尺度自适应的插值方法及尺度自适应的插值系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及地理信息领域。为了解决现有的插值方法损失很多有用信息以致插值结果误差较大的问题，本发明提出一种尺度自适应的插值方法及尺度自适应的插值系统，所述方法包括下列步骤：获取目标区域中已知数据点的气象数据和空气所含物浓度数据；对所述目标区域进行子区域划分；根据每个子区域内数据点的空间分布特征分别确定对该子区域进行插值的空间尺度，并基于该空间尺度对所述子区域进行格网化；根据气象数据中的风向和风速数据，选取参与插值的已知数据点；对每个子区域内的经过格网化后得到的格网点利用所选取的已知数据点的数据进行插值；将对各个子区域分别插值得到的结果进行融合。使用本发明的方法得到的插值结果更加精确、可信。
【专利说明】尺度自适应的插值方法及尺度自适应的插值系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及地理信息领域，具体涉及一种尺度自适应的插值方法及一种尺度自适 应的插值系统，用于对目标区域中的空气所含物浓度根据已知数据点的数据进行插值。
【背景技术】
[0002] 传统的空间插值方法要求观测点在空间上的分布尽可能均匀，否则不能得到较好 的插值结果。然而，对于某些实际情况，如空气监测站观测的空气污染物浓度，观测点在空 间上的分布是很不均匀的，因此，传统的空间插值算法不再适用于这些情况。
[0003] 在对空气污染物浓度进行空间插值时，气象因素，如温度、湿度、风速和风向，对插 值结果具有很重要的影响。传统的处理方法是直接将气象因素作为因子进行插值，这导致 损失掉很多有用信息，特别是风速和风向提供的信息。
【发明内容】
[0004] 本发明提出一种尺度自适应的插值方法及一种尺度自适应的插值系统，用于对目 标区域中的空气所含物浓度根据已知数据点的数据进行插值，以解决现有技术的插值方法 损失很多有用信息以致插值结果误差较大的问题。该方法包括下列步骤：
[0005] S1 :获取目标区域中已知数据点的气象数据和空气所含物浓度数据；
[0006] S2 :对所述目标区域进行子区域划分；
[0007] S3:根据每个子区域内数据点的空间分布特征分别确定对该子区域进行插值的空 间尺度，并基于该空间尺度对所述子区域进行格网化；
[0008] S4 :根据步骤S1获得的气象数据中的风向和风速数据，选取参与插值的已知数据 占 .
[0009] S5 :对每个子区域内的经过步骤S3格网化后得到的格网点利用步骤S4选取的已 知数据点的数据进行插值；
[0010] S6 :将对各个子区域分别插值得到的结果进行融合。
[0011] 该方法将空间上离散的观测值，即已知数据点的空气所含物浓度数据进行空间连 续性分析处理，从而实现对目标区域中任何没有观测值的空间位置进行空气所含物浓度的 插值计算，即计算出任意空间位置的空气所含物浓度。
[0012] 与现有技术相比，该方法根据已知数据点的空间分布情况自动调整插值的空间尺 度，从而最大限度地利用有效信息，并且规避掉无用信息的干扰；另外，引入气象数据（如 风速和风向数据）来智能选择插值所用的合适的已知数据点，因此，插值结果更加精确、可 ?目。
[0013] 根据已知数据点的空间分布情况自动调整插值的空间尺度，具有两个优点：一是 将目标区域划分成子区域进行处理，对于已知数据点分布密集的子区域，采用较小的空间 尺度进行插值，可以最大限度地利用这些子区域的已有信息，提高插值结果的精确度和可 信度；二是对于已知数据点分布稀疏的子区域，采用较大的空间尺度进行插值，可以在不减 小插值结果精确度和可信度的情况下，大大提高计算的速度，从而实现插值算法的实时高 效执行。
[0014] 本发明提出，所述步骤S2中采用空间聚类方法进行子区域划分。
[0015] 本发明提出，所述步骤S2中采用Voronoi图划分方法或三角网划分方法进行子区 域划分。
[0016] 本发明提出，所述空间尺度是根据空间变程和/或所有已知点对距离的平均值和 /或最小值和/或中值和/或已知数据点的空间密度来确定的。
