(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202110930450.0 (22)申请日 2021.08.13 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 113868971 A (43)申请公布日 2021.12.31 (73)专利权人 中国人民解 放军国防科技大 学 地址 410003 湖南省长 沙市开福区德雅路 109号 (72)发明人 单雨龙　赵世军　赵文凯　孙科蕾　 (74)专利代理 机构 南京瑞弘专利商标事务所 (普通合伙) 32249 专利代理师 陈建和 (51)Int.Cl. G06F 30/28(2020.01) G06F 30/27(2020.01)G06N 3/04(2006.01) G06N 3/08(2006.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) 审查员 高宇峰 (54)发明名称 一种基于数值仿真模型及历史风场特征的 机场区域 三维精细化 风场重构方法 (57)摘要 基于数值仿真模型及历史风场特征的机场 区域三维精细化风场重构方法， 基于数值仿真+ 数值订正的技术， 在有限探测设备的条件下实现 对机场全区域的风场监测； 首先基于保障区域即 机场全区域的地形地貌特征， 利用CFD数值仿真 技术构建机场全区域精细化风场数值模拟模型； 其次统计分析保障区域的历史风场特征， 得到不 同季节、 天气条件下的风场初始边界条件， 驱动 CFD仿真模型， 模拟机场区域在不同季节、 不同天 气条件下的流场分布， 生成C FD流场数据库； 随后 计算当前的有 限探测设备给出的多源风场数据 与各组CFD数据的匹配度， 找到与当前风场最匹 配的CFD数据； 最后基于当前的多源风场数据对 该CFD数据进行数值订正， 进而得到当前的三维 精细化风场。 权利要求书2页 说明书7页 附图3页 CN 113868971 B 2022.09.13 CN 113868971 B 1.基于数值仿真模型及历史风场特征的机场区域三维精细化风场重构方法， 其特征 是， 基于数值仿 真+数值订正的技术， 在有限探测设备的条件 下实现对机场全区域的风场监 测； 首先基于 保障区域即机场全区域的地形地貌特征， 利用CFD数值仿 真技术构建机场全区 域精细化风场数值模拟模型； 其次统计分析保障区域的历史风场特征， 得到不同季节、 天气 条件下的风场初始边界条件， 驱动CFD仿真模型， 模拟机场区域在不同季节、 不同天气条件 下的流场分布， 生成CFD流场数据库； 随后， 计算当前的有限探测设备给出的多源风场数据 与各组CFD数据的匹配度， 找到与当前风场最匹配的CFD数据； 最后基于当前的多源风场数 据对该CFD数据进行 数值订正， 进而得到当前的三维精细化 风场； 基于CFD仿真模型可以模拟得到不同季节、 不同气象条件下的具有典型特征的机场 区 域全域三维精细化风场， 但该风场是基于历史风场统计特征及仿真模型 的数值模拟， 与当 前实测风场的差异性较大； 因此， 需利用各观测设备实测 风场数据对仿真数据进行数值订 正， 使其更接 近真实值； 数值修订的方法是牛顿松弛逼近(Nudging)数据同化方法， 是一种四维数据同化方法， 利用牛顿松弛数据同化技术将观测资料融合到数值模式中的， 用于对CFD仿真数据的数值 订正； Nudging数据同化方法 的方法是， 在控制方程中添加额外的强迫项， 以驱动数值模式 在迭代求解的过程中逐渐逼近观测值， 在 满足质量守恒、 动量守恒和能量守恒的情况下， 使 各变量之间达到动力平衡； 因此， 为将Nudging数据同化方法应用于CFD模式， 实现CFD模式 与观测数据的同化， 需在CFD控制方程中添加额外的强迫项； 根据Nudging数据同化方法， 利用UDF自定义函数编程修改CFD模式的控制方程， 以添加 额外的强迫项； 采用Nudging数据同化方法的CFD模式的u动量方程即控制方程表 示为： 其中 u指速度， x指方向， ρ 指密度， p指压强， 可 见实施例； 其中， f为 根据Nudgi ng数据同化方法增 加的额外强迫项： 其中， uobs为插值到CFD模式网格点上的观测速度； u为上一个时间步长的模拟速度； τu为 牛顿张弛系数； W(x,y,z)为权重函数，  不仅针对动量方程， 其他的控制方程也可以利用 Nudging数据同化方法来 修改， 权重函数W(x,y,z)可表示 为： W＝wxywz                                   (3) 其中， ωxy、 ωz分别为水平权 重函数项和垂直权 重函数项， 可表示 为： 权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 113868971 B 2其中， Rxy为观测点的水平影响半径； |dxy|为观测点与CFD模 式网格点之间的水平距离； Rz为观测点的垂直影响半径； |dz|为观测点与CFD模式网格点之间的垂直距离 。 2.根据权利要求1所述的基于数值仿真模型及历史风场特征的机场区域三维精细化风 场重构方法， 其特征是， 基于各探测设备适用特性及距离权重法对仿 真数据进 行数值订正， 步骤为： (1)对拥有可信实测风场数据的区域， 以实测数据为主； (2)无实测风场数据的区 域， 基于CFD在当时气象条件下的仿真数据进行补充； (3)当同一位置有两种以上测风结果 时， 进行加权计算， 各测风设备的权重由当时天气条件、 设备各自的测风原理及观测位置等 确定； (4)拥有实测风场数据的区域， 对周边一定范围内的风场数据拥有不同权重的影响， 具体影响权重基于距离 权重法进行确定 。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 113868971 B 3