本發(fā)明涉及一種空氣物質(zhì)觀測數(shù)據(jù)的處理和利用方法及其裝置，能夠提高對空氣物質(zhì)觀測數(shù)據(jù)的收集和處理的效率和準(zhǔn)確度，進(jìn)一步能夠提高利用這些空氣物質(zhì)觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行的空氣物質(zhì)預(yù)測的效率和準(zhǔn)確度。

背景技術(shù)：

隨著現(xiàn)代化建設(shè)的高速發(fā)展，大氣環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，給城市區(qū)域本來就脆弱的生態(tài)系統(tǒng)造成了巨大壓力；城市化進(jìn)程對城市的大氣環(huán)境質(zhì)量、城市風(fēng)、大氣溫度、降水、霧等等方面都產(chǎn)生了不可忽視的影響，導(dǎo)致了城市空氣污染加重、酸雨、城市霧災(zāi)等等各方面的大氣環(huán)境問題；該問題已經(jīng)成為國際學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)和重點(diǎn)。

隨著空氣污染防治和研究工作的開展，迫切需要了解空氣污染的影響和變化趨勢，為此空氣污染的預(yù)報應(yīng)運(yùn)而生；研究大氣擴(kuò)散基本模式要解決的基本問題，是湍流與煙流傳播和物質(zhì)濃度衰減的關(guān)系問題；目前處理這個問題廣泛運(yùn)用三種理論，即梯度輸送理論、統(tǒng)計理論和相似理論；利用這些理論來進(jìn)行研究時，又有三種方法，即：數(shù)值分析法、現(xiàn)場研究法和實(shí)驗(yàn)室中的模擬研究法。

空氣污染預(yù)測要從環(huán)境采集數(shù)據(jù)，并對市區(qū)影響最大的大氣中的重要污染物進(jìn)行評價；為此，需要選用〔有時要做修正〕或建立空氣污染預(yù)測模型，確定自由大氣中空氣微團(tuán)運(yùn)動受氣壓梯度力、重力和地轉(zhuǎn)偏向力的影響情況，如果作曲線運(yùn)動時，還受慣性離心力的影響，但沒有摩擦力；這些力，決定了空氣微團(tuán)的運(yùn)動方程。由空氣微團(tuán)的運(yùn)動方程，可根據(jù)具體的起始條件與邊界條件，對方程求解，得到不同的大氣擴(kuò)散模式，從而建立相應(yīng)的預(yù)測模型。

如以上所提到的那樣，在進(jìn)行空氣物質(zhì)(例如空氣污染物)預(yù)測時，首先，需要通過諸如空氣物質(zhì)觀測點(diǎn)對諸如城市中不同位置處的空氣物質(zhì)狀況或濃度值(例如，pm2.5的濃度值)進(jìn)行觀測，這樣會收集到不同觀測點(diǎn)處的空氣物質(zhì)觀測數(shù)據(jù)。然后，為了能夠在空氣物質(zhì)預(yù)測時利用這些空氣物質(zhì)觀測數(shù)據(jù)，需要對收集到的空氣物質(zhì)觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。目前一般的做法是將這些空氣物質(zhì)觀測數(shù)據(jù)匹配到地圖上的觀測區(qū)域中的所關(guān)注的網(wǎng)格點(diǎn)上。所謂網(wǎng)格點(diǎn)一般是將地圖上的觀測區(qū)域在經(jīng)度和維度上等間隔地分割為四邊形(例如矩形和方形)網(wǎng)格而形成的格子點(diǎn)。

圖1示意地示出了現(xiàn)有技術(shù)中所采用的將空氣物質(zhì)觀測數(shù)據(jù)映射到所關(guān)注的某個網(wǎng)格點(diǎn)上的數(shù)據(jù)映射方式。在圖1所示的數(shù)據(jù)映射方法中，φ1，φ2，…，φm表示m個空氣物質(zhì)觀測點(diǎn)處所觀測到的空氣物質(zhì)觀測數(shù)據(jù)，其所對應(yīng)的地圖上的位置即為各空氣物質(zhì)觀測點(diǎn)所處的地理位置，可以用橫坐標(biāo)x和縱坐標(biāo)y來表示。為了便于進(jìn)行說明，作為假設(shè)，這m個空氣物質(zhì)觀測點(diǎn)均未處于網(wǎng)格點(diǎn)上。

這里，需要將φ1，φ2，…，φm映射到所關(guān)注的網(wǎng)格點(diǎn)(xi，yj)上，生成網(wǎng)格點(diǎn)空氣物質(zhì)數(shù)據(jù)具體可以采用以下方式來生成網(wǎng)格點(diǎn)空氣物質(zhì)數(shù)據(jù)

