CN109697317A - 计算风向的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种计算风向的装置及方法，该方法包括：采集或输入风向数据并存储；利用采集或输入的风向数据创建若干数据表，用于分别存储不同时间级别的风向角度数据；从所述若干数据表中调取一选择时间段内的若干风向角度，结合风向数计算并输出风向的方位值，所述方位值为将风向集合中的风向按照连续的角度范围依次排列时进行连续标记的序号。本发明在一个计算过程内即可得到风向的方位值，不用来回调用其他方法函数，可以计算出风向的方位值。

Description

计算风向的装置及方法
技术领域
本发明涉及风向测量技术领域，尤其涉及一种计算风向的装置及方法。
背景技术
在大气的近地面层，由于风场结构的湍流性质，使风向风速成为在时间和空间上都不断变化的量。风向可以用16个方位来进行描述，也可用8个方位来进行描述。当我们做某项定性定量的研究时就需要对风向风速进行标准、准确的计算，只有在准确的风向下计算研究出的结果才具有可信性，准确性，客观性。下面列举两种平均风向的计算方法。
(1)算术平均法：
算术平均法是一项最简单的计算方法，算法公式如下：
式中Aa是简单的算术平均风向，Ai为第i个风向样本的风向方位角，N为样本个数。
(2)标量平均法
标量平均法是由美国环保局推荐使用的一种算法，算法公式如下：
算式中式中Aa是简单的算术平均风向，Ai为第i个风向样本的风向方位角，N为样本个数，当i＝1时：Di＝Ai；当i＞1，δi＜-180时：Di＝Di-1+360+δi；当i＞1，δi＜|180|时Di＝Di-1+δi；当i＞1，δi＞180时：Di＝Di-1-360+δi；当i＞1时：δi＝Ai-Di-1。
目前针对大量的样本的平均风向，会利用上述的算法进行大量的繁琐的计算，且需要对每个计算结果进行依次比对才能去除不合理的结果，得到最后的方位值。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种计算风向的装置及方法，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
作为本发明的一个方面，提供了一种计算风向的方法，包括以下步骤：
步骤A：采集或输入风向数据并存储；
步骤B：利用采集或输入的风向数据创建若干数据表，用于分别存储不同时间级别的风向角度数据；
步骤C：从所述若干数据表中调取一选择时间段内的若干风向角度，结合风向数计算并输出方位值，所述方位值为将风向集合中的风向按照连续的角度范围依次排列时进行连续标记的序号。
作为本发明的另一个方面，提供了一种计算风向的装置，包括采集单元与输入/输出单元中的至少之一，以及处理单元，其中：
采集单元，用于采集风向数据并存储；
输入/输出单元，用于输入风向数据，输出计算得到的风向的方位值；
处理单元，用于对采集单元采集的或者输入/输出单元输入的风向数据进行处理，计算得到方位值之后再通过输入/输出单元输出；其中所述处理单元进一步包括存储表模块和计算模块，其中：
存储表模块，包括若干数据表，用于分别存储不同时间级别的风向角数据；
计算模块，用于从所述存储表模块中调取在一选择时间段内的若干风向角度，结合风向数计算得到方位值，所述方位值为风向集合中的风向按照连续的角度范围依次排列时的连续标记序号。
基于上述技术方案，本发明的有益效果在于：
(1)本发明将不同时间级别的风向角度数据存储在数据表中，根据选择的时间段调用相应的风向角数据，结合风向数可以直接计算风向的方位值，加快了计算进程。
(2)进一步通过精简计算过程，无需在计算过程中进行循环判断，较少了数据丢失，提高精确性。
(3)本发明在一个计算过程内即可计算得到风向的方位值，不用来回调用其他方法函数，减少来回往返的次数，提高了执行效率。
附图说明
图1是本发明实施例计算风向的方法的流程示意图；
图2是本发明实施例采用第一种方式计算风向的方位值的流程示意图；
图3是本发明实施例采用第二种方式计算风向的方位值的流程示意图；
图4是本发明实施例计算风向的装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
本发明公开了一种计算风向的装置及方法，将不同时间级别的风向角度数据存储在数据表中，根据选择的时间段调用相应的风向角数据，结合风向数可以直接计算风向的方位值，加快了计算进程。
具体地，作为一示例性实施例，本发明提供了一种计算风向的方法，包括以下步骤：
步骤A：采集或输入风向数据并存储；
一般城市中分布有几百个空气超级检测站点，来监测环境中的风向风速情况，每个站点每分钟会上传一个含实时风向角度的数据包到服务器进行存储。
步骤B：利用采集或输入的风向数据创建若干数据表，用于分别存储不同时间级别的风向角度数据；该若干数据表包括分钟数据表、小时数据表以及日数据表，其中，分钟数据表用于存储监测站点采集的每分钟实时风向角度，小时数据表用于存储一小时内的每分钟平均风向角度，日数据表用于存储一日内每小时的平均风向角度。
