CN112417080A - 一种气象栅格的弹性设计方法 - Google Patents

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秦华旺
陈浩然
戴跃伟
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Abstract

本发明公开了一种气象栅格的弹性设计方法，主要包括步骤如下：(1)数据预处理；(2)设定坐标系参数；(3)坐标系生成；(4)栅格数据处理；(5)栅格图像显示；所述步骤(5)中利用图形软件进行栅格图像显示。本发明的弹性设计方法，气象栅格在生成时坐标原点可变、坐标精度可变、栅格图像数值更新时间间隔可变，方便从不同角度观察栅格数据；栅格记录的数据将会以热度图形式显示在栅格内部散点上，散点根据数值的大小显示不同颜色，使得栅格数据的显示更为鲜明；基于程序设计语言进行编写，提供了自定义选项版面，弱化操作复杂度，使用高效、便捷。

Description

一种气象栅格的弹性设计方法
技术领域
本发明涉及弹性设计方法，尤其涉及一种气象栅格的弹性设计方法。
背景技术
常见的气象要素包括风速、气温、相对湿度、气压。为了研究气象要素在一定范围内的演变，需要进行监测评价。气象栅格是用于监测评价的容器，不仅可以用于存储数据信息，还可以通过一定的方式将数据特征表征出来。
现有对气象栅格的研究大多基于二维栅格，即通过大范围下的数据特征来研究全国或是某个流域数据的整体情况；此外也有少量三维栅格应用，即通过栅格数据建模，进一步进行渲染来模拟天气现象；对于栅格图像的处理大多都是采用地理信息系统软件Arcgis进行模拟，使得操作者局限在专题信息的获取和操作流程的控制，执行时不便捷、同时资源共享的程度较低，并且软件后期维护与升级成本过高。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种操作便捷、资源共享程度高的气象栅格的弹性设计方法。
技术方案：本发明的弹性设计方法，主要包括步骤如下：(1)数据预处理；(2)设定坐标系参数；(3)坐标系生成；(4)栅格数据处理；(5)栅格图像显示；所述步骤(5)中利用图形软件进行栅格图像显示。
步骤(1)中，读取气象相关数据的坐标位置、记录时间，获取气象数据的最大值、最小值、平均值及中值信息，计算出坐标位置范围，并根据不同的数据信息将相应的最大值、最小值、平均值和中值显示于可视化界面上。
步骤(2)中，根据步骤(1)得到的数据，自行选择坐标系原点位置、坐标方向、坐标精度大小或系统选择默认值。
步骤(3)中，根据步骤(2)中的原点、方向、精度信息生成坐标系。
步骤(4)中，根据步骤(3)中的坐标系数据信息将栅格信息中坐标数据进行二次处理，转变为步骤(3)生成的坐标系中的新坐标数据，并生成栅格散点。
步骤(5)中，将气象数据值分成若干段，栅格散点导入图像后，根据数值段决定散点颜色，生成热力散点栅格图。
所述步骤(2)-(4)中，栅格的方位可变、空间精度可变、时间精度可变；所述方位可变为自行选择坐标系原点位置、坐标方向；所述空间精度可变为坐标精度大小可变；所述时间精度可变为在栅格图像数值更新时间间隔可变。
本发明与现有技术相比，其显著效果如下：1、气象栅格在生成时坐标原点可变、坐标精度可变、栅格图像数值更新时间间隔可变，方便从不同角度观察栅格数据；2、栅格记录的数据将会以热度图形式显示在栅格内部散点上，散点根据数值的大小显示不同颜色，使得栅格数据的显示更为鲜明；3、本发明的弹性设计方法基于计算机程序设计软件进行编写，提供了自定义选项版面，弱化了操作复杂度，使用时高效、便捷。
附图说明
图1为本发明的流程示意图；
图2为本发明的可视化自定义选项界面示意图；
图3为本发明的三维栅格热度样例图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做进一步详细描述。
本发明提供的气象栅格的弹性设计方法，基于Python语言实现，其可视化部分基于Pyqt5实现；如图1所示的流程示意图，其实现步骤主要如下：(1)数据预处理；(2)设定坐标系参数；(3)坐标系生成；(4)栅格数据处理；(5)栅格图像显示。如图2所示为基于Matplotlib实现生成的栅格图像。
