铁路沿线大风灾害区域识别与风险评价方法及系统

本发明涉及铁路防灾风险预警，具体涉及一种铁路沿线大风灾害区域识别与风险评价方法及系统。

背景技术：

1、对于运行线路长、横跨气候带多、沿途地形地貌复杂、自然灾害发生频繁的铁路，铁路系统安全运行态势受自然灾害威胁程度较大，大风、沙尘、暴雨、积雪和洪涝等铁路自然气象灾害频频发生，引发的铁路事故带来了巨大生命财产损失，影响后果十分严重。

2、铁路防灾监测预警方法仍处于初步发展阶段，监测网络设计基本依赖于标准规范或经验指导。目前铁路网运行线路长，运行速度快，运行环境越来越复杂，迫切需要完善的防灾监测预警理论体系以支撑新一代防灾监测系统的设计和优化。铁路系统运行环境中致灾要素复杂多样，由于风、雨、雪等气象致灾要素引发的灾害最为常见，其中更是以大风灾害最为常见，因此应当着重以该类气象致灾要素为对象进行研究。

3、目前，对于致灾因素的研究多是从统计分析角度对气象因素在大范围分布特征和演化过程，但并未考虑致灾因素与铁路运行相结合；而基于铁路沿线的灾害研究多基于特定区域，但是在不同地理信息耦合作用下，相同等级的致灾要素与列车及基础设施的相互作用关系并不相同，在单一稳定环境中所建立的作用关系并不具备普适性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种综合考虑地理信息、多灾害情景等实际因素作用，从局部和全局运行态势两个视角建立防灾监测，实现铁路运行环境灾害预测评估的铁路沿线大风灾害区域识别与风险评价方法及系统，以解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题。

2、为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

3、一方面，本发明提供一种铁路沿线大风灾害区域识别与风险评价方法，包括：

4、基于气象站各观测点每日大风数据得出铁路沿线区域内大风危险度，构建铁路沿线大风危险度模型，明确铁路沿线不同时空下的大风分布情况，得铁路沿线大风危险度；

5、提取铁路各区段沿线区域的地理特征，结合铁路沿线区域大风危险度，构建铁路各区段沿线孕灾环境致灾度模型，对铁路各区段基于时空异质性的局部风险评价，得孕灾环境致灾度；

6、根据列车时刻表，构造铁路区间脆弱度模型，对铁路运行过程中潜在风险进行量化，得列车暴露度；

7、耦合铁路沿线大风危险度、孕灾环境致灾度以及列车暴露度，构建铁路区段沿线大风灾害综合风险评价指标，对不同时空下的铁路区段评估其风险值，并进行风险等级划分。

8、进一步的，所述的铁路沿线气象危险度模型构建，包括：分析各气象观测点大风危险度，选取大风的强度与出现的频率作为评价大风致灾因子危险性评价模型的指标；

9、气象观测点α的危险性模型为：

10、

11、式中，vhα代表观测站α的站点大风危险性；wi为第i等级大风的权重系数；为观测点α在第i等级大风下的危险性指数。

12、进一步的，通过idw插值法对区域内所有点进行差值计算，求出全局的大风危险度栅格数据，假设任意一个坐标系平面上分布一系列离散点，节点i的坐标为(ui,vi)通过距离加权值求节点i的值为zi，如下式所示：

13、

14、式中，di表示目标位置到节点i的距离。

15、进一步的，沿线孕灾环境致灾度模型构建，包括：将孕灾因子栅格数据导入gis生成相应栅格图层，同时对铁路数据进行处理确定铁路站点与铁路线路经纬度，并且以铁路路段为中心创建双侧缓冲区，以铁路沿线缓冲区为掩膜，进行掩膜提取，提取范围内的各孕灾因子数据；将栅格数据重采样，在不改变栅格数据集范围的情况下，改变像元大小，缩短计算时间；对各因子进行标准化处理，计算得孕灾环境栅格数据，将孕灾因子与风灾孕灾环境的栅格数据中每一个值转化为点数据，分别通过空间连接连接到缓冲区内，后根据每一段高铁线路缓冲区的编号进行字段融合。