具体地，首先创建分钟数据表，将上传的每分钟实时风向角度数据逐条地插入到分钟数据表中，然后创建小时数据表，小时数据作业例如可在每小时的第2分钟执行，根据分钟数据表的数据计算一小时内的每分钟平均风向角度插入到小时数据表中，然后创建日数据表，日数据作业例如可在每天的00：20分执行，根据小时数据表的数据计算一天内的每小时平均风向角度。可以理解，此处的平均风向角度可以采用现有的平均风向算法如算数平均法、标量平均法等进行计算。
步骤C：从若干数据表中调取一选择时间段内的若干风向角度，结合风向数计算并输出方位值，其中方位值为将风向集合中的风向按照连续的角度范围依次排列时进行连续标记的序号。
风向例如可以用4、8、16个方位来进行描述，如表1和表2中所示分别为16方位和8方位的风向符号和角度范围：
表1
序号 缩写 风向 中心角度 角度范围
0 N 北风 0° 348.76-11.25
1 NNE 东北偏北 22.5° 11.26-33.75
2 NE 东北 45° 33.76-56.25
3 ENE 东北偏东 67.5° 56.26-78.75
4 E 东 90° 78.76-101.25
5 ESE 东南偏东 112.5° 101.26-123.75
6 SE 东南 135° 123.76-146.25
7 SSE 东南偏南 157.5° 146.26-168.75
8 S 南 180° 168.76-191.25
9 SSW 西南偏南 202.5° 191.26-213.75
10 SW 西南 225° 213.76-236.25
11 WSW 西南偏西 247.5° 236.26-258.75
12 W 西 270° 258.76-281.25
13 WNW 西北偏西 292.5° 281.76-303.75
14 NW 西北 315° 303.76-326.25
15 NNW 西北偏北 337.5° 326.26-348.75
表2
序号 缩写 风向 角度范围
0 N 北风 0-22.5：337.6-360
1 EN 东北风 22.6-67.5
2 E 东风 67.6-112.5
3 ES 东南风 112.6-157.5
4 S 南风 157.6-202.5
5 WS 西南风 202.6-247.5
6 W 西风 247.6-292.5
7 WN 西北风 292.6-337.5
以8方位的风向集合为例，该风向集合表示为{“东风”、“东南风”、“南风”、“西南风”、...“北风”}，集合长度为8，也即风向数C为8。本实施例中以中心角度0°的风向作为起始风向，将各个风向按照连续的角度范围由小至大依次排列，并依次标记为0、1、...、7作为方位值，如表2中所示。
本发明具体提供了两种方式来进行风向的方位值计算，其中第一种计算过程如图2所示，包括如下步骤：
子步骤C1：根据以下公式计算序号i，有i＝(A+180°/C)/(360°/C)，其中A为风向角度。子步骤C2：对i进行向下取整得到value值；子步骤C3：判断value值与序号i之间、以及风向角度与临界值之间的关系，对value值进行修正得到方位值。
更具体地，子步骤C3包括：若风向角度为临界值即t＝1，value值与序号i相等且非零，则将value值减一，作为方位值，反之则判断value值是否等于风向数C，若value值等于风向数C，则将value值赋值为0，作为方位值，反之则直接将value值作为方位值。
举例来说，以风向角度A＝180度为例，可以得到i＝4.5，进行向下取整后得到value＝4；由于风向角度A为非临界值，value值不等于8，因此方位值即为4。
第二种计算过程如图3所示，根据以下算法计算风向的方位值：
方位值＝[(A+180°/C)/(360°/C)]％C，其中A为风向角度，％表示取余。可以理解取余的除数和被除数均为整数，此公式中的第二个“/”表示取整。
同样以风向角度180度为例，可以得到方位值＝4％8＝4，可以看出相较于第一种计算过程，无需循环计算判断，且无需进行向下取整的操作，精简了计算过程，减少了数据丢失，使得计算结果更为精确。
作为本发明的另一个方面，本发明还提供了一种计算风向的装置，包括采集单元与输入/输出单元中的至少之一，以及处理单元，其中：
采集单元，用于采集风向数据并存储；
输入/输出单元，用于输入风向数据，输出计算得到的风向的方位值；
处理单元，用于对采集单元采集的或者输入/输出单元输入的风向数据进行处理，计算得到方位值之后再通过输入/输出单元输出；其中处理单元进一步包括存储表模块和计算模块，如图4所示，其中：
存储表模块，包括若干数据表，用于分别存储不同时间级别的风向角数据；
计算模块，用于从存储表模块中调取在一选择时间段内的若干风向角度，结合风向数计算并输出方位值，方位值为风向集合中的风向按照连续的角度范围依次排列时的连续标记序号。
其中，采集单元例如可以包括各气象站、空气超级检测站点、对卫星气象云图等中的风向数据进行提取的装置等。
