方案，以提高新疆风区大风监测和预警的能力。
关键词：新疆风区 大风 监控 预警
中图分类号：X171 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2015）01-0000-00
1 新疆风区概述
新疆地区位于北纬35-50度之间，新疆风区大风的形成在夏秋时节主要是由于北副热带高压带和北温带低压带之间较大的气压差，冬春时节由于北副热带高压南移，新疆受到副极地高压带的剧烈影响，风力强劲。特别是在春天气温回暖时期，低压槽的形成使气压差更大，导致风力更大。此外，新疆地形属于典型的“三山夹两盆”地形，部分地区正好处于风口地区，例如达坂城，由于“狭管效应”，冷空气受到两侧山峰的挤压，形成了比其他地方更大的风。新疆地区大风的形成还由于人类活动对环境造成了破坏，风区的植被率较低有较大关系。新疆主要有九大风区，包括达坂城、额尔齐斯河谷西部风区、准格尔盆地风区、阿拉山口风区、哈密北戈壁风区、哈密南戈壁风区、罗布泊风区、吐鲁番西部风区和百里风区。
2 新疆风区大风监控预警系统的需求
新疆风区中，多次出现了由于风力过强，吹翻火车、汽车、树木、输电网和房屋的情况，威胁着居民的生命安全，也带来了巨大的财产损失。例如在2014年4月份的大风，就造成了乌鲁木齐大约2万亩棉花受损，部分县市还出现了牛羊被冻死的情况。大风还导致部分路段车辆连续追尾，大面积的车辆滞留在道路上。在历史记载中，大风还曾经将火车吹翻，甚至出现过将停留在车站内的火车吹翻的情况。因此，对大风进行监控，通过预警系统，提前向附近车辆和相关人员做出预警，及时的采取应对措施，对于减少大风造成的损失至关重要。目前对大风的监测，主要通过数据分析，向用户发出报警，用户在接到预警和报警信息之后，可以采取应对措施，避免经济损失和人员伤亡。
3 大风监控与预警系统设计方案
3.1 系统结构
大风监控与预警系统的结构主要包括了现场层、终端层、处理层和应用层四层结构。现场层主要通过安装风速风向测量仪，通过传感技术测量大风的风速和风向。由于新疆地理环境复杂，并且冬季天气寒冷，因此一般使用热场式风向风速仪。终端层的主要功能是将现场层的传感器信号数字化，是联系现场层和处理层的中间层，将监测的数据实时传输给中心层。中心层是整个系统的大脑部分，负责对现场层采集的数据进行储存和分析，并且根据预设值进行大风灾害级别的判定及报警。应用层则主要提供数据的显示和模拟，帮助管理者做出科学的防灾决策。
3.2 终端监控单元的设计
终端监控单元主要负责风向和风速数据的采集、储存和传送，主要包括信号调理、采集储存和发送三个单元。由于风向风速仪传感器信号通常都会含有高频噪声，并且信号容易忽强忽弱，因此在数据储存单元的前端设计信号调理模块可以提高信号的精确性，并且容易被计算机处理。采集储存单元是监控单元的核心部分，负责将传感器的模拟信号转换成数字信号，由于中心层的数据传输与处理能力有限，一般都先储存在储存芯片中。发送单元负责将储存的数据发送到服务器，并且当中心层发出数据传输请求时，发送单元也要能够实时响应。
3.3 软件设计
由于风区较多，需要了解本地风向和风速等大风信息的单位和个人都较多，因此对软件的设计也形成了巨大的挑战。
图1 大风监控与预警软件架构图
这就要求软件需要面向不同的单位、个人进行开发，并且能够被快速的部署和维护。用户需要了解大风信息时，可以通过软件客户端，实时的了解大风信息以及预报信息。软件还要建立信息分级制度，针对不同的群体，提供不同类别的大风信息，避免由于专业信息过多而造成普通民众难以理解和产生恐慌的问题。
4 大风监控与预警系统的实现
大风的预警系统主要分为时间点、空间点和预警值三种预警，无论是哪一种方式，都会在大风到来之前，给用户发出警告信息。告知详细的风速和风向以及未来的大风走向等信息，帮助用户分析可能会出现的灾情和采取应对措施。
时间点的预测是针对某个时间大风到来及产生恶劣影响的监测，通过对监测点搜集的数据通过计算机分析，向用户预测未来某个时间点的风力值和风向走势。并且将预测值作为报警值，向用户发出警示，使用户看到警报值后关注大风走向，及时的采取防护措施，避免损失。
空间点的预测主要针对桥梁、山口、隧道等容易发生灾害的地点，首先要在这些地点确定传感器的分布间隔、密度和朝向等，以确保传感器可以反映空间布点的风速信息。当强风到来时，传感器会及时将信号传输给中心层，对于将要经过这些地点的行人和车辆提前发出预警信息，及时调整路线。
风力是不断变化的，并且风力的变化极其迅速，风力在达到某一个峰值之后，并不会马上消失，而是会持续一段时间。因此在实际操作中，应当对于每个报警等级设置一个相对较低的预警值，当风力未达到报警值而达到预警值时，也应当向用户报警，使其有足够的时间去采取应对措施。
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收稿日期：2015-01-13
作者简介：朱智强（1993—），男，山东人，本科，学生，研究方向： 计算机应用。
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