凝结水观测分析方法及装置与流程

本发明涉及气象领域，具体而言，涉及一种凝结水观测分析方法及装置。

背景技术：

凝结水是当物体表面温度低于周围大气露点温度时，大气中汽态水在物体表面凝结形成的水源。凝结水可以有效减少土壤蒸发造成的水分损失，在寒旱区具有维持生态环境稳定的重要意义。尤其在干旱区，凝结水却是非常重要的水资源，特别是极端干旱区凝结水具有重要生态效应。

目前凝结水以人工观测及分析为主，人工的方式进行观测及分析存在很多弊端。凝结水主要发生在夜间和清晨，夜间野外人工观测的难度导致无法获得长期的、连续的野外数据，且误差较大。即使使用机器自动在野外采集数据，由于环境条件的不确定性，采集到的数据依然存在很大误差，同时数据量依旧很大，这就使得人工筛选、分析的工作量加大，准确性依旧无法保障。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供凝结水观测分析方法及装置，用以改善上述问题。

为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

本发明实施例提供的一种凝结水观测分析方法，所述方法应用于与凝结水观测设备通信连接的数据服务器，所述凝结水观测设备用于采集多个梯度的凝结水检测数据及每个梯度的所述凝结水检测数据对应的环境信息，所述方法包括：接收所述凝结水观测设备采集的每个梯度的所述凝结水检测数据及对应的所述环境信息；分别对接收的每个梯度的所述凝结水检测数据进行处理；根据处理后的每个梯度的所述凝结水检测数据及对应的所述环境信息，生成多个梯度的凝结水分析结果。

本发明实施例还提供了一种凝结水观测分析装置，所述装置应用于与凝结水观测设备通信连接的数据服务器，所述凝结水观测设备用于采集多个梯度的凝结水检测数据及每个梯度的所述凝结水检测数据对应的环境信息，所述装置包括：第一接收模块、处理模块及生成模块。其中，第一接收模块，用于接收所述凝结水观测设备采集的每个梯度的所述凝结水检测数据及对应的所述环境信息；处理模块，用于分别对接收的每个梯度的所述凝结水检测数据进行处理；生成模块，用于根据处理后的每个梯度的所述凝结水检测数据及对应的所述环境信息，生成多个梯度的凝结水分析结果。

与现有技术相比，本发明提供的一种凝结水观测分析方法及装置，所述方法应用于与凝结水观测设备通信连接的数据服务器，所述凝结水观测设备用于采集多个梯度的凝结水检测数据及每个梯度的所述凝结水检测数据对应的环境信息，所述方法包括：接收所述凝结水观测设备采集的每个梯度的所述凝结水检测数据及对应的所述环境信息；分别对接收的每个梯度的所述凝结水检测数据进行处理；根据处理后的每个梯度的所述凝结水检测数据及对应的所述环境信息，生成多个梯度的凝结水分析结果。实现了凝结水采集分析的自动化，减少研究过程中的人力成本。在获得长期的、连续的数据的同时提高了数据的可靠性及准确性，提高了数据的可靠性及准确性，促进了对凝结水研究的发展。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例提供的数据服务器的示意图。

图2示出了本发明实施例提供的凝结水观测分析方法的步骤流程图。

图3示出了本发明实施例提供的凝结水观测设备的结构示意图。

图4为图2中示出的步骤s104的子步骤流程图。

图5为图2中示出的步骤s105的子步骤流程图。

图6示出了本发明实施例提供的凝结水观测分析方法的另一部分步骤流程图。

图7示出了本发明实施例提供的凝结水观测分析装置的功能模块示意图。

图8为图7中示出的处理模块的功能子模块示意图。

图标：100-数据服务器；111-存储器；112-处理器；113-通信单元；200-凝结水观测分析装置；300-凝结水观测设备；10-地表凝结水观测仪；20-植物冠层凝结水观测装置；21-冠层凝结水观测仪；22-叶面凝结水观测仪；30-大气凝结水观测仪；40-安装支架；50-数据管理装置；201-第一接收模块；202-处理模块；2021-过滤子模块；2022-调整子模块；203-生成模块；204-第二接收模块；205-获得模块；206-显示模块；207-判断模块；208-发送模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