本发明的步骤(2)-步骤(4)中，栅格的方位可变、空间精度可变、时间精度可变。其中，方位可变表现在可自行选择坐标系原点位置、坐标方向；空间精度可变表现为坐标精度大小可变；时间精度可变表现在栅格图像数值更新时间间隔可变。详细步骤如下：
步骤1，数据预处理。先通过可视化界面数据导入按钮将数据库中坐标信息、温度、湿度、降水和风速等气象数据信息导入，计算出默认坐标系下坐标数据的范围以及自选气象数值一个或几个类型的数据进行相关统计值。
步骤2，设定坐标系参数。步骤1获得的数据结果将会显示在可视化界面上。根据步骤1获得的数据，可选填坐标系选项，则系统默认数值为不填写。其中原点、x轴方向、y轴方向、z轴方向均通过一个具体坐标表示出来；数值分段数是将气象数值进行均匀分段，方便于在步骤5中生成热度图效果；坐标精度则是对三个轴坐标刻度的划分，一般情况下，气象数据的最小精度值为1km、最大精度为500km。更新时间间隔则是用于气象数据实时更新、控制其更新频率，需确保所有计算数据均是在更新前计算完成并进行存储。
步骤3，坐标系生成。根据步骤2填写的坐标原点、坐标轴方向以及坐标轴精度生成坐标系，为原坐标系。
步骤4，栅格数据处理。将原坐标下的数据信息批量转换成新坐标的数据信息，根据新坐标轴下的数据信息，进一步生成栅格散点，如图3所示。所有栅格规格一致，呈现长方体或正方体状态，但栅格边框不显示于可视图中，栅格散点位于栅格正中央，代替栅格显示，栅格范围内的数据信息将导入该范围栅格进行处理；如一个栅格内部有多个数据点存在，则将数据进行平均化处理。栅格散点处理完后将会具有坐标、气象测量要素信息等多个数据值。栅格的规格一般采用系统默认值，可根据具体适用情况，设定默认栅格规格的大小；栅格大小由1km×1km×1km至500km×500km×500km，最小精度为1km，栅格规格的大小设定，需要根据用户要求以及收集的气象数据适用空间范围确定，需尽量保证整体数据处理后的有效性。单个栅格内部至少存在一个可用数据。
步骤5，栅格图像显示。根据步骤4得到的栅格散点信息，将栅格散点绘制于步骤3所述的坐标系上。根据自定义选项中数据信息的分段，不同数据值的点在图像上将显示不同颜色，由matplotlib库生成的三维图像，在观察时可以拖动图像进行旋转以得到更好的观察效果。
实际使用过程中，数据处理需要一定时间，为了解决数据更新问题，数据将从水平面上一层一层堆叠，当一层数据收集完毕后，放入存储区，达到预设时间间隔时，将数据绘制或是覆盖原图上一时间段的数据值。
以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种气象栅格的弹性设计方法，其特征在于，主要包括步骤如下：(1)数据预处理；(2)设定坐标系参数；(3)坐标系生成；(4)栅格数据处理；(5)栅格图像显示；所述步骤(5)中利用图形软件进行栅格图像显示。
2.根据权利要求1所述的气象栅格的弹性设计方法，其特征在于：步骤(1)中，读取气象相关数据的坐标位置、记录时间，获取气象数据的最大值、最小值、平均值及中值信息，计算出坐标位置范围，并根据不同的数据信息将相应的最大值、最小值、平均值和中值显示于可视化界面上。
3.根据权利要求1所述的气象栅格的弹性设计方法，其特征在于：步骤(2)中，根据步骤(1)得到的数据，自行选择坐标系原点位置、坐标方向、坐标精度大小或系统选择默认值。
4.根据权利要求1所述的气象栅格的弹性设计方法，其特征在于：步骤(3)中，根据步骤(2)中的原点、方向、精度信息生成坐标系。
5.根据权利要求1所述的气象栅格的弹性设计方法，其特征在于：步骤(4)中，根据步骤(3)中的坐标系数据信息将栅格信息中坐标数据进行二次处理，转变为步骤(3)生成的坐标系中的新坐标数据，并生成栅格散点。
6.根据权利要求1所述的气象栅格的弹性设计方法，其特征在于：步骤(5)中，将气象数据值分成若干段，栅格散点导入图像后，根据数值段决定散点颜色，生成热力散点栅格图。
7.根据权利要求1所述的气象栅格的弹性设计方法，其特征在于：所述步骤(2)-(4)中，栅格的方位可变、空间精度可变、时间精度可变；所述方位可变为自行选择坐标系原点位置、坐标方向；所述空间精度可变为坐标精度大小可变；所述时间精度可变为在栅格图像数值更新时间间隔可变。
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