气象数据全链路监控系统的设计与实现

介绍了综合气象数据流监控系统的设计,提出一种快速定位、监控数据更新的方法.阐述了综合气象数据监控算法以及构建数据监控链路等主要功能的设计原理及实现方法,为加强气象数据集的管理提高技术支撑.     

随机误差传递的高空气象秒级数据快速校验方法

【目的】为保证气象预报结果的准确性。【方法】提出了考虑随机误差传递的高空气象秒级数据快速校验方法。对高空气象秒级数据进行预处理,包括数据中心化处理、特征点提取。数据中心化的处理方式为实施各组数据的加权平均处理,获得新的数据组作为基准数据;特征点提取使用的处理方法为遍历法,需要遍历全部数据点。考虑数据获取过程中的随机误差传递情况,对预处理后的高空气象秒级数据实施空间一致性检查、内部一致性检查。应用集合经验模态分解EEMD（Ensemble Empirical Mode Decomposition）算法与对比源反演CSI(Contrast Source Inversion)算法构建基于CSI-EEMD的高空气象秒级数据快速校验模型,实施数据得到快速校验。【结果】测试结果表明,该方法能够实现4个气象站数据的快速校验,校验结果的均方根误差与平均绝对误差均低于0.1,实现了数据的质量控制。【结论】将该方法应用于气象站数据校验中,可以实现精准度的数据校验,具有一定的实用价值。     

基于M16C单片机的温度测量计

研制了一种模块化设计的瑞萨系列单片机实验系统.系统采用集成度高的温度传感器,运用模块化设计完成了基于16位单片机(M3062LFGPGP)的数字式温度计设计,同时在处理温度数据时运用一种新算法,温度精度通过主控模块软件和温度硬件校正处理得到提高.根据传统设计原理,结合瑞萨单片机M3062LFGPGP特点,系统将A/D转换模块和万年历模块集中于主控模块,实现了用软件编程替代A/D模块、万年历硬件模块的新型设计.设计需要模块仅为主控模块、温度模块和显示模块,能够显示当前环境温度以及年、月、日、星期、时、分、秒.此设计可以大大降低系统功耗,减少硬件设计错误,提高系统的稳定性,计时准确,显示清晰,具有较高的应用价值.     

强电磁环境下基于无线传输的直流电压互感器校验方法误差研究

在直流电压互感器校验中,为解决直流互感器一次分压器和二次测量系统通信距离长的问题,本文基于无线通信与北斗同步技术,提出了一种直流电压互感器无线校验方法和硬件设计方案,在锦屏-苏州±800 kV直流换流站开展了直流电压互感器现场误差无线校验试验.试验结果显示,装置在测量低压时无线校验试验数据偏差小,但在测量高压时,由于处于高电压强电磁的环境,GPS定位与同步存在不稳定与小范围偏差的问题.针对此问题,本文对直流电压互感器无线校验系统在复杂电磁环境干扰下进行特性分析,并提出减小无线传输的直流电压互感器误差的解决方法,对直流电压互感器的无线校验技术发展有一定的工程意义.     

雨量计自动校验仪设计

雨量计是气象、水文、农业等部门观测降水量的重要仪器,新生产的雨量计以及使用中的雨量计都需要进行校验以确保其精度和可靠性.目前利用手工校验的方法不方便且精度难以保证,针对这一情况,设计了一种便携式雨量计自动校验仪.该仪器利用超声波实时检测当前液位进而控制步进电机自动调节流速、流量,保持水流量的均匀.利用软件可设置不同的雨量来模拟实际的降雨,最后通过对比雨量计读数看其是否符合精度要求.系统选用了高频的超声波传感器,处理器计时频率达到50MHz,提高了测量的精度.     

基于镜像图的LRC和CRC偏差结合的人脸识别

为了提高人脸识别率及更好地显示人脸特征,本文提出了一种基于镜像图的LRC和CRC偏差结合的人脸识别方法.该方法首先生成一种镜像人脸,再通过融合原始人脸和镜像人脸形成新的混合训练样本,最后利用LRC和CRC偏差结合进行人脸识别.新方法增加了训练样本的数目,克服了由于光照和姿态等外部因素带来的影响.实验结果表明,镜像图与LRC和CRC偏差结合的人脸识别方法提高了人脸识别的准确性.     