图1示出本发明较佳实施例提供的数据服务器100的方框示意图。所述数据服务器100包括凝结水观测分析装置200、存储器111、处理器112、通信单元113。

所述存储器111、处理器112以及通信单元113各元件相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。所述凝结水观测分析装置200包括至少一个可以软件或固件(firmware)的形式存储于所述存储器111中或固化在数据服务器100的操作系统(operatingsystem，os)中的软件功能模块。所述处理器112用于执行所述存储器111中存储的可执行模块，例如所述凝结水观测分析装置200及web所包括的软件功能模块及计算机程序等。

其中，所述存储器111可以是，但不限于，随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)，只读存储器(readonlymemory，rom)，可编程只读存储器(programmableread-onlymemory，prom)，可擦除只读存储器(erasableprogrammableread-onlymemory，eprom)，电可擦除只读存储器(electricerasableprogrammableread-onlymemory，eeprom)等。其中，存储器111用于存储程序及接收到的检测数据，所述处理器112在接收到执行指令后，执行所述程序。所述通信单元113用于通过所述网络建立所述数据服务器100与其他终端之间的通信连接，并用于通过所述网络收发数据。

应当理解的是，图1所示的结构仅为数据服务器100的结构示意图，所述数据服务器100还可包括比图1中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示不同的配置。图1中所示的各组件可以采用硬件、软件或其组合实现。

第一实施例

请参考图2，图2示出了本发明实施例所提供的凝结水观测分析方法的步骤流程图。所述方法应用于分别与如图3所示的凝结水观测设备300及涡动相关技术观测装置(图未标)通信连接的数据服务器100。所述方法包括以下步骤：

步骤s101，接收所述凝结水观测设备300采集的每个梯度的所述凝结水检测数据及对应的所述环境信息。

在本实施例中，环境信息可以是所述凝结水观测设备300安装位置对应的环境信息，例如，安装位置的当前风速、当前降雨情况、地表温度等。安装位置对应的测试空间沿竖直方向分为多个梯度，例如分为地表、树冠层、大气层。

凝结水观测设备300包括地表凝结水观测仪10、植物冠层凝结水观测装置20、大气凝结水观测仪30、安装支架40及数据管理装置50。所述地表凝结水观测仪10及大气凝结水观测仪30分别安装于所述安装支架40的两端，所述植物冠层凝结水观测装置20安装于所述安装支架40上。植物冠层凝结水观测装置20包括叶面凝结水观测仪22及冠层凝结水观测仪21，所述叶面凝结水观测仪22及冠层凝结水观测仪21分别安装于所述安装支架40。安装凝结水观测设备300时，将地表凝结水观测仪10安装在地表用于获得地表梯度对应的地表凝结水检测数据；冠层凝结水观测仪21临近树冠用于获得冠层梯度对应的冠层凝结水检测数据；叶面凝结水观测仪22朝向叶面，通过获取叶面湿度获得树叶对应梯度的叶面凝结水检测数据；大气凝结水观测仪30安装于安装支架40远离地面的一端，用于采集空中梯度对应的大气层凝结水检测数据。数据管理装置50用于将采集到的多个梯度的凝结水检测数据发送至数据服务器100。同时，在每个梯度对应的凝结水仪器附近都加设多个检测环境信息的传感器。例如风速传感器、雨滴传感器及重量传感器。需要说明的是，不同垂直梯度之间、植株行间其风速也存在着差异，考虑在不同垂直梯度和植株行间，每个梯度上的凝结水检测仪附近均架设对应的风速传感器，安装在离地面3m以下的凝结水观测仪附近布置更为密集的风速传感器。通过雨滴传感器及重量传感器的配合感知凝结水观测设备300安装位置当前的降雨情况。凝结水观测设备300将采集到的每个梯度的凝结水检测数据及对应的所述环境信息发送至数据服务器100。

步骤s102，接收所述涡动相关技术观测装置获取的相关气象信息。

在本实施例中，涡动相关技术观测装置可以是原架设用于采集气象信息的涡动相关仪。涡动相关技术观测装置的安装位置与凝结水观测设备300的安装位置之间的距离小于预设距离，以使二者采集的数据均属于一个被观测区域内。将涡动相关技术观测装置直接与数据服务器100通信连接，所述数据服务器100接收凝结水观测设备300采集的凝结水检测数据的同时也同步接收涡动相关技术观测装置采集的相关气象信息。

