铁路气象监测预警系统设计与实现

论文摘要

列车在行进过程中,往往会受到恶劣天气的影响,为保障列车运行安全,需要建设铁路气象监测预警系统,通过对铁路沿线气象实现有效、真实、不间断的监测,为铁路运营提供铁路沿线气象信息,实现恶劣天气报警、预警,达到保障列车和乘客安全的目的。本文对国内外相同或相近的系统研究现状和国家相关标准文件进行分析,并结合实地调研结果,设计了一个符合我国铁路运营实际情况的铁路气象监测预警系统,其主要监测对象为铁路沿线的风向、风速、降雨量、雪深,并使用监控摄像机对监测点周围环境进行辅助观测。首先,对铁路气象监测预警系统总体架构进行分析和设计,主要有两部分:一是现场设备,由现场采集设备和监控单元组成,主要负责数据采集、数据存储和数据处理;二是铁路局中心系统,可以远程从监控单元获取气象数据、报警预警信息,为列车运行调度提供依据。其次,对系统各组成部分之间数据传输接口、报警模块、软件功能、数据库进行了设计。接着,考虑到恶劣天气发生具有随机性和不确定性的特点,重点研究预警功能关键技术,即数据驱动的气象预测方法,提出了一个基于互补集合经验模态分解和差分进化算法优化的支持向量回归机组合模型预测方法。最后,搭建了铁路气象监测预警系统现场设备实验平台,开发了与系统配套的数据采集、数据存储和数据分析处理应用程序,实现了系统的监测和预警等主要功能,以风速数据为例,实验结果证明该混合模型在短时预测中的准确性和实时性,能够满足铁路沿线恶劣天气监测的需求。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 序言
• 1 引言
•   1.1 研究背景
•   1.2 研究现状
•     1.2.1 气象监测预警研究现状
•     1.2.2 铁路气象监测预警研究现状
•     1.2.3 预测方法研究现状
•   1.3 论文研究内容
•   1.4 章节安排
• 2 铁路气象监测预警系统分析与设计
•   2.1 系统分析
•     2.1.1 监测对象
•     2.1.2 功能需求
•   2.2 总体设计
•     2.2.1 路局中心系统
•     2.2.2 现场设备
•   2.3 接口设计
•     2.3.1 风雨监测单元接口
•     2.3.2 雪深监测单元接口
•     2.3.3 视频监控单元接口
•     2.3.4 监控单元与路局中心接口
•   2.4 报警模块设计
•     2.4.1 强风监测报警模块
•     2.4.2 暴雨监测报警模块
•     2.4.3 大雪监测报警模块
•   2.5 软件设计
•     2.5.1 功能设计
•     2.5.2 数据库设计
•   2.6 本章小结
• 3 数据驱动的预测方法
•   3.1 支持向量回归
•     3.1.1 支持向量回归
•     3.1.2 最小二乘支持向量回归
•   3.2 参数优化
•     3.2.1 差分进化算法
•     3.2.2 参数优化
•   3.3 模态分解方法
•     3.3.1 经验模态分解方法
•     3.3.2 集合经验模态分解方法
•     3.3.3 互补集合经验模态分解方法
•   3.4 混合模型
•   3.5 本章小结
• 4 铁路气象监测预警系统实现与预测实验
•   4.1 实验平台搭建
•     4.1.1 数据采集设备
•     4.1.2 监控单元
•     4.1.3 平台集成
•   4.2 软件实现
•     4.2.1 开发工具及插件
•     4.2.2 主要功能实现
•     4.2.3 应用程序界面
•   4.3 实验结果及分析
•     4.3.1 数据分析
•     4.3.2 提前一步预测
•     4.3.3 提前多步预测
•   4.4 本章小结
• 5 结论
•   5.1 工作总结
•   5.2 工作展望
• 参考文献
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 学位论文数据集

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 崔莉婧

导师: 杨唐文

关键词: 气象监测预警,数据驱动预测法,互补集合经验模态分解,支持向量回归,差分进化算法

来源: 北京交通大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,工程科技Ⅱ辑,信息科技

专业: 气象学,安全科学与灾害防治,铁路运输,自动化技术

单位: 北京交通大学

基金: 国家重点研发计划项目“基于空天车地信息协同的轨道交通运营与安全综合保障技术”(2016YFB1200100)

分类号: TP277;U298;P49

总页数: 64

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