向的脉动风,并认为两个方向的风速相互独立,将其简化为两个独立一维风场。而对于输电线,考虑横风向与竖风向的脉动风,并认为两者存在相关性,进行二维多变量脉动风场模拟。为减少传统谐波叠加法中对功率谱矩阵Cholesky分解的计算量,采用Hermite插值进行目标函数拟合,通过快速傅里叶变换技术加快三角级数的叠加。此外,应用正交随机变量的谱表示法,将随机函数表示为两个基本随机变量的多项式的正交函数,与已有的相关方法相比,随机变量降维后所需生成的随机过程的代表性时程的数量可以更少。最后数值算例验证了所采用模拟方法的高效性。 展开更多

关键词 脉动风场 输电塔线 HERMITE插值 谱表示 降维模拟

下载PDF 职称材料

一种基于地转风模型的平流层风场插值方法 被引量：1

8

作者 胡康 周江华 张晓军 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第4期639-646,共8页

平流层风场水平分量的数据精度和密度对高空气球实验的轨迹预测精度和飞行控制精度有着直接的影响。面向平流层风场,提出一种基于地转风模型的插值方法。该方法通过改进科里奥利频率公式,并用二维卷积计算地转风模型,提升了地转风模型... 平流层风场水平分量的数据精度和密度对高空气球实验的轨迹预测精度和飞行控制精度有着直接的影响。面向平流层风场,提出一种基于地转风模型的插值方法。该方法通过改进科里奥利频率公式,并用二维卷积计算地转风模型,提升了地转风模型的计算效率和低纬度地区风场精度,再用迭代二元线性回归和改进的自适应观测场偏差权重矩阵减小了观测误差对插值结果的影响。实验结果表明:所提插值方法能有效提升平流层风场插值计算速度,并对平流层风场水平分量的插值精度有显著提升。 展开更多

关键词 风场插值 平流层风场 地转风 二元线性回归 二维卷积

下载PDF 职称材料

基于MTCSWA风场资料对西北太平洋热带气旋风场结构的气候统计特征研究 被引量：3

9

作者 陈可鑫 陈光华 +1 位作者 向纯怡 李兴良 《气候与环境研究》 CSCD 北大核心 2020年第6期588-600,共13页

基于多平台热带气旋表面风场资料(MTCSWA),研究了2007~2016年6~11月西北太平洋上不同尺度热带气旋(TC)的气候统计特征,TC各级风圈半径在不同象限的变化特征、风场结构的对称度及二者与强度变化之间的相关性。利用7级风圈半径与TC近中心... 基于多平台热带气旋表面风场资料(MTCSWA),研究了2007~2016年6~11月西北太平洋上不同尺度热带气旋(TC)的气候统计特征,TC各级风圈半径在不同象限的变化特征、风场结构的对称度及二者与强度变化之间的相关性。利用7级风圈半径与TC近中心最大持续风速(MSW)来定义TC的尺度和强度。结果表明,西北太平洋上TC的平均尺度为221.9 km,其中小TC平均尺度为96.4 km,大TC平均尺度为346.4 km。大TC活动位置的空间分布较小TC更为集中,整体活动范围较小TC偏北。TC尺度的峰值出现在8月和10月。在TC的风场结构中,7级、10级、12级风圈的平均半径分别为221.9、121.0、77.4 km。TC风圈的对称度的统计结果表明7级风圈的对称度最低,12级风圈的对称度最高。相关分析表明,在TC的生命史中,各级风圈半径与其强度存在一定的正相关关系,其中12级风圈半径与强度的相关性最低;对于同一风圈而言,在TC的不同发展阶段中,不同象限的风圈半径与强度的相关性不同。在TC的风场结构中,风圈的对称度与TC强度的相关性随着风圈强度的增强而减弱,只有7级风圈的对称度在TC的整个生命周期中表现出与TC强度之间的弱的正相关关系。 展开更多