其中

以及

這里，xk和yk分別是空氣物質(zhì)觀測點(diǎn)k的x坐標(biāo)和y坐標(biāo)。xi和yj是所關(guān)注的網(wǎng)格點(diǎn)(xi，yj)處的x坐標(biāo)和y坐標(biāo)。

在如上所述的數(shù)據(jù)映射方式中，需要將m個空氣物質(zhì)觀測點(diǎn)所觀測到的空氣物質(zhì)觀測數(shù)據(jù)φ1，φ2，…，φm利用其各自與所關(guān)注的網(wǎng)格點(diǎn)(xi，yj)之間的距離的倒數(shù)進(jìn)行加權(quán)，然后對加權(quán)后的數(shù)據(jù)進(jìn)行算數(shù)求和平均，從而生成所關(guān)注的網(wǎng)格點(diǎn)(xi，yj)處的空氣物質(zhì)數(shù)據(jù)在這樣的現(xiàn)有數(shù)據(jù)映射方式中，隨著空氣物質(zhì)觀測點(diǎn)、以 及所關(guān)注的網(wǎng)格點(diǎn)的數(shù)量增多，計算量將會急劇增加，甚至計算會變得無法實(shí)現(xiàn)。這樣，空氣物質(zhì)觀測數(shù)據(jù)的收集和處理將會變得非常低效或者不精確，進(jìn)一步利用這些空氣物質(zhì)觀測數(shù)據(jù)的空氣物質(zhì)預(yù)測也會變得非常低效或者不精確。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷提出了本發(fā)明。因此，本發(fā)明的目的之一是提出一種空氣物質(zhì)觀測數(shù)據(jù)的處理和利用方法及其裝置，能夠提高對空氣物質(zhì)觀測數(shù)據(jù)的收集和處理的效率和準(zhǔn)確度，進(jìn)一步能夠提高利用這些空氣物質(zhì)觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行的空氣物質(zhì)預(yù)測的效率和準(zhǔn)確度。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明，提出了一種空氣物質(zhì)觀測數(shù)據(jù)的處理和利用方法，包括：將觀測區(qū)域內(nèi)的各空氣物質(zhì)觀測點(diǎn)作為頂點(diǎn)，劃分出多個三角形網(wǎng)孔；對于所述多個三角形網(wǎng)孔的每一個，將作為該三角形網(wǎng)孔的三個頂點(diǎn)的三個空氣物質(zhì)觀測點(diǎn)所觀測到的空氣物質(zhì)觀測數(shù)據(jù)映射到該三角形網(wǎng)孔所圍住的地圖上的各個網(wǎng)格點(diǎn)上，生成網(wǎng)格點(diǎn)空氣物質(zhì)數(shù)據(jù)；以及將所述網(wǎng)格點(diǎn)空氣物質(zhì)數(shù)據(jù)作為初始數(shù)據(jù)，利于所建立的空氣物質(zhì)預(yù)測模型來對預(yù)定時間后的各網(wǎng)格點(diǎn)空氣物質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測。

優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明，利用三個系數(shù)對將作為該三角形網(wǎng)孔的三個頂點(diǎn)的三個空氣物質(zhì)觀測點(diǎn)所觀測到的空氣物質(zhì)觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)并求和，從而生成網(wǎng)格點(diǎn)空氣物質(zhì)數(shù)據(jù)。

優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明，所述空氣物質(zhì)觀測數(shù)據(jù)為空氣中所含各有害成分的濃度值。

優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明，所述地圖上的網(wǎng)格點(diǎn)是將地圖上的所述觀測區(qū)域在經(jīng)度和維度上等間隔地分割為四邊形網(wǎng)格而形成的格子點(diǎn)。

另外，根據(jù)本發(fā)明，提出了一種空氣物質(zhì)觀測數(shù)據(jù)的處理和利用裝置，包括：將觀測區(qū)域內(nèi)的各空氣物質(zhì)觀測點(diǎn)作為頂點(diǎn)，劃分出多個三角形網(wǎng)孔的單元；對于所述多個三角形網(wǎng)孔的每一個，將作為該三角形網(wǎng)孔的三個頂點(diǎn)的三個空氣物質(zhì)觀測點(diǎn)所觀測到的空氣物質(zhì)觀 測數(shù)據(jù)映射到該三角形網(wǎng)孔所圍住的地圖上的各個網(wǎng)格點(diǎn)上，生成網(wǎng)格點(diǎn)空氣物質(zhì)數(shù)據(jù)的單元；以及將所述網(wǎng)格點(diǎn)空氣物質(zhì)數(shù)據(jù)作為初始數(shù)據(jù)，利于所建立的空氣物質(zhì)預(yù)測模型來對預(yù)定時間后的各網(wǎng)格點(diǎn)空氣物質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測的單元。