其中，输入/输出单元例如可以包括各种通讯模块或者数据接口，用于接收从外部输入的风向数据。
其中，处理单元例如是基于单片机、可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑控制器(PLA)、台式机、笔记本电脑、智能手机、服务器等可以运行程序的设备，具体的算法语言不限，只要能执行本发明所述的算法即可。
综上所述，本发明的计算风向的装置及方法在一个计算过程内即可得到风向的方位值，不用来回调用其他方法函数，就可以计算出风向的方位值。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种计算风向的方法，包括以下步骤：
步骤A：采集或输入风向数据并存储；
步骤B：利用采集或输入的风向数据创建若干数据表，用于分别存储不同时间级别的风向角度数据；
步骤C：从所述若干数据表中调取一选择时间段内的若干风向角度，结合风向数计算并输出风向的方位值，所述方位值为将风向集合中的风向按照连续的角度范围依次排列时进行连续标记的序号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤B中，所述若干数据表包括分钟数据表、小时数据表以及日数据表，其中，所述分钟数据表用于存储监测站点采集的每分钟实时风向角度，所述小时数据表用于存储一小时内的每分钟平均风向角度，所述日数据表用于存储一日内每小时的平均风向角度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤C中，风向集合中，以中心角度0°的风向作为起始风向，将所述风向按照连续的角度范围由小至大依次排列，将所述风向的方位值依次标记为0、1、…、C-1，其中C为风向数。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤C中，通过以下算法得到风向的方位值：
子步骤C1：根据以下公式计算序号i，有i＝(A+180°/C)/(360°/C)，其中A为风向角度；
子步骤C2：对i进行向下取整得到value值；
子步骤C3：判断value值与序号i之间、以及风向角度与临界值之间的关系，对value值进行修正得到方位值。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，子步骤C3具体包括：
若风向角度为临界值，value值与序号i相等且非零，则将value值减一，作为方位值，反之则判断value值是否等于风向数C，若value值等于风向数C，则将value值赋值为0，作为方位值，反之则直接将value值作为方位值。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤C中，根据以下算法计算风向的方位值：
[(A+180°/C)/(360°/C)]％C，其中A为风向角度，％表示取余。
7.一种计算风向的装置，包括采集单元与输入/输出单元中的至少之一，以及处理单元，其特征在于：
采集单元，用于采集风向数据并存储；
输入/输出单元，用于输入风向数据，输出计算得到的风向的方位值；
处理单元，用于对所述采集单元采集的或者所述输入/输出单元输入的风向数据进行处理，计算得到方位值之后再通过输入/输出单元输出；其中所述处理单元进一步包括：
存储表模块，包括若干数据表，用于分别存储不同时间级别的风向角数据；
计算模块，用于从所述存储表模块中调取在一选择时间段内的若干风向角度，结合风向数计算得到方位值，所述方位值为风向集合中的风向按照连续的角度范围依次排列时的连续标记序号。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述若干数据表包括分钟数据表、小时数据表以及日数据表，其中，所述分钟数据表用于存储监测站点采集的每分钟实时风向角度，所述小时数据表用于存储一小时内的每分钟平均风向角度，所述日数据表用于存储一日内每小时的平均风向角度。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述计算模块以中心角度0°的风向作为起始风向，将所述风向按照连续的角度范围由小至大依次排列，将所述风向的方位值依次标记为0、1、…、C-1，其中C为风向数。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于：
所述计算模块采用以下算法得到风向的方位值：
根据以下公式计算序号i，有i＝(A+180°/C)/(360°/C)，其中A为风向角度；
对i进行向下取整得到value值；
判断value值与序号i之间、以及风向角度与临界值之间的关系，对value值进行修正得到方位值；或者
所述计算模块采用以下算法得到风向的方位值：
[(A+180°/C)/(360°/C)]％C，其中A为风向角度，％表示取余。
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