專利名稱：利用鄰近風速風向數(shù)據(jù)進行線性擬合分析潮位增水的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及防汛信息化及水文、氣象應用領(lǐng)域，特別是利用鄰近風速風向數(shù)據(jù)進行線性擬合分析潮位增水的方法。
背景技術(shù)：
當前，針對水文預報方法上，大部分采用新安江模型進行水位預報。新安江模型是河海大學提出的一個水文模型，是中國少有的一個具有世界影響力的水文模型。新安江模型是分散性模型，可用于濕潤地區(qū)與半濕潤地區(qū)的濕潤季節(jié)。當流域面積較小時，新安江模型采用集總模型，當面積較大時，采用分塊模型。它把全流域分為許多塊單元流域，對每個單元流域作產(chǎn)匯流計算，得出單元流域的出口流量過程。再進行出口以下的河道洪水演算，求得流域出口的流量過程。把每個單元流域的出流過程相加，就求得了流域的總出流過程?！?br> 新安江模型重點面向流域進行水文預報的方法，所考慮的影響因素也較多，而在考慮的因素中，針對氣象因素，更多的是考慮雨量的大小，而對影響潮位的天文潮、風速、風向的考慮占比較小，因此預報結(jié)果對沿海的潮位預報就不是很合理。另外，由于該模型方法較大，要求的歷史數(shù)據(jù)多，參數(shù)設置多，部署實施起來很多由于歷史數(shù)據(jù)不全，造成實施起來有很大的難處，還有就是模型購買的成本也相對較高，不利于大面積的推廣。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種利用鄰近風速風向數(shù)據(jù)進行線性擬合分析潮位增水的方法。本發(fā)明采用以下方案實現(xiàn)一種利用鄰近風速風向數(shù)據(jù)進行線性擬合分析潮位增水的方法，其特征在于包括以下步驟
步驟SOl :通過對潮位監(jiān)測站的歷史數(shù)據(jù)進行整編成EXCEL，并導入至數(shù)據(jù)庫中；
步驟S02 :將潮位站周邊的氣象風情監(jiān)測站的風情數(shù)據(jù)進行整編成EXCEL，將此數(shù)據(jù)導入到數(shù)據(jù)庫中，同時建立潮位站與氣象風情站地域關(guān)聯(lián)的關(guān)聯(lián)表格；
步驟S03 :據(jù)風情數(shù)據(jù)的風速數(shù)據(jù)和風向數(shù)據(jù)，計算每個時間刻的平均主要風速；
步驟S04 :通過潮位監(jiān)測站的數(shù)據(jù)，建立潮位站點增水情況與平均主要風速的關(guān)系； 步驟S05 :利用最小二乘法，建立站點平均主要風速值和增水值之間的擬合線性公式； 步驟S06 :通過擬合公式及氣象部門的未來預報風速、風向，計算未來的預報潮位。在本發(fā)明一實施例中，所述步驟S03的實現(xiàn)方式是通過計算風情站風向數(shù)據(jù)的增水權(quán)值，計算每個時間刻的主要風速；再根據(jù)每個時間刻的主要風速，計算其平均主要風速；所述的主要風速=時刻風速*權(quán)值。在本發(fā)明一實施例中，所述權(quán)值是根據(jù)每個氣象風情站的風向數(shù)據(jù)來計算，NE至NNE范圍為主要時，則直接權(quán)值為I小至ENE的權(quán)重計算為COS (22. 5)=0. 92 ;NNW至E的權(quán)值則為COS (22. 5+22. 5)=0. 71 ;依此類推，NW至ESE的權(quán)值為O. 38 ；WNW至SE的權(quán)值為O ；W至SSE的權(quán)值為-O. 38 ；WSW至S的權(quán)值為-O. 71 ;SW至SSW的權(quán)值為-O. 92 ;其中E代表東，W代表西，S代表南，N代表北。在本發(fā)明一實施例中，所述計算每個時間刻的主要風速是根據(jù)預報類型進行計算，該預報類型包括1飛小時和7 12小時，計算方式為Avg(前1飛小時或7 12主要風速總和)。在本發(fā)明一實施例中，所述步驟S04的實現(xiàn)方式是利用潮位的增水數(shù)據(jù)值與1飛小時平均主要風速、7 12小時平均主要風速值進行關(guān)聯(lián)，得到增水值、廣6小時平均主要風速值和增水值、7 12小時平均主要風速值的表格數(shù)據(jù)，并對這兩個表格數(shù)據(jù)按平均主要風速從小到大進行排序。在本發(fā)明一實施例中，所述擬合線性公式為Y=a+bX和相關(guān)系數(shù)R ;其中，Y值代表增水；x值代表平均主要風速；a、b為線性擬合出來的參數(shù)值。本發(fā)明的方法所需要的歷史資料數(shù)據(jù)較單一，各地的水文、氣象部門都有此類數(shù)據(jù)，大大有效降低預報所需要數(shù)據(jù)收集的難度，為潮位預報的成功運行提供較好的數(shù)據(jù)環(huán) 境。另外，該方法設置成本較簡單，需要明確潮位河流的主要風向即可對增水情況進行分析，從而也大大降低了部署、實施的成本，便于沿海潮位監(jiān)測站的預報推廣。


