專利名稱：：高空格點(diǎn)氣象數(shù)據(jù)的四維插值方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種數(shù)據(jù)分析與插值計(jì)算方法，特別是一種符合高空格點(diǎn)氣象數(shù)據(jù)的四維插值方法。
背景技術(shù)：
：格點(diǎn)氣象數(shù)據(jù)為美國FAA(FederalAviationAdministration,美國聯(lián)邦航空局)的一項(xiàng)專用數(shù)據(jù)，其中包含每天0點(diǎn)、6點(diǎn)、12點(diǎn)和18點(diǎn)的氣象數(shù)據(jù)，每個時(shí)間點(diǎn)上的數(shù)據(jù)又包含實(shí)際大氣環(huán)境中的氣壓高度和溫度數(shù)據(jù)，對于每一個高度或溫度數(shù)據(jù)塊，又按照1000mb、850mb、700mb、500mb、400mb、300mb、250mb、200mb、150mb禾fU00mb的順序排列。對于每一個毫巴層的數(shù)據(jù)，其包含為全球以1.25度為間隔的經(jīng)緯度格點(diǎn)矩陣數(shù)據(jù)。如果希望利用此數(shù)據(jù)得到標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下規(guī)定的高空任意飛行高度層、任意經(jīng)諱度和任意時(shí)間點(diǎn)在實(shí)際大氣環(huán)境中的氣壓高度(以下簡稱實(shí)際放行高度)數(shù)據(jù)，就需要利用現(xiàn)有的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)進(jìn)行插值計(jì)算得到。此實(shí)際放行高度可以在高空空域安全評估、航路安全評估和航空器性能評估等方面得到廣泛地應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供了一種能夠得到標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下規(guī)定的高空任意飛行高度層、任意經(jīng)緯度和任意時(shí)間點(diǎn)在實(shí)際大氣環(huán)境中的氣壓高度的高空格點(diǎn)氣象數(shù)據(jù)的四維插值方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是這種高空格點(diǎn)氣象數(shù)據(jù)的四維插值方法包括以下步驟(1)對等氣壓層間實(shí)際放行高度進(jìn)行插值計(jì)算；(2)進(jìn)行指定經(jīng)緯度格點(diǎn)間的雙線性插值計(jì)算；(3)進(jìn)行指定時(shí)間點(diǎn)的線性插值計(jì)算。5本發(fā)明取得了如下技術(shù)效果(1)對高空氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，完成了高空分配高度層上的實(shí)際放行高度插值；(2)利用雙線性插值和線性插值方法，完成了任意經(jīng)緯度、任意時(shí)間點(diǎn)的真實(shí)高度插值。圖1所示為本發(fā)明的步驟(1)的流程圖；圖2所示為經(jīng)諱度格點(diǎn)間數(shù)據(jù)的雙線性插值的示意圖；圖3所示為本發(fā)明的步驟(2)的流程圖；圖4所示為本發(fā)明的步驟(3)的流程圖。具體實(shí)施例方式下面通過附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。圖l所示為本發(fā)明的步驟(1)的流程圖。