[0017] 本发明提出，所述步骤S3中格网化包括矩形格网化、三角形格网化、正多边形格 网化以及不规则多边形格网化。
[0018] 本发明提出，所述步骤S5中插值的方法包括反距离加权法、方向加权法、方向距 离加权法以及普通克里金插值法，还包括将气象数据作为因子参与插值的因子克里金插值 方法。
[0019] 本发明提出，所述步骤S6中各个子区域插值结果的融合利用缓冲区分析和空间 叠加的方法或利用对子区域之间的空隙区域进行再插值的方法。
[0020] 一种尺度自适应的插值系统，包括数据获取模块、子区域划分模块、尺度自适应格 网化模块、数据选取模块、插值计算模块、结果融合模块、可视化模块和展示模块；所述数据 获取模块，用于获取目标区域中带有地理位置信息的已知数据点的气象数据和空气所含物 浓度数据，并将数据传输至所述子区域划分模块、所述尺度自适应格网化模块和所述数据 选取模块；所述子区域划分模块，用于将所述目标区域划分为大小不同的K个子区域，并将 划分结果传输至所述尺度自适应格网化模块和所述数据选取模块；所述尺度自适应格网化 模块，用于对所述子区域划分模块得到的每个子区域，利用每个子区域内已知数据点的空 间分布特征自动确定合适的空间尺度，并根据该尺度进行格网化，并将格网化结果传输至 所述数据选取模块和所述插值计算模块；所述数据选取模块，用于对所述子区域划分模块 对目标区域划分后得到的每个子区域，结合所述数据获取模块获取的气象数据和空气所含 物浓度数据以及所述尺度自适应格网化模块中确定的空间尺度选取参与插值的已知数据 点，并将选取的已知数据点的数据传输至所述插值计算模块；所述插值计算模块，利用所述 数据选取模块得到的数据和所述尺度自适应格网化模块中确定的空间尺度对各个子区域 进行插值，得到K个插值后的子区域，并将插值结果传输至所述结果融合模块；所述结果融 合模块，将所述插值计算模块得到的各个子区域的插值结果进行融合，得到整个目标区域 的插值结果，并将所述插值结果传输至所述可视化模块；所述可视化模块，将所述结果融合 模块得到的整个目标区域的插值结果渲染为图片、直方图、折线图、视频、交互图等形式或 以数值形式进行可视化，并将可视化结果传输至所述展示模块；所述展示模块，对所述可视 化模块得到的可视化结果进行展示，展示形式包括网站、智能手机APP、智能平板APP、嵌入 式程序。
[0021] 本发明提出，该尺度自适应的插值系统还包括定位模块，用于获取访问终端的实 时位置信息，并将实时位置信息传输给所述展示模块，所述展示模块根据实时位置信息展 示当前位置的可视化结果。
【专利附图】
【附图说明】
[0022] 下面借助于附图描述根据本发明的方法和系统的实施例。附图示意性表示：
[0023] 图1本发明的尺度自适应的插值方法的流程图；
[0024] 图2本发明的尺度自适应的插值系统的结构框图。
【具体实施方式】
[0025] 图1为本发明的尺度自适应的插值方法的流程图，下面详细描述该插值方法。
[0026] 步骤S1，获取目标区域中已知数据点的气象数据和空气所含物浓度数据。这些数 据是观测到的已知数据，可以从监测站获取，并且全部带有地理位置信息。
[0027] 气象数据包括温度、湿度、风速、风向、气压等。空气所含物浓度数据是空气中所包 含的各种物质的浓度数据，例如PM 2.5、PM1(I、S02、CO、N02、0 3、负氧离子、水分、02、N2等的浓度 数据。
[0028] 这些气象数据和空气所含物浓度数据可利用关系型数据库进行存储和表达，分为 两个数据表，分别为空气所含物浓度数据表和气象数据表，参见表1和表2。
[0029] 表 1 :
[0030]
【权利要求】
1. 一种尺度自适应的插值方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤： 51 :获取目标区域中已知数据点的气象数据和空气所含物浓度数据； 52 :对所述目标区域进行子区域划分； 53 :根据每个子区域内数据点的空间分布特征分别确定对该子区域进行插值的空间尺 度，并基于该空间尺度对所述子区域进行格网化； 54 :根据步骤S1获得的气象数据中的风向和风速数据，选取参与插值的已知数据点； 55 :对每个子区域内的经过步骤S3格网化后得到的格网点利用步骤S4选取的已知数 据点的数据进行插值； 56 :将对各个子区域分别插值得到的结果进行融合。