圖I是本發(fā)明一實施例的流程示意圖。圖2是本發(fā)明實施例的風向標識圖。圖3是將I飛小時平均主要風速值作為橫坐標，增水值作為縱坐標建立平均主要風速和增水間的散點坐標關(guān)系圖。圖4是圖3建立該擬合線性的公式后的關(guān)系圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖及實施例子對本發(fā)明做進一步說明。本發(fā)明提出了一種利用鄰近風速風向數(shù)據(jù)進行線性擬合分析潮位增水的方法。該方法是利用潮位監(jiān)測站的歷史潮位數(shù)據(jù)和天文潮數(shù)據(jù)，通過周邊風情站點的數(shù)據(jù)，從而在風情數(shù)據(jù)和潮位增水數(shù)據(jù)間建立數(shù)學關(guān)系公式，再利用此公式，計算得出未來的預報值。如圖I所示，圖I是本發(fā)明一實施例的流程示意圖，該實施例中，該方法包括以下步驟
步驟SOl :通過對潮位監(jiān)測站的歷史數(shù)據(jù)進行整編成EXCEL，并導入至數(shù)據(jù)庫中；
步驟S02 :將潮位站周邊的氣象風情監(jiān)測站的風情數(shù)據(jù)進行整編成EXCEL，將此數(shù)據(jù)導入到數(shù)據(jù)庫中，同時建立潮位站與氣象風情站地域關(guān)聯(lián)的關(guān)聯(lián)表格；
步驟S03 :據(jù)風情數(shù)據(jù)的風速數(shù)據(jù)和風向數(shù)據(jù)，計算每個時間刻的平均主要風速；
步驟S04 :通過潮位監(jiān)測站的數(shù)據(jù)，建立潮位站點增水情況與平均主要風速的關(guān)系； 步驟S05 :利用最小二乘法，建立站點平均主要風速值和增水值之間的擬合線性公式； 步驟S06 :通過擬合公式及氣象部門的未來預報風速、風向，計算未來的預報潮位。下面為了讓一般技術(shù)人員更好的理解本發(fā)明，我們結(jié)合上述各步驟做進一步的詳細說明。I、潮位監(jiān)測站點的歷史潮位數(shù)據(jù)和天文潮數(shù)據(jù)的導入
通過對潮位監(jiān)測站的歷史數(shù)據(jù)按固定格式進行整編成EXCEL，需要體現(xiàn)站點、時間、潮位數(shù)據(jù)值(米)等字段內(nèi)容，并將此數(shù)據(jù)導入至數(shù)據(jù)庫中。該按固定格式即將歷史數(shù)據(jù)按照EXCEL表中的列進行導入。2、潮位站周邊風情監(jiān)測站的歷史風情數(shù)據(jù)的導入，并與潮位站建立關(guān)聯(lián)
將潮位站周邊的氣象風情監(jiān)測站的風情數(shù)據(jù)按固定格式進行整編成EXCEL，需體現(xiàn)站
點、時間、風速(米/秒)、風向等字段內(nèi)容，將此數(shù)據(jù)導入到數(shù)據(jù)庫中，同時建立潮位站與氣象風情站地域關(guān)聯(lián)的關(guān)聯(lián)表格。3、根據(jù)風情數(shù)據(jù)的風速數(shù)據(jù)和風向數(shù)據(jù)，計算每個時間刻的平均主要風速 首先，通過計算風情站風向數(shù)據(jù)的增水權(quán)值，計算每個時間刻的主要風速；再根據(jù)每個
時間刻的主要風速，計算其平均主要風速。潮位站部署在沿海周邊，從河道的走向以及入?？诘奶卣鱽矸治?，不同的風向?qū)?潮位的增長作用是不同的，有的風向會產(chǎn)生增水，而有的風向則產(chǎn)生減水。因此，應將不同的地面風向轉(zhuǎn)換成增水的主要風向份量，也可以稱為“權(quán)值”;在我們的風向標識中，如圖2所示圖中E代表東，W代表西，S代表南，N代表北；每個方向的角度值為22. 5度，則本領(lǐng)域中，NNE表示為北風轉(zhuǎn)東北風。例如當NE至NNE范圍的風向作為主要影響風向時，其各個風向所帶來的增水影響如下表所示(每個潮位站河流的主要風向需根據(jù)每個風情站點來定義)
地麗鳳向 SM.................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
XE 至 XXE I........................................................................................X.....靈...................................................................................................................................................................................................O:......92......................................................................................................
