高空格點氣象數據的四維插值方法

2023-06-08 22:57:51 1

專利名稱：：高空格點氣象數據的四維插值方法
技術領域：
：本發明涉及一種數據分析與插值計算方法，特別是一種符合高空格點氣象數據的四維插值方法。
背景技術：
：格點氣象數據為美國FAA(FederalAviationAdministration,美國聯邦航空局)的一項專用數據，其中包含每天0點、6點、12點和18點的氣象數據，每個時間點上的數據又包含實際大氣環境中的氣壓高度和溫度數據，對於每一個高度或溫度數據塊，又按照1000mb、850mb、700mb、500mb、400mb、300mb、250mb、200mb、150mb禾fU00mb的順序排列。對於每一個毫巴層的數據，其包含為全球以1.25度為間隔的經緯度格點矩陣數據。如果希望利用此數據得到標準大氣條件下規定的高空任意飛行高度層、任意經諱度和任意時間點在實際大氣環境中的氣壓高度(以下簡稱實際放行高度)數據，就需要利用現有的準確數據進行插值計算得到。此實際放行高度可以在高空空域安全評估、航路安全評估和航空器性能評估等方面得到廣泛地應用。
發明內容為克服現有技術的缺陷，本發明要解決的技術問題是提供了一種能夠得到標準大氣條件下規定的高空任意飛行高度層、任意經緯度和任意時間點在實際大氣環境中的氣壓高度的高空格點氣象數據的四維插值方法。本發明的技術方案是這種高空格點氣象數據的四維插值方法包括以下步驟(1)對等氣壓層間實際放行高度進行插值計算；(2)進行指定經緯度格點間的雙線性插值計算；(3)進行指定時間點的線性插值計算。5本發明取得了如下技術效果(1)對高空氣象數據進行分析，完成了高空分配高度層上的實際放行高度插值；(2)利用雙線性插值和線性插值方法，完成了任意經緯度、任意時間點的真實高度插值。圖1所示為本發明的步驟(1)的流程圖；圖2所示為經諱度格點間數據的雙線性插值的示意圖；圖3所示為本發明的步驟(2)的流程圖；圖4所示為本發明的步驟(3)的流程圖。具體實施例方式下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。圖l所示為本發明的步驟(1)的流程圖。該步驟利用高空氣象格點數據中的真實溫度和真實高度，計算得到高空分配高度層的真實高度數據，首先給出計算中使用到的各項參數符號及其意義A和P—許可飛行高度層所對應上下mb氣壓層的mb值(己知經驗值)；^和;^許可飛行高度層所對應上下mb氣壓層的真實高度(來源自氣象數據)；^和^:許可飛行高度層所對應上下mb氣壓層的真實溫度(來源自氣象數據)；巧和A:標準大氣環境下許可飛行高度層所對應上下mb氣壓層的標準高度(己知經驗值)；M:標準百英尺高度層(已知經驗值)；力標準大氣環境下高度層對應的標準大氣壓強(已知經驗值)；7:許可飛行高度層所對應上下mb氣壓層的真實平均溫度，F=^;65:由相關上下氣壓層和百英尺高度層確定的平均環境溫度;差值公式最終結果，實際大氣環境下的放行高度。表1給出了在高空FL280至FL450之間的各項經驗取值tableseeoriginaldocumentpage7表h等氣壓層間實際放行高度插值計算經驗參數取值所述步驟(1)包括以下分步驟(1.1)開始插值計算分配高度層的真實高度；(1.2)根據FL的數值取定各已知參數數值；(1.3)計算第二輔助參數&，其中^-^^;(1.4)判斷當前高度層是否高於FL370，如果是執行步驟(1.6)，否則執行步驟(1.5);(1.5)按較低空域計算公式，計算7;=1+|.(^丄-A)，較低空域包含FL280至FL370共IO個高度層，執行步驟(1.7);(1.6)按較高空域計算公式，計算5=,2+|.(//2-尺)，較高空域包含FL380至FL450共8個高度層，執行步驟(1.7);ln(1.7)計算第一輔助參數&，其中^=*-111屍，(1.8)判斷當前高度層是否高於FL370，如果是執行步驟(1.10)，否則執行步驟(1.9);(1.9)按較低空域計算公式，計算/^=/1+《1.(/2-/0，較低空域包含FL280至FL370共10個高度層，執行步驟(1.11);(1.10)按較高空域計算公式，計算/^-、+^.b-/0，較高空域包含FL380至FL450共8個高度層，執行步驟(1.11);(1.11)返回計算結果^/值，為高空分配高度層的真實高度數據；(1.12)等氣壓層間實際放行高度插值計算結束。本步驟對不同氣壓高度層的數據迸行了插值計算，得到了格點經緯度上高空分配高度層的實際高度，為下一步在經緯度上進行的雙線性插值提供了有效的數據源。圖2所示為本發明中經緯度格點雙線性插值過程示意圖，根據已知點屍(l，l)、戶(1，2)、屍(2，1)和屍(2，2)點的實際高度數據，通過插值方法計算任意點AT(;c，力的實際高度，圖3給出了步驟(2)的流程圖，具體為(2.1)開始雙線性插值計算；(2.2)給各項變量附初值，令P(l，l)點的經緯度分別為x,、力，數據值為XU)，屍(1,2)點的經緯度分別為A、》，數據值為/1，2)，P(2，l)點的經緯度分別為;c2、力，數據值為A2，1)，屍(2，2)點的經緯度分別為X2、力，數據值為/2,2)，M(x,力點的經緯度為x、》數據值為/(;c,力(2.3)計算0(x，力)點的數據值，即(2.4)計算g2(^y2)點的數據值，即(2.5)計算M(x，力點的數據值，即/(x，力《^^/(;^)+^^/(W2)，少2-h力一力返回/0c,"數據值；(2.6)雙線性插值過程結束。