2. 根据权利要求1所述的尺度自适应的插值方法，其特征在于，所述步骤S2中采用空 间聚类方法进行子区域划分。
3. 根据权利要求1所述的尺度自适应的插值方法，其特征在于，所述步骤S2中采用 Voronoi图划分方法或三角网划分方法进行子区域划分。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的尺度自适应的插值方法，其特征在于，所述空间 尺度是根据空间变程和/或所有已知点对距离的平均值和/或最小值和/或中值和/或已 知数据点的空间密度来确定的。
5. 根据权利要求1至3中任一项所述的尺度自适应的插值方法，其特征在于，所述步骤 S3中格网化包括矩形格网化、三角形格网化、正多边形格网化以及不规则多边形格网化。
6. 根据权利要求1至3中任一项所述的尺度自适应的插值方法，其特征在于，所述步骤 S5中插值的方法包括反距离加权法、方向加权法、方向距离加权法以及普通克里金插值法， 还包括将气象数据作为因子参与插值的因子克里金插值方法。
7. 根据权利要求1或2所述的尺度自适应的插值方法，其特征在于，所述步骤S6中各 个子区域插值结果的融合利用缓冲区分析和空间叠加的方法或利用对子区域之间的空隙 区域进行再插值的方法。
8. -种尺度自适应的插值系统，包括数据获取模块（1)、子区域划分模块（2)、尺度自 适应格网化模块（3)、数据选取模块（4)、插值计算模块（5)、结果融合模块￠)、可视化模块 (7)和展示模块（8); 所述数据获取模块（1)，用于获取目标区域中带有地理位置信息的已知数据点的气象 数据和空气所含物浓度数据，并将数据传输至所述子区域划分模块（2)、所述尺度自适应格 网化模块（3)和所述数据选取模块（4); 所述子区域划分模块（2)，用于将所述目标区域划分为大小不同的K个子区域，并将划 分结果传输至所述尺度自适应格网化模块（3)和所述数据选取模块（4); 所述尺度自适应格网化模块（3)，用于对所述子区域划分模块（2)得到的每个子区域， 利用每个子区域内已知数据点的空间分布特征自动确定合适的空间尺度，并根据该尺度进 行格网化，并将格网化结果传输至所述数据选取模块（4)和所述插值计算模块（5); 所述数据选取模块（4)，用于对所述子区域划分模块（2)对目标区域划分后得到的每 个子区域，结合所述数据获取模块（1)获取的气象数据和空气所含物浓度数据以及所述尺 度自适应格网化模块（3)中确定的空间尺度选取参与插值的已知数据点，并将选取的已知 数据点的数据传输至所述插值计算模块（5); 所述插值计算模块（5)，利用所述数据选取模块（4)得到的数据和所述尺度自适应格 网化模块（3)中确定的空间尺度对各个子区域进行插值，得到K个插值后的子区域，并将插 值结果传输至所述结果融合模块（6); 所述结果融合模块￠)，将所述插值计算模块（5)得到的各个子区域的插值结果进行 融合，得到整个目标区域的插值结果，并将所述插值结果传输至所述可视化模块（7); 所述可视化模块（7)，将所述结果融合模块（6)得到的整个目标区域的插值结果渲染 为图片、直方图、折线图、视频、交互图等形式或以数值形式进行可视化，并将可视化结果传 输至所述展示模块（8); 所述展示模块（8)，对所述可视化模块（7)得到的可视化结果进行展示，展示形式包括 网站、智能手机APP、智能平板APP、嵌入式程序。
9.根据权利要求8所述的尺度自适应的插值系统，其特征在于，该尺度自适应的插值 系统还包括定位模块（9)，用于获取访问终端的实时位置信息，并将实时位置信息传输给所 述展示模块（8)，所述展示模块（8)根据实时位置信息展示当前位置的可视化结果。
【文档编号】G06F19/00GK104102845SQ201410356249
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年7月24日 优先权日:2014年7月24日
【发明者】朱亚杰, 侯俊雄, 梁贺明, 朱奉勇 申请人:北京坤成科技有限公司