專利名稱：一種基于地點(diǎn)類別劃分的溫度插值方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境光學(xué)特性研究領(lǐng)域，具體涉及一種基于地點(diǎn)類別劃分的溫度插值方法。
背景技術(shù)：
由于經(jīng)濟(jì)和人力原因，我國氣象觀測(cè)站點(diǎn)數(shù)量有限，且空間分布不均衡，所獲取的溫度數(shù)據(jù)不能夠體現(xiàn)溫度的空間連續(xù)分布。利用特定區(qū)域已知的離散數(shù)據(jù)來估計(jì)規(guī)則網(wǎng)格點(diǎn)上的非觀測(cè)數(shù)據(jù)，稱為“空間內(nèi)插”。比較常用的插值方法有反距離加權(quán)法、樣條函數(shù)插值法、Cressman客觀分析方法、克里格插值法等。國內(nèi)外有很多的研究者使用空間內(nèi)插的方法對(duì)氣象要素進(jìn)行插值處理，如馮錦明等人(《基于臺(tái)站降水資料對(duì)不同空間內(nèi)插方法的比較》，馮錦明，趙天保，張英娟，氣候與環(huán)境研究.2004,9(2) :261-276.)針對(duì)國內(nèi)臺(tái)站的降水資料分別采用了幾種常見的插值方法進(jìn)行了插值處理及結(jié)果的比較，分析了這幾種內(nèi)插方法插值結(jié)果之間的異同，并對(duì)其缺點(diǎn)和使用范圍進(jìn)行了適當(dāng)討論。李軍等人(《中國1961-2000年月平均氣溫空間插值方法與空間分布》，李軍，游松財(cái)，黃敬峰..生態(tài)環(huán)境.2006, 15(1) :109-114.)對(duì)國內(nèi)氣象站點(diǎn)40年的平均氣溫進(jìn)行了空間插值，并對(duì)插值精度進(jìn)行了評(píng)估。在國外，瑞士洛桑礦物大學(xué)地球科學(xué)研究所的空間插值97比較計(jì)劃(SIC97)，利用瑞士的降水觀測(cè)資料系統(tǒng)地分析和比較了各種插值方法之間的差異和不確定性。Cllins (Collins, F. C.，A comparison ofSpatial Interpolation Techniques in Temperature Estimation, Proceedings of theThird International Conference/Workshop on Integrating GIS and EnvironmentalModeling, Santa Barbara, January21_26:1996.)用 8 種插值方法在 2 個(gè)地區(qū)、3 個(gè)時(shí)間尺度內(nèi)分別對(duì)最高溫度和最低溫度2種溫度變量進(jìn)行了估計(jì)，并對(duì)它們進(jìn)行了比較和分析。網(wǎng)格化的地表溫度數(shù)據(jù)能夠更好的表達(dá)地表溫度分布的空間特征，然而由于經(jīng)濟(jì)和人力的原因，氣象觀測(cè)站點(diǎn)的數(shù)量是有限的，且站點(diǎn)的空間分布也是不均衡的。利用有限的氣象站點(diǎn)估算未知點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)的空間插值方法很多，例如多項(xiàng)式回歸、樣條插值、克立格插值、反距離平方等，都存在較大的誤差。因而如何獲得高精度的溫度網(wǎng)格數(shù)據(jù)，是一個(gè)亟需解決的重要問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于地點(diǎn)類別劃分的溫度插值方法，利用氣象觀測(cè)站點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行溫度網(wǎng)格插值，獲取較精確溫度的空間連續(xù)分布，分析溫度分布特點(diǎn)。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種基于地點(diǎn)類別劃分的溫度插值方法，首先根據(jù)已有的溫度數(shù)據(jù)對(duì)這些數(shù)據(jù)的氣象觀測(cè)地點(diǎn)進(jìn)行分類，采用系統(tǒng)聚類的方法將具有相似溫度分布與變化特征的地點(diǎn)聚為同一地點(diǎn)類別；然后進(jìn)行溫度插值，先判斷待插值地點(diǎn)屬于已聚類別的哪一地點(diǎn)類別，并歸入該地點(diǎn)類別，再采用反距離插值方法，利用影響范圍內(nèi)與待插值網(wǎng)格點(diǎn)具有相同地點(diǎn)類別的氣象觀測(cè)地點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行溫度插值。如上所述的一種基于地點(diǎn)類別劃分的溫度插值方法，其中所述系統(tǒng)聚類的方法具體分為如下步驟步驟1.1 :使N個(gè)具有溫度數(shù)據(jù)的地點(diǎn)溫度樣本各自成一類；步驟1. 2 :分別計(jì)算任意兩個(gè)地點(diǎn)溫度樣本之間的距離系數(shù)，形成距離系數(shù)矩陣；步驟1. 3 :找出矩陣中最小的距離系數(shù)，所述最小的距離系數(shù)由第P類和第q類溫度樣本計(jì)算得到，使第P類和第q類合并為一個(gè)新類；步驟1. 4 :分別計(jì)算新類與其余各類的距離系數(shù)；步驟1. 5 :重復(fù)步驟1. 3和步驟1. 4，直到所有的樣本類歸成一類為止；步驟1. 6 :合并過程結(jié)束后，得到每一步合并過程中的最小距離系數(shù)，將所述最小距離系數(shù)歸一化處理，設(shè)第k_st印步的最小距離系數(shù)為d' k step，當(dāng)d' k+l step_d' ,_大于某一閾值時(shí)，則在第k_st印處停止聚類。