本步驟將指定經緯度格點間任意經緯度數據值進行了插值求解，得到了給定時間點，任意經緯度的實際高度數據，為下一步在時間格點間進行的線性插值提供了有效的數據源。圖4所示為本發明的步驟(3)的流程圖。由於高空格點的氣象數據按每日O點、6點、12點、18點給出，利用此方法可以得到任意時間點的實際高度數據值，具體為-(3.1)開始線性插值計算；G.2)給各項變量附初值，令r時刻點的時間為^，數據值為Ai)，T+6時刻點的時間為b數據值為A2)，待求解時刻的時間為f，數據值為AO;(3.3)計算,時刻的數據值，即/(,)"/(i)+潛y(Vo，返回/(0數(3.4)線性插值過程結束。本步驟完成了任意時間點的格點數據線性插值，完成了數據解析過程，得到了最終的數據解析結果。本發明通過將高空格點氣象數據的四維插值分析和計算，得到了標準大氣條件下規定的高空任意飛行高度層、任意經緯度和任意時間點在實際大氣環境中的氣壓高度，為後續的數據處理提供了有效的數據源。以上所述，僅是本發明的較佳實施例，並非對本發明作任何形式上的限制，凡是依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬本發明技術方案的保護範圍。權利要求1、高空格點氣象數據的四維插值方法，其特徵在於，包括以下步驟(1)對等氣壓層間實際放行高度進行插值計算；(2)進行指定經緯度格點間的雙線性插值計算；(3)進行指定時間點的線性插值計算。2、根據權利要求1所述的高空格點氣象數據的四維插值方法，其特徵在於，所述步驟(1)包括以下分步驟(1.1)開始插值計算分配高度層的真實高度；(1.2)根據FL的數值取定各已知參數數值；(1.3)計算第二輔助參數《2,其中《2=(1.4)判斷當前高度層是否高於FL370，如果是執行步驟(1.6)，否則執行步驟(1.5);(1.5)按較低空域計算公式，計算^^1+*.(凡-//1)，較低空域包含FL280至FL370共IO個高度層，執行步驟(1.7);(1.6)按較高空域計算公式，計算7^,2+|.(//2-F丄)，較高空域包含FL380至FL450共8個高度層，執行步驟(1.7);(1.7)計算第一輔助參數&，其中A:,4-ln(1.8)判斷當前高度層是否高於FL370，如果是執行步驟(1.10)，否則執行步驟(1.9);(1.9)按較低空域計算公式，計算/f"W(^D，較低空域包含FL280至FL370共10個高度層,執行步驟(1.11);/ln1/o.io)按較高空域計算公式，計算/f,=-/0，較高空域包含FL380至FL450共8個高度層，執行步驟(1.11);(1.11)返回計算結果i/;7值，為高空分配高度層的真實高度數據；(1.12)等氣壓層間實際放行高度插值計算結束。3、根據權利要求1或2所述的ATB格式氣象數據的解析方法，其特徵在於，所述步驟(2)包括以下分步驟(2.1)開始雙線性插值計算,-(2.2)給各項變量附初值，令屍(1，1)點的經緯度分別為A、力，數據值為Xl，l),P(l,2)點的經緯度分別為;d、》，數據值為X1,2)，屍(2,1)點的經緯度分別為X2、力，數據值為/(2，1)，屍(2，2)點的經緯度分別為X2、》，數據值為/2，2)，M(x，力點的經緯度為x、》數據值為Xx,力；(2.3)計算"(x,力)點的數據值，即/(x,a),力)+/(x2,y!);(2.4)計算込(x,》)點的數據值，即/(x,_y2)X2—x/(x!,h)+x—Xl/(x2,y2);(2.5)計算M(xj)點的數據值，即/(x，力a^^/(;^)+i^/(;c，h)，少廣力少廣乂返回/(x,力數據值；(2.6)雙線性插值過程結束。4、根據權利要求1或2所述的ATB格式氣象數據的解析方法，其特徵在於，所述步驟(3)包括以下分步驟(3.1)開始線性插值計算；(3.2)給各項變量附初值，令T時刻點的時間為^，數據值為Al)，T+6時刻點的時間為^數據值為A2)，待求解時刻的時間為"數據值為卿(3.3)計算t時刻的數據值，即/(,)《/(1)+/(2):/(1)(卜0，返回/(,)數據值；(3.4)線性插值過程結束。全文摘要公開了一種高空格點氣象數據的四維插值方法包括以下步驟(1)對等氣壓層間實際放行高度進行插值計算；(2)進行指定經緯度格點間的雙線性插值計算；(3)進行指定時間點的線性插值計算。本方法通過將高空格點氣象數據的四維插值分析和計算，能夠得到標準大氣條件下規定的高空任意飛行高度層、任意經緯度和任意時間點在實際大氣環境中的氣壓高度數據，為後續的數據處理提供了有效的數據源。文檔編號G01W1/00GK101655568SQ20091008865公開日2010年2月24日申請日期2009年7月6日優先權日2009年7月6日發明者珺兆,呂嘉川,唐金翔,軍張,朱衍波,許有臣,金開研申請人:民航數據通信有限責任公司;北京航空航天大學