至 ESEO. 33
ixir 至 SEο
I 至 SSE-α 3S
認 OraV I
^sv 至 ssw'-a 92
以上轉(zhuǎn)換的權(quán)重表是根據(jù)每個氣象風情站的風向數(shù)據(jù)來計算的，如果NE至NNE范圍為主要時，則直接為1，權(quán)值最高；N至ENE的權(quán)重計算為COS (22. 5) =0. 92 ；NNW至E的權(quán)值則為COS (22. 5+22. 5) =0. 71 ;依此類推各個風向角度的權(quán)值。得到風向權(quán)重后，就可以計算每個站點每個時間的主要風速。主要風速=時刻風速*權(quán)值。而在計算每個時間刻的平均主要風速，本實施例中對先預報類型進行確認，本方法設立包括廣6小時和7 12小時兩種類型。計算方式為Avg(前f 6小時或7 12主要風速總和)。如計算1997-1-1 13:00:00的1飛小時平均主要風速。則分別將前1飛的主要風速進行累加求平均，計算如下
Λ風 1=1997-1-1 12:00:00 的主要風速；
Λ風 2=1997-1-1 11:00:00 的主要風速；
Λ風 3=1997-1-1 10:00:00 的主要風速；
Λ風 4=1997-1-1 09:00:00 的主要風速；
Λ風 5=1997-1-1 08:00:00 的主要風速；Λ風 6=1997-1-1 07:00:00 的主要風速;
風情站1997-1-1 13:00:00的I 6平均主要風速=(Λ風1+Λ風2+Λ風3+Λ風4+Λ風 5+ Λ風 6)/6
7 12小時采用同樣計算方式，通過計算得每個時間刻的I飛小時平均主要風速和7 12小時平均主要風速。4、通過潮位監(jiān)測站的數(shù)據(jù)，建立潮位站點增水情況與平均主要風速的關(guān)系
利用潮位的增水數(shù)據(jù)值(歷史潮位數(shù)據(jù)值-天文潮數(shù)據(jù)值)與I飛小時平均主要風速、7 12小時平均主要風速值，進行關(guān)聯(lián)，得到增水值、廣6小時平均主要風速值和增水值、7^12小時平均主要風速值的表格數(shù)據(jù)，并對這二個表格數(shù)據(jù)按平均主要風速從小到大進行排序。5、利用最小二乘法，建立站點平均主要風速值和增水值之間的擬合公式； 通過將I飛小時平均主要風速值作為橫坐標，增水值作為縱坐標建立平均主要風速和
增水間的散點坐標關(guān)系。如圖3所示
通過建立該坐標關(guān)系后，通過最小二乘法進行散點的線性擬合，從而建立該擬合線性的公式Y(jié)=a+bX和相關(guān)系數(shù)R。如圖4所示，其中Y值代表增水；X值代表平均主要風速；R代表相關(guān)系數(shù)，相關(guān)系數(shù)越高，說明線性擬合的相關(guān)度也就越高；a、b為線性擬合出來的參數(shù)值。增水值、7 12小時平均主要風速值的擬合公式與f 6小時一樣。通過以上計算得到的如A潮位站點的f 6小時擬合公式結(jié)果為Y=-16. 2+6. 13Χ,相關(guān)系數(shù)R為O. 75 ；Α潮位站點的7 12小時擬合公式結(jié)果為Y=_16. 8+6. 21Χ,相關(guān)系數(shù)R為O. 71。得到該公式就可以原來計算未來所需要的預報增水數(shù)值了。6、通過擬合公式及氣象部門的未來預報風速、風向，計算未來的預報潮位。通過以上計算出來的線性擬合公式Y(jié)=a+bX,加上氣象部門預報未來的風速、風向(按照第三個步驟轉(zhuǎn)成主要風速)，主要風速值為X，就可以得到所需要未來站點的潮位增水情況Y。從而可以對未來的潮位變化有一個直觀的參考。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種利用鄰近風速風向數(shù)據(jù)進行線性擬合分析潮位增水的方法，其特征在于包括以下步驟 步驟SOl :通過對潮位監(jiān)測站的歷史數(shù)據(jù)進行整編成EXCEL，并導入至數(shù)據(jù)庫中； 步驟S02 :將潮位站周邊的氣象風情監(jiān)測站的風情數(shù)據(jù)進行整編成EXCEL，將此數(shù)據(jù)導入到數(shù)據(jù)庫中，同時建立潮位站與氣象風情站地域關(guān)聯(lián)的關(guān)聯(lián)表格； 步驟S03 :據(jù)風情數(shù)據(jù)的風速數(shù)據(jù)和風向數(shù)據(jù)，計算每個時間刻的平均主要風速； 步驟S04 :通過潮位監(jiān)測站的數(shù)據(jù)，建立潮位站點增水情況與平均主要風速的關(guān)系； 步驟S05 :利用最小二乘法，建立站點平均主要風速值和增水值之間的擬合線性公式； 步驟S06 :通過擬合公式及氣象部門的未來預報風速、風向，計算未來的預報潮位。