关键词 MTCSWA资料 风场插值 相关性分析 对称度

下载PDF 职称材料

面向无测风区域的复杂地形风场模拟研究 被引量：1

10

作者 王雪松 葛莹 +2 位作者 张杰 肖胜昌 陈科 《地理信息世界》 2020年第2期54-59,67,共7页

由于气象站点的布设受经济、地形、技术等因素限制,使得某风能资源丰富的无测风区域缺少气象站点数据,无法进行风场模拟。针对这一问题,尝试用NCEP再分析风速数据代替传统的气象站点数据,根据NCEP再分析风速数据的栅格数据特点,提出了... 由于气象站点的布设受经济、地形、技术等因素限制,使得某风能资源丰富的无测风区域缺少气象站点数据,无法进行风场模拟。针对这一问题,尝试用NCEP再分析风速数据代替传统的气象站点数据,根据NCEP再分析风速数据的栅格数据特点,提出了一种面向无测风区域的复杂地形风场模拟方法。该风场模拟方法以SRTM DEM数据和NCEP再分析风速数据为数据源,首先通过均值变点分析法获取反映无测风区域地形起伏特点的最佳统计单元,得到无测风区域复杂地形的地形起伏度;然后对Cressman插值方法进行改进,将地形起伏度引入到权重函数中,并根据交叉检验中均方根误差最小原则求解权重函数中参数的最优解;最后将最优解代入权重函数中对风场进行加密。实验结果表明:风场模拟结果与气象站点风速之间的相关系数为0.7782,模拟风速的变化趋势与实测风速基本一致;风电场选址区主要建设在模拟风速较大的地区,十分符合风电场一般建设在风能资源丰富的地方的特点,间接验证面向无测风区域的复杂地形风场模拟方法是有效的。 展开更多

关键词 风场模拟 均值变点分析法 Cressman插值方法 NCEP再分析风速数据 复杂地形 无测风区域

下载PDF 职称材料

基于GIS的风场模拟——以普洱市为例

11

作者 黄诚 陈仙云 +2 位作者 马俊仁 段卫虎 周汝良 《绿色科技》 2015年第4期28-30,共3页

提出了一种基于GIS的山地风速模拟的方法。该方法以实际气象台站的观测数据为基础,将其订正到海拔3300m处,并进行克里金插值,以此作为背景风速。参照DEM数据,考虑风速受不同地形的影响,最终得到不同山地地形条件下近地面风速场。结果表... 提出了一种基于GIS的山地风速模拟的方法。该方法以实际气象台站的观测数据为基础,将其订正到海拔3300m处,并进行克里金插值,以此作为背景风速。参照DEM数据,考虑风速受不同地形的影响,最终得到不同山地地形条件下近地面风速场。结果表明该方法模拟得到的风速场具有较好的精度,能够满足生产应用要求。 展开更多

关键词 风场模拟 GIS 克里金插值

下载PDF 职称材料

基于优化本征正交分解法的复杂屋盖风压场预测

12

作者 马魁 刘庆贵 刘晖 《河南理工大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2018年第1期139-144,共6页

为了提高屋盖表面风压数据密度,通过有限测点的风压特征信息准确预测未布置测点的风压信息。风洞试验中,复杂的屋盖结构可以同时引入测点面积和脉动风压自根方差参量,采用优化本征正交分解法(POD法),提高识别精度。利用优化的POD法,在... 为了提高屋盖表面风压数据密度,通过有限测点的风压特征信息准确预测未布置测点的风压信息。风洞试验中,复杂的屋盖结构可以同时引入测点面积和脉动风压自根方差参量,采用优化本征正交分解法(POD法),提高识别精度。利用优化的POD法,在此基础上插值预测节点处的荷载本征模态值,从而进一步获得预测节点处的风压时间序列。对预测节点处实测风压与预测风压的均值、根方差误差进行比较分析,预测的风压均值误差最大达到8%,根方误差最大达到15.8%,同时分别在时域和频域范围内对实测风压与预测风压的时程曲线和功率谱进行比较,可知该方法能较好地对未布置测点的节点风荷载进行有效预测。 展开更多

关键词 本征正交分解法 风压场 插值法 复杂屋盖

下载PDF 职称材料

基于PSO-BP神经网络的平流层风场短期快速预测 被引量：12

13

作者 龙远 邓小龙 +1 位作者 杨希祥 侯中喜 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第10期1970-1978,共9页