該步驟利用高空氣象格點(diǎn)數(shù)據(jù)中的真實(shí)溫度和真實(shí)高度，計(jì)算得到高空分配高度層的真實(shí)高度數(shù)據(jù)，首先給出計(jì)算中使用到的各項(xiàng)參數(shù)符號及其意義A和P—許可飛行高度層所對應(yīng)上下mb氣壓層的mb值(己知經(jīng)驗(yàn)值)；^和;^許可飛行高度層所對應(yīng)上下mb氣壓層的真實(shí)高度(來源自氣象數(shù)據(jù))；^和^:許可飛行高度層所對應(yīng)上下mb氣壓層的真實(shí)溫度(來源自氣象數(shù)據(jù))；巧和A:標(biāo)準(zhǔn)大氣環(huán)境下許可飛行高度層所對應(yīng)上下mb氣壓層的標(biāo)準(zhǔn)高度(己知經(jīng)驗(yàn)值)；M:標(biāo)準(zhǔn)百英尺高度層(已知經(jīng)驗(yàn)值)；力標(biāo)準(zhǔn)大氣環(huán)境下高度層對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)大氣壓強(qiáng)(已知經(jīng)驗(yàn)值)；7:許可飛行高度層所對應(yīng)上下mb氣壓層的真實(shí)平均溫度，F(xiàn)=^;65:由相關(guān)上下氣壓層和百英尺高度層確定的平均環(huán)境溫度;差值公式最終結(jié)果，實(shí)際大氣環(huán)境下的放行高度。表1給出了在高空FL280至FL450之間的各項(xiàng)經(jīng)驗(yàn)取值<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表h等氣壓層間實(shí)際放行高度插值計(jì)算經(jīng)驗(yàn)參數(shù)取值所述步驟(1)包括以下分步驟(1.1)開始插值計(jì)算分配高度層的真實(shí)高度；(1.2)根據(jù)FL的數(shù)值取定各已知參數(shù)數(shù)值；(1.3)計(jì)算第二輔助參數(shù)&，其中^-^^;(1.4)判斷當(dāng)前高度層是否高于FL370，如果是執(zhí)行步驟(1.6)，否則執(zhí)行步驟(1.5);(1.5)按較低空域計(jì)算公式，計(jì)算7;=1+|.(^丄-A)，較低空域包含F(xiàn)L280至FL370共IO個高度層，執(zhí)行步驟(1.7);(1.6)按較高空域計(jì)算公式，計(jì)算5=,2+|.(//2-尺)，較高空域包含F(xiàn)L380至FL450共8個高度層，執(zhí)行步驟(1.7);ln(1.7)計(jì)算第一輔助參數(shù)&，其中^=*-111尸，(1.8)判斷當(dāng)前高度層是否高于FL370，如果是執(zhí)行步驟(1.10)，否則執(zhí)行步驟(1.9);(1.9)按較低空域計(jì)算公式，計(jì)算/^=/1+《1.(/2-/0，較低空域包含F(xiàn)L280至FL370共10個高度層，執(zhí)行步驟(1.11);(1.10)按較高空域計(jì)算公式，計(jì)算/^-、+^.b-/0，較高空域包含F(xiàn)L380至FL450共8個高度層，執(zhí)行步驟(1.11);(1.11)返回計(jì)算結(jié)果^/值，為高空分配高度層的真實(shí)高度數(shù)據(jù)；(1.12)等氣壓層間實(shí)際放行高度插值計(jì)算結(jié)束。本步驟對不同氣壓高度層的數(shù)據(jù)迸行了插值計(jì)算，得到了格點(diǎn)經(jīng)緯度上高空分配高度層的實(shí)際高度，為下一步在經(jīng)緯度上進(jìn)行的雙線性插值提供了有效的數(shù)據(jù)源。圖2所示為本發(fā)明中經(jīng)緯度格點(diǎn)雙線性插值過程示意圖，根據(jù)已知點(diǎn)尸(l，l)、戶(1，2)、尸(2，1)和尸(2，2)點(diǎn)的實(shí)際高度數(shù)據(jù)，通過插值方法計(jì)算任意點(diǎn)AT(;c，力的實(shí)際高度，圖3給出了步驟(2)的流程圖，具體為(2.1)開始雙線性插值計(jì)算；(2.2)給各項(xiàng)變量附初值，令P(l，l)點(diǎn)的經(jīng)緯度分別為x,、力，數(shù)據(jù)值為XU)，尸(1,2)點(diǎn)的經(jīng)緯度分別為A、》，數(shù)據(jù)值為/1，2)，P(2，l)點(diǎn)的經(jīng)緯度分別為;c2、力，數(shù)據(jù)值為A2，1)，尸(2，2)點(diǎn)的經(jīng)緯度分別為X2、力，數(shù)據(jù)值為/2,2)，M(x,力點(diǎn)的經(jīng)緯度為x、》數(shù)據(jù)值為/(;c,力(2.3)計(jì)算0(x，力)點(diǎn)的數(shù)據(jù)值，即(2.4)計(jì)算g2(^y2)點(diǎn)的數(shù)據(jù)值，即(2.5)計(jì)算M(x，力點(diǎn)的數(shù)據(jù)值，即/(x，力《^^/(;^)+^^/(W2)，少2-h力一力返回/0c,"數(shù)據(jù)值；(2.6)雙線性插值過程結(jié)束。