【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及气象数据集成控制，尤其涉及一种多源气象数据集成与质量控制系统。
技术介绍
1、气象预测是一个高度复杂且关乎公共安全的领域，随着气象观测技术的快速发展，各种气象数据来源，如地面站点、气象雷达、气象卫星等，都能够提供大量的实时数据，这些数据的类型、格式和精确度都可能存在很大的差异，如何有效地集成这些多源数据，以及如何进行质量控制，已经成为气象预测的关键问题。
2、传统的气象数据处理主要依赖手动或半自动化的方法，对于大量异构的数据进行集成存在诸多挑战，此外，简单的数据融合方法，可能无法充分利用各个数据源的优势，对于数据的质量控制，尤其是对异常、重复或缺失数据的处理，传统方法可能会引入误差，影响预测的准确性。
3、在深度学习技术尤其是长短时记忆网络(lstm)的兴起下，时间序列预测领域已经取得了显著的进展，lstm具有处理长时间依赖的能力，使其在复杂的气象数据预测中具有巨大潜力。
4、为了充分利用多源气象数据，提高气象预测的准确性，需要一种能够有效集成各种数据、进行质量控制并支持高级预测算法的系统。
技术实现思路
1、基于上述目的，本专利技术提供了一种多源气象数据集成与质量控制系统。
2、一种多源气象数据集成与质量控制系统，包括数据接收模块、数据处理模块、数据质量控制模块、数据集成模块、气象事件预测模块以及输出模块；其中，
3、数据接收模块：负责从多个气象数据源接收数据；
4、数据处理模块：对接收到的数据
5、数据质量控制模块：检验预处理后的数据质量并进行必要的质量修正；
6、数据集成模块：将经过质量控制的数据进行集成；
7、气象事件预测模块：基于集成后的数据，对短期和中期的气象事件进行预测，并为此提供相应的信度或概率评估；
8、输出模块：将集成后的数据及气象事件预测结果输出供用户使用。
9、进一步的，所述数据接收模块包括与各类气象数据源的接口，该气象数据源包括地面站点、气象雷达、气象卫星、气象探空气球以及海洋浮标，通过接口接收上述数据源的实时数据和历史数据，所述接口支持各种通信协议以及高并发数据传输。
10、进一步的，所述数据处理模块包括数据格式转换子模块、数据插值子模块和数据清洗子模块，具体的：
11、数据格式转换子模块：用于将各种来源的数据转换为统一的标准格式，支持多种气象数据标准；
12、数据插值子模块：根据需要对数据空间进行插值处理，利用kriging或双线性插值，提高数据空间分辨率；
13、数据清洗子模块：对异常数据、重复数据和缺失数据进行处理，处理方法采用中位数法或平均法进行修复或剔除。
14、进一步的，所述数据插值子模块采用的kriging方法基于数据的空间关系建立半变差函数，根据站点间的距离和方向进行数据插值；双线性插值方法采用数据点的上下左右四个邻近点的值进行插值，适用于网格数据的空间插值；具体的，
15、数据插值子模块采用的kriging方法如下：
16、以z(xi)表示位置xi处的观测值，kriging的预测值z*(x0)在位置x0的表达式为：
17、
18、其中，λi是权重，n是用于预测的数据点数；
19、双线性插值方法如下：
20、若四个邻近点为q11,q12,q21,q22，插值点为p,其坐标为(x,y)，则双线性插值的值f(p)为：
21、
22、进一步的，所述数据清洗子模块在处理异常数据时，采用中位数法取多个数据点的中间值进行修复，以避免极端值对结果的影响；平均法则直接计算多个数据点的平均值作为修复值；具体的，
23、中位数法：
24、对于一个数据集\(x-1，x-2，…，x-∩\)若n为奇数，则中位数为:m＝x(n+1)/2若n为偶数，则中位数为:
25、平均法:
26、对于一个数据集\(x-1，x-2，…，x-∩\)，其平均值为：
27、进一步的，所述数据质量控制模块将对数据质量进行检查评估，该检查评估包括时空一致性、数据的统计属性、数据的物理合理性以及数据来源验证，具体的：
28、时空一致性：检查数据的时间戳和空间坐标，确保数据在时间和空间上的连续性和一致性；
29、数据的统计属性：分析数据的均值、方差、偏度、峰度统计特性，与历史数据对比，识别异常值；
30、数据的物理合理性：检查数据是否符合物理规律，确保数据的物理真实性。
31、数据来源验证：对不同数据源的数据进行交叉验证，确保数据的真实和准确。
32、进一步的，所述数据集成模块采用数据同化的方法将多数据源的数据进行集成，所述数据同化为kalman滤波或4d-var的方式，将观测数据和数值模型的输出结合起来，优化模型初始条件。
33、进一步的，所述输出模块包括图形输出、表格输出、报告输出以及实时通知功能，具体的：
34、图形输出：能够根据用户的需求绘制等值线图、色阶图、风场图多种气象图形，支持交互式查看和缩放；
35、表格输出：将数据整理成表格，用户可以根据时间、地点或其他条件进行筛选、排序和下载；
36、报告输出：自动生成包含气象分析、预测趋势气象灾害警报的报告，报告按日、周或月生成，并支持电子邮件推送；
37、实时通知功能：在集成数据达到预定条件时，系统自动向用户发送实时通知。