平流层风场环境对临近空间低速飞行器驻空飞行性能有重要影响。研究了基于PSO-BP神经网络的平流层区域风场建模与快速预测方法,根据历史风场数据,采用主成分分析法对数据进行降维处理,通过BP神经网络对风场进行预测建模,利用粒子群优化(... 平流层风场环境对临近空间低速飞行器驻空飞行性能有重要影响。研究了基于PSO-BP神经网络的平流层区域风场建模与快速预测方法,根据历史风场数据,采用主成分分析法对数据进行降维处理,通过BP神经网络对风场进行预测建模,利用粒子群优化(PSO)算法对其进行优化,采用Biharmonic样条曲面插值方法构建区域预测风场。以南海地区5年历史风场为对象,对比分析了基于BP神经网络和基于PSO-BP神经网络的风场预测模型,结果表明:使用具有全局寻优特性的PSO算法改进BP神经网络,能够有效避免传统BP神经网络易陷入局部最优的缺点,提高预测精度;通过结合PSO-BP神经网络预测与Biharmonic样条曲面插值,可实现区域风场的预测。研究结果可为临近空间低速飞行器的轨迹规划与区域驻留等任务的高精度区域快速预报风场提供解决途径。 展开更多

关键词 平流层风场建模 临近空间低速飞行器 BP神经网络 粒子群优化(PSO)算法 Biharmonic样条曲面插值

下载PDF 职称材料

顾及下垫面特征的海坛岛近地面风场模拟 被引量：1

14

作者 杨城 林广发 +2 位作者 李清远 刘鑫垚 吴雪蓉 《福建师范大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2015年第4期31-37,62,共8页

近地面风场模拟,目前多直接利用实测风速数据进行插值,其模拟结果不能反映地形特征对近地面风速的影响.综合考虑海拔高度、坡向、坡位等地形特征对风速的影响,提出了提高风场插值精度的方法:利用2013年10月份海坛岛离地2 m高风速实测数... 近地面风场模拟,目前多直接利用实测风速数据进行插值,其模拟结果不能反映地形特征对近地面风速的影响.综合考虑海拔高度、坡向、坡位等地形特征对风速的影响,提出了提高风场插值精度的方法:利用2013年10月份海坛岛离地2 m高风速实测数据进行反距离加权插值;基于数字高程模型数据,根据风速换算的指数律公式进行海拔高度的风速修订;对起伏地形区域,依据地形划分结果和不同的坡向、坡位条件进行水平方向的风速修订.对比风场修订前后结果,用本方法模拟的风场比直接内插的风场更接近实际风场分布,地形特征导致的风速分异得到了体现. 展开更多

关键词 风场模拟 起伏地形 近地面 数字高程模型 空间插值

原文传递

基于数据截断和变间隔插值的空间脉动风场模拟

15

作者 郭文华 项超群 张佳文 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第8期3326-3334,共9页

对大跨度桥梁空间脉动风场模拟提出一种改进的谐波合成法。研究分解谱函数随频率的变化规律,确定分解谱函数矩阵不同位置元素对应的有效截止频率。对互谱矩阵的Cholesky分解仅需在插值节点频率进行,而对于其他频率点的分解谱函数则采用... 对大跨度桥梁空间脉动风场模拟提出一种改进的谐波合成法。研究分解谱函数随频率的变化规律,确定分解谱函数矩阵不同位置元素对应的有效截止频率。对互谱矩阵的Cholesky分解仅需在插值节点频率进行,而对于其他频率点的分解谱函数则采用三次拉格朗日插值拟合,并探讨不同插值节点间隔对拟合精度的影响。根据谐波合成法中相关矩阵的特点,仅对下三角部分采用一维存储,以节省存储空间。综合考虑计算效率和拟合精度,提出变间隔插值算法。对某一大跨度斜拉桥进行空间脉动风场的模拟。研究结果表明:随着频率增大,分解谱函数矩阵非对角线元素超过峰值后迅速单调趋近于0,即当频率超过其对应的有效截止频率后,分解谱函数对风速的贡献可忽略,据此即可对计算过程进行合理截断;分解谱函数在低频部分线形变化显著,宜采用较小的插值节点间隔,而在高频部分线形比较平缓,可采用较大的插值节点间隔。通过检验风速样本的功率谱密度函数和相关函数,验证了改进谐波合成法的正确性、高效性和可靠性。 展开更多

关键词 空间脉动风场 改进谐波合成法 变间隔插值 数据截断 一维存储

下载PDF 职称材料