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用鄰近風速風向數(shù)據(jù)進行線性擬合分析潮位增水的方法，其特征在于所述步驟S03的實現(xiàn)方式是通過計算風情站風向數(shù)據(jù)的增水權(quán)值，計算每個時間刻的主要風速；再根據(jù)每個時間刻的主要風速，計算其平均主要風速；所述的主要風速=時刻風速*權(quán)值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用鄰近風速風向數(shù)據(jù)進行線性擬合分析潮位增水的方法，其特征在于所述權(quán)值是根據(jù)每個氣象風情站的風向數(shù)據(jù)來計算，NE至NNE范圍為主要時，則直接權(quán)值為I ;N至ENE的權(quán)重計算為COS (22. 5)=0. 92 ；NNW至E的權(quán)值則為COS(22. 5+22. 5)=0. 71 ;依此類推，NW至ESE的權(quán)值為O. 38 ；WNW至SE的權(quán)值為O ;W至SSE的權(quán)值為-O. 38 ；WSW至S的權(quán)值為-O. 71 ；Sff至SSW的權(quán)值為-O. 92 ;其中E代表東，W代表西，S代表南，N代表北。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用鄰近風速風向數(shù)據(jù)進行線性擬合分析潮位增水的方法，其特征在于所述計算每個時間刻的主要風速是根據(jù)預報類型進行計算，該預報類型包括Γ6小時和7 12小時，計算方式為Avg(前I飛小時或7 12主要風速總和)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的利用鄰近風速風向數(shù)據(jù)進行線性擬合分析潮位增水的方法，其特征在于所述步驟S04的實現(xiàn)方式是利用潮位的增水數(shù)據(jù)值與f 6小時平均主要風速、7^12小時平均主要風速值進行關(guān)聯(lián)，得到增水值、廣6小時平均主要風速值和增水值、7 12小時平均主要風速值的表格數(shù)據(jù)，并對這兩個表格數(shù)據(jù)按平均主要風速從小到大進行排序。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的利用鄰近風速風向數(shù)據(jù)進行線性擬合分析潮位增水的方法，其特征在于所述擬合線性公式為Y=a+bX和相關(guān)系數(shù)R ;其中，Y值代表增水；X值代表平均主要風速；a、b為線性擬合出來的參數(shù)值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用鄰近風速風向數(shù)據(jù)進行線性擬合分析潮位增水的方法。該方法是利用潮位監(jiān)測站的歷史潮位數(shù)據(jù)和天文潮數(shù)據(jù)，通過周邊風情站點的數(shù)據(jù)，從而在風情數(shù)據(jù)和潮位增水數(shù)據(jù)間建立數(shù)學關(guān)系公式，再利用此公式，計算得出未來的預報值。該方法所需要的歷史資料數(shù)據(jù)較單一，各地的水文、氣象部門都有此類數(shù)據(jù)，大大有效降低預報所需要數(shù)據(jù)收集的難度，為潮位預報的成功運行提供較好的數(shù)據(jù)環(huán)境。另外，該方法設置成本較簡單，需要明確潮位河流的主要風向即可對增水情況進行分析，從而也大大降低了部署、實施的成本，便于沿海潮位監(jiān)測站的預報推廣。
文檔編號G06F19/00GK102902890SQ201210394660
公開日2013年1月30日 申請日期2012年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月17日
發(fā)明者何文浩, 黃敏 申請人:福建四創(chuàng)軟件有限公司