本步驟將指定經(jīng)緯度格點(diǎn)間任意經(jīng)緯度數(shù)據(jù)值進(jìn)行了插值求解，得到了給定時(shí)間點(diǎn)，任意經(jīng)緯度的實(shí)際高度數(shù)據(jù)，為下一步在時(shí)間格點(diǎn)間進(jìn)行的線性插值提供了有效的數(shù)據(jù)源。圖4所示為本發(fā)明的步驟(3)的流程圖。由于高空格點(diǎn)的氣象數(shù)據(jù)按每日O點(diǎn)、6點(diǎn)、12點(diǎn)、18點(diǎn)給出，利用此方法可以得到任意時(shí)間點(diǎn)的實(shí)際高度數(shù)據(jù)值，具體為-(3.1)開始線性插值計(jì)算；G.2)給各項(xiàng)變量附初值，令r時(shí)刻點(diǎn)的時(shí)間為^，數(shù)據(jù)值為Ai)，T+6時(shí)刻點(diǎn)的時(shí)間為b數(shù)據(jù)值為A2)，待求解時(shí)刻的時(shí)間為f，數(shù)據(jù)值為AO;(3.3)計(jì)算,時(shí)刻的數(shù)據(jù)值，即/(,)"/(i)+潛y(Vo，返回/(0數(shù)(3.4)線性插值過程結(jié)束。本步驟完成了任意時(shí)間點(diǎn)的格點(diǎn)數(shù)據(jù)線性插值，完成了數(shù)據(jù)解析過程，得到了最終的數(shù)據(jù)解析結(jié)果。本發(fā)明通過將高空格點(diǎn)氣象數(shù)據(jù)的四維插值分析和計(jì)算，得到了標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下規(guī)定的高空任意飛行高度層、任意經(jīng)緯度和任意時(shí)間點(diǎn)在實(shí)際大氣環(huán)境中的氣壓高度，為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理提供了有效的數(shù)據(jù)源。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。權(quán)利要求1、高空格點(diǎn)氣象數(shù)據(jù)的四維插值方法，其特征在于，包括以下步驟(1)對等氣壓層間實(shí)際放行高度進(jìn)行插值計(jì)算；(2)進(jìn)行指定經(jīng)緯度格點(diǎn)間的雙線性插值計(jì)算；(3)進(jìn)行指定時(shí)間點(diǎn)的線性插值計(jì)算。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的高空格點(diǎn)氣象數(shù)據(jù)的四維插值方法，其特征在于，所述步驟(1)包括以下分步驟(1.1)開始插值計(jì)算分配高度層的真實(shí)高度；(1.2)根據(jù)FL的數(shù)值取定各已知參數(shù)數(shù)值；(1.3)計(jì)算第二輔助參數(shù)《2,其中《2=(1.4)判斷當(dāng)前高度層是否高于FL370，如果是執(zhí)行步驟(1.6)，否則執(zhí)行步驟(1.5);(1.5)按較低空域計(jì)算公式，計(jì)算^^1+*.(凡-//1)，較低空域包含F(xiàn)L280至FL370共IO個高度層，執(zhí)行步驟(1.7);(1.6)按較高空域計(jì)算公式，計(jì)算7^,2+|.