如上所述的一種基于地點(diǎn)類別劃分的溫度插值方法，其中所述溫度插值具體分為如下步驟步驟2.1 :對(duì)于待溫度插值的區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格劃分；并設(shè)定影響范圍；步驟2. 2 :在影響范圍區(qū)域內(nèi)搜索具有溫度數(shù)據(jù)的地點(diǎn)；步驟2. 2 :計(jì)算待溫度插值的地點(diǎn)與具有溫度數(shù)據(jù)的地點(diǎn)間的地理位置距離，找出距離最近的具有溫度數(shù)據(jù)的地點(diǎn)，將所述具有溫度數(shù)據(jù)的地點(diǎn)的地點(diǎn)類別賦給所述待溫度插值的地點(diǎn)；步驟2. 3 :通過所述影響范圍內(nèi)同地點(diǎn)類別的具有溫度數(shù)據(jù)的地點(diǎn)計(jì)算得到所述待溫度插值的地點(diǎn)的溫度插值結(jié)果。如上所述的一種基于地點(diǎn)類別劃分的溫度插值方法，其中步驟2. 3中，所述插值計(jì)算公式如下
權(quán)利要求
1.一種基于地點(diǎn)類別劃分的溫度插值方法，首先根據(jù)已有的溫度數(shù)據(jù)對(duì)這些數(shù)據(jù)的氣象觀測(cè)地點(diǎn)進(jìn)行分類，采用系統(tǒng)聚類的方法將具有相似溫度分布與變化特征的地點(diǎn)聚為同一地點(diǎn)類別；然后進(jìn)行溫度插值，先判斷待插值地點(diǎn)屬于已聚類別的哪一地點(diǎn)類別，并歸入該地點(diǎn)類別，再采用反距離插值方法，利用影響范圍內(nèi)與待插值網(wǎng)格點(diǎn)具有相同地點(diǎn)類別的氣象觀測(cè)地點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行溫度插值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于地點(diǎn)類別劃分的溫度插值方法，其特征在于所述系統(tǒng)聚類的方法具體分為如下步驟步驟1.1 :使N個(gè)具有溫度數(shù)據(jù)的地點(diǎn)溫度樣本各自成一類；步驟1. 2 :分別計(jì)算任意兩個(gè)地點(diǎn)溫度樣本之間的距離系數(shù)，形成距離系數(shù)矩陣；步驟1. 3 :找出矩陣中最小的距離系數(shù)，所述最小的距離系數(shù)由第P類和第q類溫度樣本計(jì)算得到，使第P類和第q類合并為一個(gè)新類；步驟1. 4 :分別計(jì)算新類與其余各類的距離系數(shù)；步驟1. 5 :重復(fù)步驟1. 3和步驟1. 4，直到所有的樣本類歸成一類為止；步驟1. 6 :合并過程結(jié)束后，得到每一步合并過程中的最小距離系數(shù)，將所述最小距離系數(shù)歸一化處理，設(shè)第k_step步的最小距離系數(shù)為(Γ k_step,當(dāng)(Γ k+1_step-d/ k_step大于某一閾值時(shí)，則在第k_step處停止聚類。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于地點(diǎn)類別劃分的溫度插值方法，其特征在于所述溫度插值具體分為如下步驟步驟2.1 :對(duì)于待溫度插值的區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格劃分；并設(shè)定影響范圍；步驟2. 2 :在影響范圍區(qū)域內(nèi)搜索具有溫度數(shù)據(jù)的地點(diǎn)；步驟2. 2 :計(jì)算待溫度插值的地點(diǎn)與具有溫度數(shù)據(jù)的地點(diǎn)間的地理位置距離，找出距離最近的具有溫度數(shù)據(jù)的地點(diǎn)，將所述具有溫度數(shù)據(jù)的地點(diǎn)的地點(diǎn)類別賦給所述待溫度插值的地點(diǎn)；步驟2. 3 :通過所述影響范圍內(nèi)同地點(diǎn)類別的具有溫度數(shù)據(jù)的地點(diǎn)計(jì)算得到所述待溫度插值的地點(diǎn)的溫度插值結(jié)果。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于地點(diǎn)類別劃分的溫度插值方法，其特征在于步驟.2.3中，所述插值計(jì)算公式如下
全文摘要
本發(fā)明屬于環(huán)境光學(xué)特性研究領(lǐng)域，具體涉及一種基于地點(diǎn)類別劃分的溫度插值方法。目的是利用氣象觀測(cè)站點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行溫度網(wǎng)格插值，獲取較精確溫度的空間連續(xù)分布，分析溫度分布特點(diǎn)。該方法首先根據(jù)已有的溫度數(shù)據(jù)對(duì)這些數(shù)據(jù)的氣象觀測(cè)地點(diǎn)進(jìn)行分類，采用系統(tǒng)聚類的方法將具有相似溫度分布與變化特征的地點(diǎn)聚為同一地點(diǎn)類別；然后進(jìn)行溫度插值，先判斷待插值地點(diǎn)屬于已聚類別的哪一地點(diǎn)類別，并歸入該地點(diǎn)類別，再采用反距離插值方法，利用影響范圍內(nèi)與待插值網(wǎng)格點(diǎn)具有相同地點(diǎn)類別的氣象觀測(cè)地點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行溫度插值。由于采用了地點(diǎn)類別劃分，該方法既體現(xiàn)了溫度大面積的相似性，同時(shí)又體現(xiàn)了局部地區(qū)的獨(dú)特性。
文檔編號(hào)G06F19/00GK103049664SQ201210576640
公開日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月26日
發(fā)明者劉興潤, 劉浩, 李霞 申請(qǐng)人:中國航天科工集團(tuán)第二研究院二O七所