基于时空插值的高分辨温盐数据生成方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于时空插值的高分辨温盐数据生成方法及装置，方法包括获取温盐的时空监测数据，对所述时空监测数据的总体分布形式进行检验，提取满足平稳性的温盐时空数据；根据所述温盐时空数据中的时间数据得到时间变异函数，根据所述时空数据中的空间数据得到空间变异函数；根据所述时间变异函数和所述空间变异函数，构建时空变异函数；利用时空Kriging插值法对所述时空变异函数进行插值，得到高分辨率的温盐网格数据。本发明专利技术中公开的方法或装置可同时考虑时间维度和空间维度的观测数据，并基于时空分布离散、稀疏的观测数据生成标准化的、具有高分辨率的温度和盐度网格数据。格数据。格数据。

【技术实现步骤摘要】
基于时空插值的高分辨温盐数据生成方法及装置


[0001]本专利技术涉及海洋环境建模
，更具体的说是涉及基于时空插值的高分辨温盐数据生成方法及装置。

技术介绍

[0002]我国的海洋装备对海洋环境的耐久性和适应性问题十分突出，在装备试验环节，真实、复杂的海洋环境模型是提高装备试验效果、有效评估装备性能的重要支撑。因此，如何构建真实、复杂的海洋环境模型，为海洋装备虚拟试验提供丰富、真实的海洋环境数据，对海洋装备试验具有重要意义。
[0003]目前，在海洋环境模型的构建上，只依据了空间维度的观测数据，而没有考虑时间维度上的观测数据；同时，观测数据在时空上分布离散、稀疏的特点，成为基于时空数据构建海洋环境模型的又一瓶颈。
[0004]因此，如何突破瓶颈，同时考虑时间维度和空间维度的观测数据，构建海洋环境模型是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种基于时空插值的高分辨温盐数据生成方法及装置，针对部分观测数据时空分布离散、稀疏的情况，研究基于时空插值的海洋环境建模方法，实现对观测数据的重构，生成符合所需时空分布规律的、高分辨的网格化海洋环境数据。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案包括：
[0007]第一、一种基于时空插值的高分辨温盐数据生成方法，包括，
[0008]获取温盐的时空监测数据，并对所述时空监测数据的总体分布形式进行平稳性分析，提取满足平稳性的温盐时空数据；
[0009]根据所述温盐时空数据中的时间数据得到时间变异函数，根据所述时空数据中的空间数据得到空间变异函数；
[0010]根据所述时间变异函数和所述空间变异函数，构建时空变异函数；
[0011]利用时空Kriging插值法对所述时空变异函数进行插值，得到高分辨率的温盐网格数据，所述时空Kriging插值法的表达式为：
[0012][0013]其中，(t
i
,s
i
)表示样本点i的时空域坐标，λ
i
(i＝1,2,...,n)表示待求的权重系数。
[0014]第二、一种基于时空插值的高分辨温盐数据生成装置，包括，
[0015]温盐时空数据获取单元，用于获取温盐时空监测数据，并提取满足平稳性要求的温盐时空数据；
[0016]时间和空间变异函数拟合单元，用于根据温盐时空数据中的时间数据拟合得到时
间变异函数，根据温盐时空数据中的空间数据拟合得到空间变异函数；
[0017]时空变异函数构建单元，用于根据所述时间变异函数和空间变异函数，构建时空变异函数；
[0018]高分辨率温盐数据生成单元，用于通过时空Kriging插值法对所述时空变异函数进行插值，得到高分辨率的温盐网格数据。
[0019]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种基于时空插值的高分辨温盐数据生成方法及装置，通过获取温盐时空监测数据，并进行平稳性分析，从而获得满足平稳性要求的时空数据，采用适合的模型与方法拟合得到时间变异函数以及空间变异函数后，进一步构建时空变异函数，有效地利用时空邻近样本进行插值。
[0020]本专利技术中利用时空插值方法对时空变异函数进行插值，可有效克服现有技术中缺陷，即同时考虑时间维度和空间维度的观测数据，并基于时空分布离散、稀疏的观测数据生成标准化的、具有高分辨率的温度和盐度网格数据；以便于实现对海洋环境模型中的海水温度、盐度参数的生成，以及依据生成的温盐数据采用工程模型实现海水密度、声速参数的生成。
[0021]本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
[0022]下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0024]图1为本专利技术基于时空插值的高分辨温盐数据生成方法流程图；
