[发明专利]空气物质观测数据的处理和利用方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种空气物质观测数据的处理和利用方法及其装置，能够提高对空气物质观测数据的收集和处理的效率和准确度，进一步能够提高利用这些空气物质观测数据进行的空气物质预测的效率和准确度。

背景技术

随着现代化建设的高速发展，大气环境污染问题日益严重，给城市区域本来就脆弱的生态系统造成了巨大压力；城市化进程对城市的大气环境质量、城市风、大气温度、降水、雾等等方面都产生了不可忽视的影响，导致了城市空气污染加重、酸雨、城市雾灾等等各方面的大气环境问题；该问题已经成为国际学术界的研究热点和重点。

随着空气污染防治和研究工作的开展，迫切需要了解空气污染的影响和变化趋势，为此空气污染的预报应运而生；研究大气扩散基本模式要解决的基本问题，是湍流与烟流传播和物质浓度衰减的关系问题；目前处理这个问题广泛运用三种理论，即梯度输送理论、统计理论和相似理论；利用这些理论来进行研究时，又有三种方法，即：数值分析法、现场研究法和实验室中的模拟研究法。

空气污染预测要从环境采集数据，并对市区影响最大的大气中的重要污染物进行评价；为此，需要选用〔有时要做修正〕或建立空气污染预测模型，确定自由大气中空气微团运动受气压梯度力、重力和地转偏向力的影响情况，如果作曲线运动时，还受惯性离心力的影响，但没有摩擦力；这些力，决定了空气微团的运动方程。由空气微团的运动方程，可根据具体的起始条件与边界条件，对方程求解，得到不同的大气扩散模式，从而建立相应的预测模型。

如以上所提到的那样，在进行空气物质(例如空气污染物)预测时，首先，需要通过诸如空气物质观测点对诸如城市中不同位置处的空气物质状况或浓度值(例如，PM2.5的浓度值)进行观测，这样会收集到不同观测点处的空气物质观测数据。然后，为了能够在空气物质预测时利用这些空气物质观测数据，需要对收集到的空气物质观测数据进行处理。目前一般的做法是将这些空气物质观测数据匹配到地图上的观测区域中的所关注的网格点上。所谓网格点一般是将地图上的观测区域在经度和维度上等间隔地分割为四边形(例如矩形和方形)网格而形成的格子点。

图1示意地示出了现有技术中所采用的将空气物质观测数据映射到所关注的某个网格点上的数据映射方式。在图1所示的数据映射方法中，φ₁，φ₂，…，φ_M表示M个空气物质观测点处所观测到的空气物质观测数据，其所对应的地图上的位置即为各空气物质观测点所处的地理位置，可以用横坐标x和纵坐标y来表示。为了便于进行说明，作为假设，这M个空气物质观测点均未处于网格点上。

这里，需要将φ₁，φ₂，…，φ_M映射到所关注的网格点(x_i，y_j)上，生成网格点空气物质数据具体可以采用以下方式来生成网格点空气物质数据

其中

以及

这里，x_k和y_k分别是空气物质观测点k的x坐标和y坐标。x_i和y_j是所关注的网格点(x_i，y_j)处的x坐标和y坐标。

在如上所述的数据映射方式中，需要将M个空气物质观测点所观测到的空气物质观测数据φ₁，φ₂，…，φ_M利用其各自与所关注的网格点(x_i，y_j)之间的距离的倒数进行加权，然后对加权后的数据进行算数求和平均，从而生成所关注的网格点(x_i，y_j)处的空气物质数据在这样的现有数据映射方式中，随着空气物质观测点、以及所关注的网格点的数量增多，计算量将会急剧增加，甚至计算会变得无法实现。这样，空气物质观测数据的收集和处理将会变得非常低效或者不精确，进一步利用这些空气物质观测数据的空气物质预测也会变得非常低效或者不精确。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷提出了本发明。因此，本发明的目的之一是提出一种空气物质观测数据的处理和利用方法及其装置，能够提高对空气物质观测数据的收集和处理的效率和准确度，进一步能够提高利用这些空气物质观测数据进行的空气物质预测的效率和准确度。