尺度自適應(yīng)的插值方法及尺度自適應(yīng)的插值系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及地理信息領(lǐng)域。為了解決現(xiàn)有的插值方法損失很多有用信息以致插值結(jié)果誤差較大的問題，本發(fā)明提出一種尺度自適應(yīng)的插值方法及尺度自適應(yīng)的插值系統(tǒng)，所述方法包括下列步驟：獲取目標(biāo)區(qū)域中已知數(shù)據(jù)點(diǎn)的氣象數(shù)據(jù)和空氣所含物濃度數(shù)據(jù)；對所述目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行子區(qū)域劃分；根據(jù)每個(gè)子區(qū)域內(nèi)數(shù)據(jù)點(diǎn)的空間分布特征分別確定對該子區(qū)域進(jìn)行插值的空間尺度，并基于該空間尺度對所述子區(qū)域進(jìn)行格網(wǎng)化；根據(jù)氣象數(shù)據(jù)中的風(fēng)向和風(fēng)速數(shù)據(jù)，選取參與插值的已知數(shù)據(jù)點(diǎn)；對每個(gè)子區(qū)域內(nèi)的經(jīng)過格網(wǎng)化后得到的格網(wǎng)點(diǎn)利用所選取的已知數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行插值；將對各個(gè)子區(qū)域分別插值得到的結(jié)果進(jìn)行融合。使用本發(fā)明的方法得到的插值結(jié)果更加精確、可信。
【專利說明】尺度自適應(yīng)的插值方法及尺度自適應(yīng)的插值系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及地理信息領(lǐng)域，具體涉及一種尺度自適應(yīng)的插值方法及一種尺度自適 應(yīng)的插值系統(tǒng)，用于對目標(biāo)區(qū)域中的空氣所含物濃度根據(jù)已知數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行插值。

【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的空間插值方法要求觀測點(diǎn)在空間上的分布盡可能均勻，否則不能得到較好 的插值結(jié)果。然而，對于某些實(shí)際情況，如空氣監(jiān)測站觀測的空氣污染物濃度，觀測點(diǎn)在空 間上的分布是很不均勻的，因此，傳統(tǒng)的空間插值算法不再適用于這些情況。
[0003] 在對空氣污染物濃度進(jìn)行空間插值時(shí)，氣象因素，如溫度、濕度、風(fēng)速和風(fēng)向，對插 值結(jié)果具有很重要的影響。傳統(tǒng)的處理方法是直接將氣象因素作為因子進(jìn)行插值，這導(dǎo)致 損失掉很多有用信息，特別是風(fēng)速和風(fēng)向提供的信息。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提出一種尺度自適應(yīng)的插值方法及一種尺度自適應(yīng)的插值系統(tǒng)，用于對目 標(biāo)區(qū)域中的空氣所含物濃度根據(jù)已知數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行插值，以解決現(xiàn)有技術(shù)的插值方法 損失很多有用信息以致插值結(jié)果誤差較大的問題。該方法包括下列步驟：
[0005] S1 :獲取目標(biāo)區(qū)域中已知數(shù)據(jù)點(diǎn)的氣象數(shù)據(jù)和空氣所含物濃度數(shù)據(jù)；
[0006] S2 :對所述目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行子區(qū)域劃分；
[0007] S3:根據(jù)每個(gè)子區(qū)域內(nèi)數(shù)據(jù)點(diǎn)的空間分布特征分別確定對該子區(qū)域進(jìn)行插值的空 間尺度，并基于該空間尺度對所述子區(qū)域進(jìn)行格網(wǎng)化；
[0008] S4 :根據(jù)步驟S1獲得的氣象數(shù)據(jù)中的風(fēng)向和風(fēng)速數(shù)據(jù)，選取參與插值的已知數(shù)據(jù) 占 .
