基于多普勒激光雷达的风场预测

采用灰色理论、BP神经网络、布朗三次指数平滑算法来对雷达风场预测进行研究。利用香港国际机场激光雷达数据对风场PPI扫描风速进行预测,得到了预测时刻机场区域整个风场的概况,让飞行员能提前了解机场区域内未来一段时间的风场环境;使用下滑道扫描数据对飞机在下滑道附近的迎头风进行预测,从而更精确地预测飞机在起飞和降落过程中将会遇到的风场波动,使飞行员能够在风切变探测系统告警之前,增加飞行员进行反应和相关准备的时间。对实验结果的统计分析表明:布朗三次指数平滑预测在延长预测时间时,预测精度随时间的增加而下降的趋势较明显;灰色预测和BP网络预测在风场变化很大的情况和延长预测时间时,仍能在一定程度上保证预测精度;灰色预测较BP网络预测效果稍好。

基于平流层风场预测的浮空器轨迹控制

平流层风场环境对浮空器设计和轨迹控制具有重要影响。针对平流层风场建模,以长沙地区2005—2010年的风场数据为例,首先采用本征正交分解(POD)方法对风场数据进行降阶处理;然后分别采用Fourier级数与BP神经网络算法对平流层风场进行预测,并对2种模型的预测精度进行比较分析;最后通过建立临近空间浮空器的动力学模型和高度调控模型,分析2种风场预测模型对浮空器轨迹控制的影响。研究结果表明,相对于Fourier预测模型,基于BP神经网络预测模型的预测精度更高,可信度更强,能够更好地为浮空器飞行轨迹控制提供参考价值。

基于SHAP重要性排序和时空双流的多风场超短期功率预测

针对多风场风功率预测中时空特征提取不充分的问题,提出一种基于空间、时间双流特征提取的功率预测方法。采用沙普利加性解释(SHAP)方法分析原始高维数值天气预报(NWP)中各变量的重要性,选择贡献度高的变量子集作为预测模型输入,降低模型复杂度。构建基于自适应动态邻接矩阵的改进图注意力网络(IGAT)提取多风场的动态空间特征;同时将多头注意力机制(MHA)与时间卷积网络(TCN)结合,加强关键时序特征的学习。使用前馈神经网络输出多风场功率预测结果。以西北某十风场的数据进行案例研究,结果表明所提模型的预测效果优于其他模型。

基于Kalman滤波的高空长航时无人机近似风场预测研究

针对高空长航时无人机在飞行过程中对风场敏感但动态快速预测风况存在困难的问题,设计了一种基于Kalman滤波的高空长航时无人机近似风场预测系统。该系统采用机上常用的多余度传感器获取绝对速度地速、牵连速度真空速,然后通过速度矢量三角形获取相对速度风速。通过北-东-地惯性坐标系和机体坐标系下的矩阵转换,引入Kalman滤波算法对所得数据进行融合处理,可实时获得近似风场的风速和风向。采用某低动态高空长航时无人机开展了中高空飞行试验来对该风场预测系统进行测试,有效动态捕捉到了无人机飞行过程中的风场变化信息,并以此在地面站上在线调整优化了无人机飞行航迹,提升了飞行安全性,对应急情况可提供强有力支撑。该风场预测系统简单、有效,实用性强,具有工程指导意义。

中尺度WRF模式在西北西部地区低层风场模拟中的应用和检验

通过WRF模式对西北地区1、4月份风速的模拟,检验了大气数值模式的模拟性能和误差大小。结果表明,WRF模式在风场模拟上具有较好的性能,在地面加热较强、增温较快、风速较大的4月份模拟效果要好于强风频发但风速较4月份小的1月份;4月份10～70 m各高度上48 h内的平均相对误差在10%以下,相关系数>0.80,通过99%的置信度;1月份各高度48 h的平均相对误差在20%以内,但二者呈负相关,相关系数绝对值>0.30,通过99%的置信度;在选取的2个模拟时段内,在阵性大风出现的时段模拟值明显小于观测值。意味着风作为高层动量下传、低层地形和热力作用共同的产物,在西北地区植被稀疏、地形复杂的环境下,模式边界层的参数化是关键。

云南省风电负荷预测系统现状评估

风电负荷预测系统对风电大规模接入后电网的供电品质、供电可靠性有重要意义;针对目前云南省风功率预测还处于起步阶段的情况,对目前云南省风电功率预测系统中的数据采集系统、统计及报表功能、界面功能、预测功能、风场预测情况统计分析这5方面的现状及存在的问题进行分析,并对风功率预测系统的管理及优化提出改善意见。

基于低空风预测模型的安全航迹规划方法

针对低空救援过程中地形与低空风对救援航空器的航迹的综合影响,提出基于低空风预测模型的安全航迹规划方法。建立低空风预测模型;通过预测模型得出救援区域的风场数据,并提出基于Dijkstra算法的航迹修正方法;以四川省汶川县为例,建立低空救援仿真环境,完成航迹规划的对比分析验证。实验结果表明,方法得出的规划航迹不仅满足安全要求,而且在飞行时间和航行路程方面更有优势。

台风风场简化理论模型的对比研究

台风风场模型的研究对于台风风场极值风速、巨浪的精确预报以及与之相关的灾害评估研究是极具现实意义的。系统介绍了Kepert提出的台风风场线性解析模型和Foster提出的基于相似理论求解的半解析模型。在Kepert解析模型的基础上进行改进,引入沿高度变化湍流扩散系数模型和受速度影响的拖曳系数模型,用半解析的方法对风场进行求解。借助Dropsonde现场观测台风风速剖面数据对本文提出改进模型的准确性进行验证。利用三种理论模型对实测海上台风表面风场进行模拟,与H*wind风场数据进行比较,验证不同模型之间的差别,并定量分析不同模型对台风表面风场特性的模拟能力。

基于风场环境利用的平流层浮空器区域驻留关键问题研究进展

基于风场环境利用的平流层浮空器继承高空气球结构简单、技术成熟、快速响应、使用效费比高等特点,通过引入控制设计,克服轨迹控制和高度控制等方面的局限,具备一定的飞行轨迹规划和区域驻留能力,是当前临近空间飞行器发展的重要方向。本文基于对典型项目的调研分析,梳理了基于风场环境利用的平流层浮空器在区域驻留应用中的关键技术,重点讨论了风场感知与建模、风场利用方法、轨迹规划与决策等核心问题的研究现状,对现有方案进行深入分析,从实际应用的角度探讨了相关技术难题的可行解决方案。