天气雷达与地面自动站降水观测一致性校验分析

将地面观测的降水划分为10～25、25～50、50～100mm/h3个量级区间,利用2010年5-10月天气雷达组网小时降水量产品和综合气象观测系统运行监控平台(ASOM)中国家级台站自动气象站小时降水量资料,采用3倍标准差法,按上述3个等级逐月分别确立了两类设备降水观测差值的阈值参数,进而建立了天气雷达与地面自动气象站降水观测结果的一致性实时校验技术.采用该技术进一步对2011年5-10月国家级台站自动气象站观测的降水结果进行了检验,结果表明:自动站降水数据正确率可达85％以上,可以有效进行自动站观测降水实时检验.     

基于AutoIt的海量数据智能刻录系统

对科研单位而言,选择DVD光盘作为雷达、卫星等持续性增长的海量数据的存储器是比较合理的.然而,如果人工校验和刻录保存数据,工作量巨大,过程单调乏味,容易出错.为了解决这个问题,本文利用AutoIt v3脚本语言的优势,实现了智能控制刻录软件完成DVD光盘的刻录;加上参数配置、目录监听、数据校验、数据压缩、短信通知、数据检索、日志记录等辅助模块的设计实现,最终完成了海量数据智能刻录系统(MDIBS).文本介绍了AutoIt在自动化任务编写上的优势及在MDIBS中的应用,论述了MDIBS各模块的设计思想和功能以及核心技术的实现,并以FY-2C数据为例说明了数据校验插件的开发.     

基于注意力特征提取网络的图像描述生成算法

针对解决图像描述生成中对浅层图像特征利用不充分、图像目标间关系提取不足的问题,提出一种基于注意力图像特征提取的图像描述生成算法.通过语言模型上下文信息对不同深度图像特征进行自适应注意力权重分配,使带有注意力的图像特征参与指导图像描述生成,提升了图像描述生成的效果.在MSCOCO测试集中所提算法的BLEU-1和CIDEr得分分别达到0.752和0.934,从而验证了所提算法的有效性.     

基于无线传感器网络的气象数据采集系统设计

针对现有的气象监测系统在测量定位、测量点数据传输方面的不足,结合S3C44B0X嵌入式微处理器高速的特点,设计了基于无线传感器网络的气象数据采集系统。在无线传感器网络设计中采用改进的DV-Hop无线传感器定位算法,用仿真软件仿真验证了该算法的有效性。该系统可保证气象观测数据的准确性、可靠性。     

气象测报地面信息化数据处理技术

以全国地面气象测报技能竞赛中计算机综合处理科目为实例,用地面测报业务软件中的格式审核、文件维护等智能审核方法,介绍了对地面气象信息化A、J数据文件进行维护、数据格式检查、记录相关性审核的相关技术,并结合人工审核经验,对云、能见度、天气现象等人工观测项目之间的合理配合及地面信息化数据文件出现的可疑、缺测及数据格式的错误作...     

硬件故障导致雷达回波错误数据质量控制方法

雷达硬件故障直接影响数据质量,故障数据进入共享系统后不但影响本地预报员对天气系统的分析和判断,对国家级业务系统也会产生严重影响。目前,对雷达资料的数据质量控制主要针对非气象回波,对于雷达硬件故障导致的数据错误还缺乏有效的质量控制方法。该文对河北省石家庄CINRAD/SA雷达2004—2013年硬件故障时的基数据和回波特征进行分析,研究雷达故障导致的数据错误与故障类别的相关性及对数据和回波的影响。结果表明:雷达硬件故障导致的数据错误对基数据的完整性、数据位置和强度信息产生影响,发射机和接收机系统故障主要影响雷达数据的强度信息;伺服系统故障主要影响数据的位置信息。提出通过对雷达数据完整性和位置信息的检查,根据硬件故障影响雷达回波形态、位置、范围和强度等图像特征,利用基于模糊逻辑自动识别雷达硬件故障导致的错误数据的质量控制方法。利用石家庄雷达站2004—2013年雷达故障数据进行了识别效果检验,对故障数据的总体识别率超过90%,能较好实现对硬件故障导致的数据错误质量控制,是现有雷达运行正常情况下针对非气象回波的雷达数据质量控制方法的补充。     