16、进一步的，铁路承灾体脆弱度模型构建，包括：

17、以列车开行方案为依据，选取该区段被途径的次数和每日被列车途径的里程作为铁路沿线区段脆弱度，如下式所示，得到铁路承灾体脆弱度集合r＝{r1,r2,...,rn}；

18、rα＝γ·(mα-mmin)/(mmax-mmin)+η·(fα-fmin)/(fmax-fmin)γ+η＝1

19、其中，rα为铁路区段α的暴露度，mα为铁路区段α的被途径总里程，γ铁路区段α被途径总里程的权重系数，mmax为铁路网络中区段被途径总里程最高的长度，mmin为铁路网络中被途径总里程最短的长度；fα为铁路区段α的被途径频率，η为铁路区段α被途径频率的权重系数，fmax为铁路网络中区段被途径次数最高的频率，fmin为铁路网络中区段被途径次数少的频率。

20、进一步的，所述的铁路区段沿线大风灾害综合风险评价指标和风险等级划分，包括：

21、基于铁路沿线大风灾害危险度集合、铁路沿线区段气象孕灾环境致灾度集合以及铁路承灾体脆弱度集合，通过铁路沿线大风灾害区域风险综合评价模型如下式所示，得到铁路各区段在全年不同时间下的风险综合评价指标；

22、

23、其中，dα为铁路区段α的沿线危险度，铁路区段α的铁路沿线致灾因子危险度，铁路区段α的铁路沿线孕灾环境致灾度，rα为铁路区段α的暴露度，γ、δ、λ为对应因素的权重。

24、第二方面，本发明提供一种铁路沿线大风灾害区域识别与风险评价系统，包括：

25、危险度获取模块，用于基于气象站各观测点每日大风数据得出铁路沿线区域内大风危险度，构建铁路沿线大风危险度模型，明确铁路沿线不同时空下的大风分布情况，得铁路沿线大风危险度；

26、致灾度获取模块，用于提取铁路各区段沿线区域的地理特征，结合铁路沿线区域大风危险度，构建铁路各区段沿线孕灾环境致灾度模型，对铁路各区段基于时空异质性的局部风险评价，得孕灾环境致灾度；

27、暴露度获取模块，用于根据列车时刻表，构造铁路区间脆弱度模型，对铁路运行过程中潜在风险进行量化，得列车暴露度；

28、耦合模块，用于耦合铁路沿线大风危险度、孕灾环境致灾度以及列车暴露度，构建铁路区段沿线大风灾害综合风险评价指标，对不同时空下的铁路区段评估其风险值，并进行风险等级划分。

29、第三方面，本发明提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，实现如上所述的铁路沿线大风灾害区域识别与风险评价方法。

30、第四方面，本发明提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述处理器和所述存储器相互通信，所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令执行如上所述的铁路沿线大风灾害区域识别与风险评价方法。

31、第五方面，本发明提供一种电子设备，包括：处理器、存储器以及计算机程序；其中，处理器与存储器连接，计算机程序被存储在存储器中，当电子设备运行时，所述处理器执行所述存储器存储的计算机程序，以使电子设备执行实现如上所述的铁路沿线大风灾害区域识别与风险评价方法的指令。

32、本发明有益效果：针对铁路沿线各类灾害风险作用要素，提出铁路区域气象灾害系统理论，基于铁路沿线气象危险度、沿线孕灾环境致灾度以及铁路承灾体脆弱度的三角体系，提出铁路运行环境大风灾害综合风险评价模型，实现对铁路各区段不同时空下的风险评价和风险区域等级划分。

33、本发明附加方面的优点，将在下述的描述部分中更加明显的给出，或通过本发明的实践了解到。