[0009] S5 :對每個(gè)子區(qū)域內(nèi)的經(jīng)過步驟S3格網(wǎng)化后得到的格網(wǎng)點(diǎn)利用步驟S4選取的已 知數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行插值；
[0010] S6 :將對各個(gè)子區(qū)域分別插值得到的結(jié)果進(jìn)行融合。
[0011] 該方法將空間上離散的觀測值，即已知數(shù)據(jù)點(diǎn)的空氣所含物濃度數(shù)據(jù)進(jìn)行空間連 續(xù)性分析處理，從而實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)區(qū)域中任何沒有觀測值的空間位置進(jìn)行空氣所含物濃度的 插值計(jì)算，即計(jì)算出任意空間位置的空氣所含物濃度。
[0012] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，該方法根據(jù)已知數(shù)據(jù)點(diǎn)的空間分布情況自動(dòng)調(diào)整插值的空間尺 度，從而最大限度地利用有效信息，并且規(guī)避掉無用信息的干擾；另外，引入氣象數(shù)據(jù)（如 風(fēng)速和風(fēng)向數(shù)據(jù)）來智能選擇插值所用的合適的已知數(shù)據(jù)點(diǎn)，因此，插值結(jié)果更加精確、可 ?目。
[0013] 根據(jù)已知數(shù)據(jù)點(diǎn)的空間分布情況自動(dòng)調(diào)整插值的空間尺度，具有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：一是 將目標(biāo)區(qū)域劃分成子區(qū)域進(jìn)行處理，對于已知數(shù)據(jù)點(diǎn)分布密集的子區(qū)域，采用較小的空間 尺度進(jìn)行插值，可以最大限度地利用這些子區(qū)域的已有信息，提高插值結(jié)果的精確度和可 信度；二是對于已知數(shù)據(jù)點(diǎn)分布稀疏的子區(qū)域，采用較大的空間尺度進(jìn)行插值，可以在不減 小插值結(jié)果精確度和可信度的情況下，大大提高計(jì)算的速度，從而實(shí)現(xiàn)插值算法的實(shí)時(shí)高 效執(zhí)行。
[0014] 本發(fā)明提出，所述步驟S2中采用空間聚類方法進(jìn)行子區(qū)域劃分。
[0015] 本發(fā)明提出，所述步驟S2中采用Voronoi圖劃分方法或三角網(wǎng)劃分方法進(jìn)行子區(qū) 域劃分。
[0016] 本發(fā)明提出，所述空間尺度是根據(jù)空間變程和/或所有已知點(diǎn)對距離的平均值和 /或最小值和/或中值和/或已知數(shù)據(jù)點(diǎn)的空間密度來確定的。
[0017] 本發(fā)明提出，所述步驟S3中格網(wǎng)化包括矩形格網(wǎng)化、三角形格網(wǎng)化、正多邊形格 網(wǎng)化以及不規(guī)則多邊形格網(wǎng)化。
[0018] 本發(fā)明提出，所述步驟S5中插值的方法包括反距離加權(quán)法、方向加權(quán)法、方向距 離加權(quán)法以及普通克里金插值法，還包括將氣象數(shù)據(jù)作為因子參與插值的因子克里金插值 方法。
[0019] 本發(fā)明提出，所述步驟S6中各個(gè)子區(qū)域插值結(jié)果的融合利用緩沖區(qū)分析和空間 疊加的方法或利用對子區(qū)域之間的空隙區(qū)域進(jìn)行再插值的方法。