根據(jù)本發(fā)明，能夠提高對空氣物質(zhì)觀測數(shù)據(jù)的收集和處理的效率和準(zhǔn)確度，進(jìn)一步能夠提高利用這些空氣物質(zhì)觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行的空氣物質(zhì)預(yù)測的效率和準(zhǔn)確度。

附圖說明

通過參考附圖的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述目的和優(yōu)點(diǎn)將變得更清楚，其中：

圖1是示意地示出了現(xiàn)有技術(shù)中所采用的將空氣物質(zhì)觀測數(shù)據(jù)映射到所關(guān)注的某個網(wǎng)格點(diǎn)上的數(shù)據(jù)映射方式的圖。

圖2是示意地示出了本發(fā)明中所采用的將空氣物質(zhì)觀測數(shù)據(jù)映射到所關(guān)注的某個網(wǎng)格點(diǎn)上的數(shù)據(jù)映射方式的圖。

圖3是示出了將觀測區(qū)域的所有空氣物質(zhì)觀測點(diǎn)連接成三角形網(wǎng)孔的示意圖。

圖4是用于說明在利用移動型空氣物質(zhì)觀測點(diǎn)的空氣物質(zhì)觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)映射時如何新形成三角形網(wǎng)孔的示意圖。

圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的空氣物質(zhì)觀測數(shù)據(jù)的處理和利用方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面將參考附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。在附圖中，相同的元件將由相同的參考符號或數(shù)字表示。此外，在本發(fā)明的下列描述中，將省略對已知功能和配置的具體描述，以避免使本發(fā)明的主題不清楚。

下面，將結(jié)合圖2來描述本發(fā)明中所采用的將空氣物質(zhì)觀測數(shù)據(jù)映射到所關(guān)注的某個網(wǎng)格點(diǎn)上的數(shù)據(jù)映射方式。這里需要指出的是， 本發(fā)明中出現(xiàn)的“空氣物質(zhì)”并不僅僅包括空氣中的污染物、或各種有害物質(zhì)或化學(xué)成分，還包括空氣中所包含的不完全有害的物質(zhì)甚至無害物質(zhì)。

在圖2所示的數(shù)據(jù)映射方式中，需要將任意三個空氣物質(zhì)觀測點(diǎn)a、b、c連接成三角形網(wǎng)孔。三角形網(wǎng)孔的各頂點(diǎn)a、b、c所觀測到的空氣物質(zhì)觀測數(shù)據(jù)分別為φa，φb和φc。然后，可以將三個頂點(diǎn)處的空氣物質(zhì)觀測數(shù)據(jù)φa，φb和φc分別映射到三角形網(wǎng)孔中所圍住的各網(wǎng)格點(diǎn)上。在圖2中，作為示例，由頂點(diǎn)a、b、c所形成的三角形網(wǎng)孔中所圍住的網(wǎng)格點(diǎn)的數(shù)量為三個，但是顯然本發(fā)明并不僅限于此。

下面針對圖2中的三角形網(wǎng)孔中所圍住的網(wǎng)格點(diǎn)(xi，yj)來說明如何對三角形網(wǎng)孔的各頂點(diǎn)a、b、c所觀測到的空氣物質(zhì)觀測數(shù)據(jù)φa、φb和φc進(jìn)行映射。對于三角形網(wǎng)孔中所圍住的其他兩個網(wǎng)格點(diǎn)(xi，yj+1)和(xi+1，yj)，由于數(shù)據(jù)映射方法與此類似，因此不再贅述。

這里，可以采用以下的公式將三角形網(wǎng)孔的各頂點(diǎn)a、b、c所觀測到的空氣物質(zhì)觀測數(shù)據(jù)φa、φb和φc映射為網(wǎng)格點(diǎn)(xi，yj)處的空氣物質(zhì)數(shù)據(jù)

其中，

其中，

這里，(xa，ya)、(xb，yb)和(xc，yc)分別表示三角形網(wǎng)孔的各頂點(diǎn)a、b、c的x坐標(biāo)和y坐標(biāo)。

如上所示，可以通過上述三個系數(shù)和分別對各頂點(diǎn)a、b、c所觀測到的空氣物質(zhì)觀測數(shù)據(jù)φa，φb和φc進(jìn)行加權(quán)并求 和，從而求得網(wǎng)格點(diǎn)(xi，yj)處的空氣物質(zhì)數(shù)據(jù)