(//2-F丄)，較高空域包含F(xiàn)L380至FL450共8個高度層，執(zhí)行步驟(1.7);(1.7)計(jì)算第一輔助參數(shù)&，其中A:,4-ln(1.8)判斷當(dāng)前高度層是否高于FL370，如果是執(zhí)行步驟(1.10)，否則執(zhí)行步驟(1.9);(1.9)按較低空域計(jì)算公式，計(jì)算/f"W(^D，較低空域包含F(xiàn)L280至FL370共10個高度層,執(zhí)行步驟(1.11);/ln1/o.io)按較高空域計(jì)算公式，計(jì)算/f,=-/0，較高空域包含F(xiàn)L380至FL450共8個高度層，執(zhí)行步驟(1.11);(1.11)返回計(jì)算結(jié)果i/;7值，為高空分配高度層的真實(shí)高度數(shù)據(jù)；(1.12)等氣壓層間實(shí)際放行高度插值計(jì)算結(jié)束。3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的ATB格式氣象數(shù)據(jù)的解析方法，其特征在于，所述步驟(2)包括以下分步驟(2.1)開始雙線性插值計(jì)算,-(2.2)給各項(xiàng)變量附初值，令尸(1，1)點(diǎn)的經(jīng)緯度分別為A、力，數(shù)據(jù)值為Xl，l),P(l,2)點(diǎn)的經(jīng)緯度分別為;d、》，數(shù)據(jù)值為X1,2)，尸(2,1)點(diǎn)的經(jīng)緯度分別為X2、力，數(shù)據(jù)值為/(2，1)，尸(2，2)點(diǎn)的經(jīng)緯度分別為X2、》，數(shù)據(jù)值為/2，2)，M(x，力點(diǎn)的經(jīng)緯度為x、》數(shù)據(jù)值為Xx,力；(2.3)計(jì)算"(x,力)點(diǎn)的數(shù)據(jù)值，即/(x,a),力)+/(x2,y!);(2.4)計(jì)算込(x,》)點(diǎn)的數(shù)據(jù)值，即/(x,_y2)X2—x/(x!,h)+x—Xl/(x2,y2);(2.5)計(jì)算M(xj)點(diǎn)的數(shù)據(jù)值，即/(x，力a^^/(;^)+i^/(;c，h)，少廣力少廣乂返回/(x,力數(shù)據(jù)值；(2.6)雙線性插值過程結(jié)束。4、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的ATB格式氣象數(shù)據(jù)的解析方法，其特征在于，所述步驟(3)包括以下分步驟(3.1)開始線性插值計(jì)算；(3.2)給各項(xiàng)變量附初值，令T時(shí)刻點(diǎn)的時(shí)間為^，數(shù)據(jù)值為Al)，T+6時(shí)刻點(diǎn)的時(shí)間為^數(shù)據(jù)值為A2)，待求解時(shí)刻的時(shí)間為"數(shù)據(jù)值為卿(3.3)計(jì)算t時(shí)刻的數(shù)據(jù)值，即/(,)《/(1)+/(2):/(1)(卜0，返回/(,)數(shù)據(jù)值；(3.4)線性插值過程結(jié)束。全文摘要公開了一種高空格點(diǎn)氣象數(shù)據(jù)的四維插值方法包括以下步驟(1)對等氣壓層間實(shí)際放行高度進(jìn)行插值計(jì)算；(2)進(jìn)行指定經(jīng)緯度格點(diǎn)間的雙線性插值計(jì)算；(3)進(jìn)行指定時(shí)間點(diǎn)的線性插值計(jì)算。本方法通過將高空格點(diǎn)氣象數(shù)據(jù)的四維插值分析和計(jì)算，能夠得到標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下規(guī)定的高空任意飛行高度層、任意經(jīng)緯度和任意時(shí)間點(diǎn)在實(shí)際大氣環(huán)境中的氣壓高度數(shù)據(jù)，為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理提供了有效的數(shù)據(jù)源。文檔編號G01W1/00GK101655568SQ20091008865公開日2010年2月24日申請日期2009年7月6日優(yōu)先權(quán)日2009年7月6日發(fā)明者珺兆,呂嘉川,唐金翔,軍張,朱衍波,許有臣,金開研申請人:民航數(shù)據(jù)通信有限責(zé)任公司;北京航空航天大學(xué)