[0020] 一種尺度自適應(yīng)的插值系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)獲取模塊、子區(qū)域劃分模塊、尺度自適應(yīng)格 網(wǎng)化模塊、數(shù)據(jù)選取模塊、插值計(jì)算模塊、結(jié)果融合模塊、可視化模塊和展示模塊；所述數(shù)據(jù) 獲取模塊，用于獲取目標(biāo)區(qū)域中帶有地理位置信息的已知數(shù)據(jù)點(diǎn)的氣象數(shù)據(jù)和空氣所含物 濃度數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸至所述子區(qū)域劃分模塊、所述尺度自適應(yīng)格網(wǎng)化模塊和所述數(shù)據(jù) 選取模塊；所述子區(qū)域劃分模塊，用于將所述目標(biāo)區(qū)域劃分為大小不同的K個(gè)子區(qū)域，并將 劃分結(jié)果傳輸至所述尺度自適應(yīng)格網(wǎng)化模塊和所述數(shù)據(jù)選取模塊；所述尺度自適應(yīng)格網(wǎng)化 模塊，用于對所述子區(qū)域劃分模塊得到的每個(gè)子區(qū)域，利用每個(gè)子區(qū)域內(nèi)已知數(shù)據(jù)點(diǎn)的空 間分布特征自動(dòng)確定合適的空間尺度，并根據(jù)該尺度進(jìn)行格網(wǎng)化，并將格網(wǎng)化結(jié)果傳輸至 所述數(shù)據(jù)選取模塊和所述插值計(jì)算模塊；所述數(shù)據(jù)選取模塊，用于對所述子區(qū)域劃分模塊 對目標(biāo)區(qū)域劃分后得到的每個(gè)子區(qū)域，結(jié)合所述數(shù)據(jù)獲取模塊獲取的氣象數(shù)據(jù)和空氣所含 物濃度數(shù)據(jù)以及所述尺度自適應(yīng)格網(wǎng)化模塊中確定的空間尺度選取參與插值的已知數(shù)據(jù) 點(diǎn)，并將選取的已知數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸至所述插值計(jì)算模塊；所述插值計(jì)算模塊，利用所述 數(shù)據(jù)選取模塊得到的數(shù)據(jù)和所述尺度自適應(yīng)格網(wǎng)化模塊中確定的空間尺度對各個(gè)子區(qū)域 進(jìn)行插值，得到K個(gè)插值后的子區(qū)域，并將插值結(jié)果傳輸至所述結(jié)果融合模塊；所述結(jié)果融 合模塊，將所述插值計(jì)算模塊得到的各個(gè)子區(qū)域的插值結(jié)果進(jìn)行融合，得到整個(gè)目標(biāo)區(qū)域 的插值結(jié)果，并將所述插值結(jié)果傳輸至所述可視化模塊；所述可視化模塊，將所述結(jié)果融合 模塊得到的整個(gè)目標(biāo)區(qū)域的插值結(jié)果渲染為圖片、直方圖、折線圖、視頻、交互圖等形式或 以數(shù)值形式進(jìn)行可視化，并將可視化結(jié)果傳輸至所述展示模塊；所述展示模塊，對所述可視 化模塊得到的可視化結(jié)果進(jìn)行展示，展示形式包括網(wǎng)站、智能手機(jī)APP、智能平板APP、嵌入 式程序。
[0021] 本發(fā)明提出，該尺度自適應(yīng)的插值系統(tǒng)還包括定位模塊，用于獲取訪問終端的實(shí) 時(shí)位置信息，并將實(shí)時(shí)位置信息傳輸給所述展示模塊，所述展示模塊根據(jù)實(shí)時(shí)位置信息展 示當(dāng)前位置的可視化結(jié)果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022] 下面借助于附圖描述根據(jù)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)的實(shí)施例。附圖示意性表示：
[0023] 圖1本發(fā)明的尺度自適應(yīng)的插值方法的流程圖；
[0024] 圖2本發(fā)明的尺度自適應(yīng)的插值系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0025] 圖1為本發(fā)明的尺度自適應(yīng)的插值方法的流程圖，下面詳細(xì)描述該插值方法。
[0026] 步驟S1，獲取目標(biāo)區(qū)域中已知數(shù)據(jù)點(diǎn)的氣象數(shù)據(jù)和空氣所含物濃度數(shù)據(jù)。這些數(shù) 據(jù)是觀測到的已知數(shù)據(jù)，可以從監(jiān)測站獲取，并且全部帶有地理位置信息。