通過如上所示進(jìn)行映射，能夠僅通過三個空氣物質(zhì)觀測數(shù)據(jù)和三個系數(shù)來求得所關(guān)心的網(wǎng)格點(diǎn)(三角形網(wǎng)孔中所包括的網(wǎng)格點(diǎn))的空氣物質(zhì)數(shù)據(jù)。與上述通過利用m個(遠(yuǎn)大于三個)空氣物質(zhì)觀測點(diǎn)的空氣物質(zhì)觀測數(shù)據(jù)和m個加權(quán)值來求得所關(guān)心的網(wǎng)格點(diǎn)的空氣物質(zhì)觀測數(shù)據(jù)的現(xiàn)有技術(shù)的數(shù)據(jù)映射方法相比，計算量和中間數(shù)據(jù)(例如加權(quán)系數(shù))的存儲量會極大地減小，提高了對空氣物質(zhì)觀測數(shù)據(jù)的收集和處理的效率和準(zhǔn)確度，進(jìn)一步提高了利用這些空氣物質(zhì)觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行的空氣物質(zhì)預(yù)測的效率和準(zhǔn)確度。

圖3是示出了將觀測區(qū)域的所有空氣物質(zhì)觀測點(diǎn)連接成三角形網(wǎng)孔的示意圖。

如圖3所示，可以利用各種已知的三角形網(wǎng)孔生成技術(shù)來對觀測區(qū)域的所有空氣物質(zhì)觀測點(diǎn)進(jìn)行處理，將這些空氣物質(zhì)觀測點(diǎn)分別作為三角形的頂點(diǎn)，從而在觀測區(qū)域形成多個三角形網(wǎng)孔。這樣形成的每個三角形網(wǎng)孔的三個頂點(diǎn)均為空氣物質(zhì)觀測點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，可以利用圖2所示的數(shù)據(jù)映射方法將每個三角形網(wǎng)孔的三個頂點(diǎn)處觀測到的空氣物質(zhì)觀測數(shù)據(jù)映射為該三角形網(wǎng)孔內(nèi)所圍住的各網(wǎng)格點(diǎn)的空氣物質(zhì)數(shù)據(jù)。然后，可以基于通過上述數(shù)據(jù)映射方法得到的整個觀測區(qū)域的各網(wǎng)格點(diǎn)空氣物質(zhì)數(shù)據(jù)，利于所建立的空氣物質(zhì)預(yù)測模型來對預(yù)定時間后的各網(wǎng)格點(diǎn)空氣物質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測。關(guān)于空氣物質(zhì)預(yù)測模型的具體建立方法可以采用各種已知的建模方法，在此不再贅述。

圖4是用于說明在利用移動型空氣物質(zhì)觀測點(diǎn)的空氣物質(zhì)觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行上述數(shù)據(jù)映射時如何新形成三角形網(wǎng)孔的示意圖。

如圖4所示，在圍住確定了特定空氣物質(zhì)發(fā)生源的網(wǎng)格點(diǎn)的、由三個空氣物質(zhì)觀測點(diǎn)a、b、c構(gòu)成的三角形網(wǎng)孔abc中移入了移動型空氣物質(zhì)觀測點(diǎn)p時，或者在該三角形網(wǎng)孔abc內(nèi)選擇移動中的移動型空氣物質(zhì)觀測點(diǎn)p并采用該移動型空氣物質(zhì)觀測點(diǎn)p處所觀測到的空氣物質(zhì)觀測數(shù)據(jù)來進(jìn)行上述數(shù)據(jù)映射時，可以使用新形成的三角形網(wǎng)孔abp、 bcp、cap來執(zhí)行上述數(shù)據(jù)映射。

圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的空氣物質(zhì)觀測數(shù)據(jù)的處理和利用方法的流程圖。

如圖5所示，根據(jù)本發(fā)明的方法，在步驟401，將觀測區(qū)域內(nèi)的各空氣物質(zhì)觀測點(diǎn)作為頂點(diǎn)，劃分出多個三角形網(wǎng)孔。然后，在步驟403，對于所述多個三角形網(wǎng)孔的每一個，將作為該三角形網(wǎng)孔的三個頂點(diǎn)的三個空氣物質(zhì)觀測點(diǎn)所觀測到的空氣物質(zhì)觀測數(shù)據(jù)映射到該三角形網(wǎng)孔所圍住的地圖上的各個網(wǎng)格點(diǎn)上，生成網(wǎng)格點(diǎn)空氣物質(zhì)數(shù)據(jù)。最后，在步驟405，將所述網(wǎng)格點(diǎn)空氣物質(zhì)數(shù)據(jù)作為初始數(shù)據(jù)，利于所建立的空氣物質(zhì)預(yù)測模型來對預(yù)定時間后的各網(wǎng)格點(diǎn)空氣物質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測。

以上列舉了若干具體實(shí)施例來詳細(xì)闡明本發(fā)明，這些個例僅用于說明本發(fā)明的原理及其實(shí)施方法，而非對本發(fā)明的限制，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以做出各種變形和改進(jìn)。因此，本發(fā)明不應(yīng)由上述實(shí)施例來限定，而應(yīng)由所附權(quán)利要求及其等價物來限定。