38、进一步的，所述气象事件预测模块采用的深度学习方法，自动从训练数据中学习气象事件的发生模式，通过分析近期的气象变化与历史数据之间的关系，为用户提供即将发生的气象事件的预测，该预测包括事件的类型、强度和可能的发生时间。
39、进一步的，所述深度学习方法采用长短时记忆网络模型进行预测，该长短时记忆网络模型包括以下公式：
40、ft＝σ(wf·[ht-1，xt]+bf)
41、it＝σ(wi·[ht-1，xt]+bi)
42、
43、
44、ot＝σ(wo·[ht-1，xt]+bo)
45、ht＝ot×tanh(ct)
46、其中，xt是在时间t的输入向量；ht是在时间t的隐藏状态；ct是在时间t的细胞状态；ft,it,ot分别是遗忘门、输入门、单元状态和输出门的值；w和b是学习的权重和偏置；σ是sigmoid激活函数；×表示逐元素乘法；
47、所述长短时记忆网络模型由三个门控制信息的流入、保存和流出细胞状态，上述公式描述了在时间点t如何更新这些门以及细胞状态和隐藏状态，通过该结构，长短时记忆网络能捕捉和记忆长时间序列中的模式。
48、本专利技术的有益效果：
49、本专利技术，实现了对各类气象数据源的高效接入，这意味着从地面站点、气象雷达本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多源气象数据集成与质量控制系统，其特征在于，包括数据接收模块、数据处理模块、数据质量控制模块、数据集成模块、气象事件预测模块以及输出模块；其中，
2.根据权利要求1所述的一种多源气象数据集成与质量控制系统，其特征在于，所述数据接收模块包括与各类气象数据源的接口，该气象数据源包括地面站点、气象雷达、气象卫星、气象探空气球以及海洋浮标，通过接口接收上述数据源的实时数据和历史数据，所述接口支持各种通信协议以及高并发数据传输。
3.根据权利要求1所述的一种多源气象数据集成与质量控制系统，其特征在于，所述数据处理模块包括数据格式转换子模块、数据插值子模块和数据清洗子模块，具体的：
4.根据权利要求3所述的一种多源气象数据集成与质量控制系统，其特征在于，所述数据插值子模块采用的Kriging方法基于数据的空间关系建立半变差函数，根据站点间的距离和方向进行数据插值；双线性插值方法采用数据点的上下左右四个邻近点的值进行插值，适用于网格数据的空间插值；具体的，
5.根据权利要求3所述的一种多源气象数据集成与质量控制系统，其特征在于，所述数据清
6.根据权利要求1所述的一种多源气象数据集成与质量控制系统，其特征在于，所述数据质量控制模块将对数据质量进行检查评估，该检查评估包括时空一致性、数据的统计属性、数据的物理合理性以及数据来源验证，具体的：
7.根据权利要求1所述的一种多源气象数据集成与质量控制系统，其特征在于，所述数据集成模块采用数据同化的方法将多数据源的数据进行集成，所述数据同化为Kalman滤波或4D-VAR的方式，将观测数据和数值模型的输出结合起来，优化模型初始条件。
8.根据权利要求1所述的一种多源气象数据集成与质量控制系统，其特征在于，所述输出模块包括图形输出、表格输出、报告输出以及实时通知功能，具体的：
9.根据权利要求1所述的一种多源气象数据集成与质量控制系统，其特征在于，所述气象事件预测模块采用的深度学习方法，自动从训练数据中学习气象事件的发生模式，通过分析近期的气象变化与历史数据之间的关系，为用户提供即将发生的气象事件的预测，该预测包括事件的类型、强度和可能的发生时间。
10.根据权利要求9所述的一种多源气象数据集成与质量控制系统，其特征在于，所述深度学习方法采用长短时记忆网络模型进行预测，该长短时记忆网络模型包括以下公式：
...【技术特征摘要】
1.一种多源气象数据集成与质量控制系统，其特征在于，包括数据接收模块、数据处理模块、数据质量控制模块、数据集成模块、气象事件预测模块以及输出模块；其中，
2.根据权利要求1所述的一种多源气象数据集成与质量控制系统，其特征在于，所述数据接收模块包括与各类气象数据源的接口，该气象数据源包括地面站点、气象雷达、气象卫星、气象探空气球以及海洋浮标，通过接口接收上述数据源的实时数据和历史数据，所述接口支持各种通信协议以及高并发数据传输。
3.根据权利要求1所述的一种多源气象数据集成与质量控制系统，其特征在于，所述数据处理模块包括数据格式转换子模块、数据插值子模块和数据清洗子模块，具体的：
4.根据权利要求3所述的一种多源气象数据集成与质量控制系统，其特征在于，所述数据插值子模块采用的kriging方法基于数据的空间关系建立半变差函数，根据站点间的距离和方向进行数据插值；双线性插值方法采用数据点的上下左右四个邻近点的值进行插值，适用于网格数据的空间插值；具体的，
5.根据权利要求3所述的一种多源气象数据集成与质量控制系统，其特征在于，所述数据清洗子模块在处理异常数据时，采用中位数法取多个数据点的中间值进行修复，以避免极端值对结果的影响；平均法则直接计算多个数据点...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。