[0025]图2为本专利技术时间变异函数拟合过程示意图；
[0026]图3为本专利技术时空Kriging插值流程图；
[0027]图4为本专利技术Argo数据筛选前后的空间分布，其中(a)为筛选前的数据空间分布，(b)为筛选后的数据空间分布；
[0028]图5为本专利技术插值前后数据对比图，(a)为插值前后的盐度数据对比图，(b)为插值前后的温度数据对比图；
[0029]图6为本专利技术趋势面拟合前的温度数据直方图分布情况；
[0030]图7为本专利技术趋势面拟合后的温度数据直方图分布情况；
[0031]图8为本专利技术所选时空范围20m深度处的温度数据趋势面拟合结果图；
[0032]图9为本专利技术中2016年5月预留观测数据点的空间分布及插值误差图；
[0033]图10为本专利技术各插值点的误差图。
具体实施方式
[0034]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0035]本专利技术实施例公开了一种基于时空插值的高分辨温盐数据生成方法，其中，时空插值法主要通过构建时空变异函数，从而有效利用时空邻近样本进行插值，以得到标准化的、具有高分辨率的温度和盐度网格数据；进而，实现对海洋环境模型中的海水温度、盐度参数的生成，以及依据生成的温盐数据采用工程模型实现海水密度、声速参数的生成。
[0036]实施例一
[0037]本实施例中，基于时空插值的高分辨温盐数据生成方法包括，
[0038]获取温盐的时空监测数据，并对所述时空监测数据的总体分布形式进行平稳性分析，提取满足平稳性的温盐时空数据；
[0039]根据所述温盐时空数据中的时间数据得到时间变异函数，根据所述时空数据中的空间数据得到空间变异函数，
[0040]根据所述时间变异函数和所述空间变异函数，构建时空变异函数；
[0041]利用改进的时空Kriging插值法对所述时空变异函数进行插值，得到高分辨率的温盐网格数据，所述改进的时空Kriging插值法的表达式为：
[0042][0043]其中，(t
i
,s
i
)表示样本点i的时空域坐标，λ
i
(i＝1,2,...,n)表示待求的权重系数。
[0044]Kriging插值法本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于时空插值的高分辨温盐数据生成方法，其特征在于，包括，获取温盐的时空监测数据，并对所述时空监测数据的总体分布形式进行平稳性检验，提取满足平稳性的温盐时空数据；根据所述温盐时空数据中的时间数据获得时间变异函数，根据所述温盐时空数据中的空间数据获得空间变异函数；根据所述时间变异函数和所述空间变异函数，构建时空变异函数；利用时空Kriging插值法对所述时空变异函数进行插值，得到高分辨率的温盐网格数据，所述时空Kriging插值法的表达式为：其中，Z
*
(s
i
,t
i
)表示插值后的点，Z(s
i
,t
i
)表示样本点i，(s
i
,t
i
)表示样本点i的时空域坐标，λ
i
(i＝1,2,...,n)表示样本点i的权重系数。2.根据权利要求1所述的一种基于时空插值的高分辨温盐数据生成方法，其特征在于，采用二阶平稳假设对时空监测数据进行平稳性分析，其中，约束条件如下：所述时空监测数据在所处的研究区域内具有恒定的数学期望；所述时空监测数据在所处的研究区域内存在协方差函数，且所述协方差函数平稳，数值只与位移量有关。3.根据权利要求1所述的一种基于时空插值的高分辨温盐数据生成方法，其特征在于，采用平稳假设或本征假设对所述时空监测数据的总体分布形式进行平稳性分析。4.根据权利要求1所述的一种基于时空插值的高分辨温盐数据生成方法，其特征在于，所述时空监测数据的总体分布形式通过统计直方图法和/或趋势面分析法进行分析。5.根据权利要求1所述的一种基于时空插值的高分辨温盐数据生成方法，其特征在于，所述时间变异函数和所述空间变异函数，采用如下理论模型和拟合方法获得；所述理论模型包括有基台值模型和/或无基台值模型，其中，有基台值模型包含纯块金效应模型、高斯模型、和/或球状模型；无基台值模型包含线性无基台值模型；所述拟合方法包括最小二乘法和/或加权回归法。6.根据权利要求1所述的一种基于时空插值的高分辨温盐数据生成方法，其特征在于，采用积合式模型构建时空变异函数，构建方法如下：γ(h
s
,h
t
)＝(k1C
t
(0)+k2)γ
s
(h
s
)+(k1C
s
(0)+k3)γ
t
(h
t
)
‑
k1γ
s
(h
s
)γ
t
(h
t
)式中，γ
...

【专利技术属性】
技术研发人员：林连雷，于航懿，杨昌达，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：