[0027] 氣象數(shù)據(jù)包括溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、氣壓等?？諝馑餄舛葦?shù)據(jù)是空氣中所包 含的各種物質(zhì)的濃度數(shù)據(jù)，例如PM 2.5、PM1(I、S02、CO、N02、0 3、負(fù)氧離子、水分、02、N2等的濃度 數(shù)據(jù)。
[0028] 這些氣象數(shù)據(jù)和空氣所含物濃度數(shù)據(jù)可利用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存儲(chǔ)和表達(dá)，分為 兩個(gè)數(shù)據(jù)表，分別為空氣所含物濃度數(shù)據(jù)表和氣象數(shù)據(jù)表，參見表1和表2。
[0029] 表 1 :
[0030]

【權(quán)利要求】
1. 一種尺度自適應(yīng)的插值方法，其特征在于，所述方法包括下列步驟： 51 :獲取目標(biāo)區(qū)域中已知數(shù)據(jù)點(diǎn)的氣象數(shù)據(jù)和空氣所含物濃度數(shù)據(jù)； 52 :對所述目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行子區(qū)域劃分； 53 :根據(jù)每個(gè)子區(qū)域內(nèi)數(shù)據(jù)點(diǎn)的空間分布特征分別確定對該子區(qū)域進(jìn)行插值的空間尺 度，并基于該空間尺度對所述子區(qū)域進(jìn)行格網(wǎng)化； 54 :根據(jù)步驟S1獲得的氣象數(shù)據(jù)中的風(fēng)向和風(fēng)速數(shù)據(jù)，選取參與插值的已知數(shù)據(jù)點(diǎn)； 55 :對每個(gè)子區(qū)域內(nèi)的經(jīng)過步驟S3格網(wǎng)化后得到的格網(wǎng)點(diǎn)利用步驟S4選取的已知數(shù) 據(jù)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行插值； 56 :將對各個(gè)子區(qū)域分別插值得到的結(jié)果進(jìn)行融合。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的尺度自適應(yīng)的插值方法，其特征在于，所述步驟S2中采用空 間聚類方法進(jìn)行子區(qū)域劃分。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的尺度自適應(yīng)的插值方法，其特征在于，所述步驟S2中采用 Voronoi圖劃分方法或三角網(wǎng)劃分方法進(jìn)行子區(qū)域劃分。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的尺度自適應(yīng)的插值方法，其特征在于，所述空間 尺度是根據(jù)空間變程和/或所有已知點(diǎn)對距離的平均值和/或最小值和/或中值和/或已 知數(shù)據(jù)點(diǎn)的空間密度來確定的。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的尺度自適應(yīng)的插值方法，其特征在于，所述步驟 S3中格網(wǎng)化包括矩形格網(wǎng)化、三角形格網(wǎng)化、正多邊形格網(wǎng)化以及不規(guī)則多邊形格網(wǎng)化。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的尺度自適應(yīng)的插值方法，其特征在于，所述步驟 S5中插值的方法包括反距離加權(quán)法、方向加權(quán)法、方向距離加權(quán)法以及普通克里金插值法， 還包括將氣象數(shù)據(jù)作為因子參與插值的因子克里金插值方法。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的尺度自適應(yīng)的插值方法，其特征在于，所述步驟S6中各 個(gè)子區(qū)域插值結(jié)果的融合利用緩沖區(qū)分析和空間疊加的方法或利用對子區(qū)域之間的空隙 區(qū)域進(jìn)行再插值的方法。