步骤s103，据所述相关气象信息利用预设置算法，获得所述模拟凝结水数据。

在本实施例中，模拟凝结水数据可以是根据相关气象信息推算出的被观测区域对应的凝结水信息。模拟凝结水数据与凝结水检测数据在时间上对应，均是用于标准被观测区域的凝结水信息。

在其他实施例中，数据服务器100通过通信单元113从其他设备中直接接收输入的与凝结水观测设备300安装位置对应的被观测区域对应的模拟凝结水数据。

步骤s104，分别对接收的每个梯度的所述凝结水检测数据进行处理。

在本实施例中，需要对获取的凝结水检测数据存在的噪声数据进行过滤、对缺失的数据段进行插补以及对针对设备自身存在的误差进行调整等一系列数据处理。可选地，可以是通过多种数据的融合进而实现对凝结水检测数据的处理，提高数据的准确性。如图4所示，可以包括以下步骤：

子步骤s1041，对所述凝结水检测数据进行过滤。

在本实施例中，按照预设定的滤波算法，分别对每个梯度对应的凝结水检测数据进行过滤，去除噪声数据。

子步骤s1042，结合获得的模拟凝结水数据，调整所述过滤后的所述凝结水检测数据。

在本实施例中，对过滤后的所述凝结水检测数据缺失的数据，利用对应的模拟凝结水数据及设置的插补算法对数据进行插补处理。在将模拟凝结水数据与插补后的凝结水检测数据按照采集时间进行一一比较，将相差超过预定范围的，按照预设规则进行调整。

子步骤s1043，结合响应用户操作获得的凝结水人工检测数据，调整所述过滤后的所述凝结水检测数据。

在本实施例中，凝结水人工检测数据包括对应的时间戳，数据服务器100响应用户操作，接收到定义为人工检测到的凝结水人工检测数据。根据，凝结水人工检测数据的时间戳获取与之时间对应的凝结水检测数据，根据获取的凝结水检测数据与凝结水人工检测数据建立初始观测与校准观测值之间的非线性模型并存储。每接收到一次凝结水人工检测数据则建立一个新的非线性模型代替之前的非线性模型，依据存储的最新的非线性模型对凝结水检测数据进行调整。需要说明的是，对子步骤s1042与子步骤s1043之间的先后顺序不做限定。例如，可以是先利用非线性模型调整过滤后的凝结水检测数据，再结合获得的模拟凝结水数据，调整非线性模型调整过后的凝结水数据；也可以是先利用模拟凝结水数据调整过滤后的凝结水检测数据，再利用非线性模型调整模拟凝结水数据调整后的凝结水检测数据。

步骤s105，根据处理后的每个梯度的所述凝结水检测数据及对应的所述环境信息，生成多个梯度的凝结水分析结果。

在本实施例中，如图5所述，步骤s105包括以下子步骤：

子步骤s1051，根据每个梯度的所述结水检测数据及对应的所述环境信息中的风速信息，生成每个梯度的凝结水与风速对应关系分析结果。

在本实施例中，不同梯度风速对凝结水的生成有最重要的影响，需要分析风速与凝结水在不同梯度之间的关系。

子步骤s1052，根据每个梯度的所述结水检测数据及获取数据的时间点，生成每个梯度的凝结水量与时间的对应关系分析结果。

需要说明的是，获取的环境信息中的土壤温湿度和地表凝结水观测仪10的埋设点位置不同。所以采用凝结水观测设备300的热红外相机监测的环境信息中的地表温度变化，校准区域样地地面温度差异，根据与地表温湿度传感器融合、反演，计算出地表面上的温湿度时空变化。

步骤s106，通过与数据服务器100对应的网站展示分析结果。

在本实施例中，通过数据服务器100对应的网站展示凝结水观测设备300安装区域对应的多个梯度的凝结水数据对应的分析结果。网站对具备权限的用户提供凝结水检测数据的分析结果查看入口。推动对干旱地区凝结水的认识，为对凝结水的研究做出贡献。