8. -種尺度自適應(yīng)的插值系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)獲取模塊（1)、子區(qū)域劃分模塊（2)、尺度自 適應(yīng)格網(wǎng)化模塊（3)、數(shù)據(jù)選取模塊（4)、插值計(jì)算模塊（5)、結(jié)果融合模塊￠)、可視化模塊 (7)和展示模塊（8); 所述數(shù)據(jù)獲取模塊（1)，用于獲取目標(biāo)區(qū)域中帶有地理位置信息的已知數(shù)據(jù)點(diǎn)的氣象 數(shù)據(jù)和空氣所含物濃度數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸至所述子區(qū)域劃分模塊（2)、所述尺度自適應(yīng)格 網(wǎng)化模塊（3)和所述數(shù)據(jù)選取模塊（4); 所述子區(qū)域劃分模塊（2)，用于將所述目標(biāo)區(qū)域劃分為大小不同的K個(gè)子區(qū)域，并將劃 分結(jié)果傳輸至所述尺度自適應(yīng)格網(wǎng)化模塊（3)和所述數(shù)據(jù)選取模塊（4); 所述尺度自適應(yīng)格網(wǎng)化模塊（3)，用于對所述子區(qū)域劃分模塊（2)得到的每個(gè)子區(qū)域， 利用每個(gè)子區(qū)域內(nèi)已知數(shù)據(jù)點(diǎn)的空間分布特征自動(dòng)確定合適的空間尺度，并根據(jù)該尺度進(jìn) 行格網(wǎng)化，并將格網(wǎng)化結(jié)果傳輸至所述數(shù)據(jù)選取模塊（4)和所述插值計(jì)算模塊（5); 所述數(shù)據(jù)選取模塊（4)，用于對所述子區(qū)域劃分模塊（2)對目標(biāo)區(qū)域劃分后得到的每 個(gè)子區(qū)域，結(jié)合所述數(shù)據(jù)獲取模塊（1)獲取的氣象數(shù)據(jù)和空氣所含物濃度數(shù)據(jù)以及所述尺 度自適應(yīng)格網(wǎng)化模塊（3)中確定的空間尺度選取參與插值的已知數(shù)據(jù)點(diǎn)，并將選取的已知 數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸至所述插值計(jì)算模塊（5); 所述插值計(jì)算模塊（5)，利用所述數(shù)據(jù)選取模塊（4)得到的數(shù)據(jù)和所述尺度自適應(yīng)格 網(wǎng)化模塊（3)中確定的空間尺度對各個(gè)子區(qū)域進(jìn)行插值，得到K個(gè)插值后的子區(qū)域，并將插 值結(jié)果傳輸至所述結(jié)果融合模塊（6); 所述結(jié)果融合模塊￠)，將所述插值計(jì)算模塊（5)得到的各個(gè)子區(qū)域的插值結(jié)果進(jìn)行 融合，得到整個(gè)目標(biāo)區(qū)域的插值結(jié)果，并將所述插值結(jié)果傳輸至所述可視化模塊（7); 所述可視化模塊（7)，將所述結(jié)果融合模塊（6)得到的整個(gè)目標(biāo)區(qū)域的插值結(jié)果渲染 為圖片、直方圖、折線圖、視頻、交互圖等形式或以數(shù)值形式進(jìn)行可視化，并將可視化結(jié)果傳 輸至所述展示模塊（8); 所述展示模塊（8)，對所述可視化模塊（7)得到的可視化結(jié)果進(jìn)行展示，展示形式包括 網(wǎng)站、智能手機(jī)APP、智能平板APP、嵌入式程序。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的尺度自適應(yīng)的插值系統(tǒng)，其特征在于，該尺度自適應(yīng)的插值 系統(tǒng)還包括定位模塊（9)，用于獲取訪問終端的實(shí)時(shí)位置信息，并將實(shí)時(shí)位置信息傳輸給所 述展示模塊（8)，所述展示模塊（8)根據(jù)實(shí)時(shí)位置信息展示當(dāng)前位置的可視化結(jié)果。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK104102845SQ201410356249
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月24日
【發(fā)明者】朱亞杰, 侯俊雄, 梁賀明, 朱奉勇 申請人:北京坤成科技有限公司