请参考图6，图6示出了本发明实施例所提供的凝结水观测分析方法的步骤流程图的另一部分。所述方法还包括：

步骤s201，根据接收到的多个梯度的所述凝结水检测数据对应的环境信息，判断所述凝结水观测设备300所处环境是否满足预设置的极端天气对应的环境信息标准。

在本实施例中，极端天气(冰雹、沙尘、强降水等)会影响凝结水观测设备300的正常工作，甚至造成破坏。在极端天气下，即使凝结水观测设备300采集到的数据也存在较大的误差不具备研究价值。预设置的极端天气对应的环境信息标准可以是风速超过预定风速值、雨滴传感器感应到降雨且对应的重量传感器感应到雨水的瞬时的量超过预定值或重量传感器感应到重量超过重量阈值。当满足时，流程进入步骤s202。

步骤s202，发送关闭指令至所述凝结水观测设备300，以控制所述凝结水观测设备300进入保护状态。

在本实施例中，进入保护状态可以是凝结水观测设备300的主体进入休眠状态，同时凝结水观测设备300的保护装置开始工作。例如，地表凝结水观测仪10的保护罩罩住地表凝结水观测仪10的主体。

第二实施例

请参考图7，图7示出了本发明实施例所提供的凝结水观测分析装置200的示意图。所述凝结水观测分析装置200应用于与凝结水观测设备300通信连接的数据服务器100。所述凝结水观测设备300用于采集多个梯度的凝结水检测数据及每个梯度的所述凝结水检测数据对应的环境信息，所述装置包括第一接收模块201、处理模块202、生成模块203、第二接收模块204、获得模块205、显示模块206、判断模块207及发送模块208。

第一接收模块201，用于接收所述凝结水观测设备300采集的每个梯度的所述凝结水检测数据及对应的所述环境信息。

在本实施例中，步骤s101可以由第一接收模块201执行。

第二接收模块204，用于接收所述涡动相关技术观测装置获取的相关气象信息。

在本实施例中，步骤s102可以由第二接收模块204执行。

获得模块205，用于根据所述相关气象信息利用预设置算法，获得所述模拟凝结水数据。

在本实施例中，步骤s103可以由获得模块205执行。

处理模块202，用于分别对接收的每个梯度的所述凝结水检测数据进行处理。

在本实施例中，步骤s104可以由处理模块202执行。如图8所示，处理模块202包括以下功能子模块：

过滤子模块2021，用于对所述凝结水检测数据进行过滤。

在本实施例中，子步骤s1041可以由过滤子模块2021执行。

调整子模块2022，用于结合获得的模拟凝结水数据，调整所述过滤后的所述凝结水检测数据。

在本实施例中，子步骤s1042可以由调整子模块2022执行。

调整子模块2022，还用于结合响应用户操作获得的凝结水人工检测数据，调整所述过滤后的所述凝结水检测数据。

在本实施例中，子步骤s1043可以由调整子模块2022执行。

生成模块203，用于根据处理后的每个梯度的所述凝结水检测数据及对应的所述环境信息，生成多个梯度的凝结水分析结果。

在本实施例中，步骤s105可以由生成模块203执行。具体地，子步骤s1051及子步骤s1052可以由生成模块203执行。

显示模块206，用于通过与数据服务器100对应的网站展示分析结果。

在本实施例中，步骤s106可以由显示模块206执行。

判断模块207，用于根据接收到的多个梯度的所述凝结水检测数据对应的环境信息，判断所述凝结水观测设备300所处环境是否满足预设置的极端天气对应的环境信息标准。

在本实施例中，步骤s201可以由判断模块207执行。

发送模块208，用于发送关闭指令至所述凝结水观测设备300，以控制所述凝结水观测设备300进入保护状态。

在本实施例中，步骤s202可以由发送模块208执行。

综上所述，本发明提供的一种凝结水观测分析方法及装置。所述方法应用于与凝结水观测设备通信连接的数据服务器，所述凝结水观测设备用于采集多个梯度的凝结水检测数据及每个梯度的所述凝结水检测数据对应的环境信息，所述方法包括：接收所述凝结水观测设备采集的每个梯度的所述凝结水检测数据及对应的所述环境信息；分别对接收的每个梯度的所述凝结水检测数据进行处理；根据处理后的每个梯度的所述凝结水检测数据及对应的所述环境信息，生成多个梯度的凝结水分析结果。实现了凝结水采集分析的自动化，减少研究过程中的人力成本。在获得长期的、连续的数据的同时提高了数据的可靠性及准确性，促进了对凝结水研究的发展。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，数据服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。