综合一致性质量控制方法及其在气温中的应用

由于历史逐日气温资料在气候分析、气候变化研究中的基础性作用,其数据质量状况日益受到关注。利用邻近参考站日平均气温、最高气温和最低气温资料及线性回归模型,设计了基于线性回归数据估计方法的质量检查算法,该算法同时包含了时间一致性和空间一致性两种检查方法。通过数据植入误差检测以及与单一空间回归检查方法的比较,该算法的错误数据检测性能较高,可检测出与正确日气温数据相差3℃左右的可疑值。在该算法的基础上,研制了综合一致性数据质量控制方法,该方法具有以下特点:第一类错误发生率较低;保持了时间、内部和空间一致性的逻辑关系;参考了天气因素。因此,与一般的数据质量控制方法相比,综合一致性数据质量控制方法具有较高的错误数据检测性能。经过在华中区域湖北、湖南和河南三省251个站1961—2009年逐日气温资料的应用,取得了较好效果。各要素奇异值检出率平均气温为0.001%,最高气温为0.05%,最低气温为0.04%。     

SWT—1型声雷达探测系统数据自动采集与处理

本文介绍了我国自行设计的SWT-1型声雷达探测系统软、硬件设计的基本思路。 本文详细介绍了SWT-1型声雷达用户软件,只需主机提传一个启动脉冲就可以实现对探测数据的连续自动采集,实时处理,屏幕三分量风廓线的直方图显示,并打印出全风速与风向廓线,湿度梯度值,层间风速风向切变值以及相应的统计参量。     

ZQZ TF型风传感器冻结故障自动检测装置设计

近年来我国大部分地区在冬、春两季多遭受冻雨灾害,自动气象站的风向风速传感器容易因冻结而无法正常工作。针对冻结故障的实时检测问题,本文设计了一种基于ZQZ-TF型风传感器的故障自动检测装置。该装置通过检测风传感器的工作电压和工作电流,实现对传感器实时状态的监控。同时,结合具体的故障诊断算法,能够快速判断风传感器是否被冻结。系统的核心硬件电路、软件算法可分别集成在自动气象站风向风速数据采集电路和嵌入式软件中,具有结构紧凑、操作简单的特点。经验证,该装置能够实时检测风传感器冻结故障,且工作稳定,检测精度高。     

RAWS异常强降水数据现场核验方法及应用

区域自动气象站记录到历史罕见、超历史或显著超过邻近站的异常强降水时,常规数据质量控制(QC)方法一般判为疑误数据。本文对这种情况提出了现场核验的方法,包括核验的启动,传感器误差核查,仪器性能和探测环境评估,其他资料辅助判别,以及作出核验结论、形成核验报告等步骤。并利用一次实例对这种方法的有效性和适用性进行了检验。     

夏季湖北电网气象敏感负荷预测模型研究

利用2009-2010年湖北电网日用电负荷资料和气象资料,提出了基于电网负荷的分解算法,将电网日最大负荷分解为基础负荷与气象敏感负荷2个主要分量.其中,气象敏感负荷与气温、相对湿度及风速的综合气象敏感负荷条件指数相关.提出了基于权重指数的湖北省面平均气象敏感负荷条件指数的算法.利用相关比法,分析了湖北省气象敏感负荷与面均气象敏感负荷条件指数的非线性关系.基于均方偏差最小原理和非线性最小二乘法,建立了夏季湖北电网气象敏感负荷与面均气象敏感负荷条件指数的多项式预测关系模型.经2010年9月模型应用检验表明,预测平均误差低于6％.该模型可用于夏季湖北省电力专业气象服务工作.     

地温资料的计算机自动审核方法

地温观测资料的计算机自动审核技术,是地面气象观测资料计算机自动审核中的一个关键性技术难点。综合分析了地温观测资料的特点和地温观测资料的人工审核方法,提出了地温观测资料“相邻差”的标准差分析方法,详细说明了该方法在计算机自动审核中的具体实现步骤和该方法的特点。由于该方法从本质上讲是对人工审核方法的计算模拟,同时由于采用客观计算方法,避免了主观因素,所以审核质量能达到人工审核质量的要求,且比人工审核更全面。该方法在浙江省地面气象资料计算机自动审核软件中进行了试用,实践证明该方法对提高地温观测资料的审核质量具有明显效果。     

中国地基GNSS/MET水汽产品质量控制及与再分析产品的对比评估

本文研究并提出中国地基全球导航卫星系统（GNSS）水汽产品的综合质量控制（CQC）算法。CQC算法由质量检查和综合决策两个环节组成。质量检查环节主要对待检观测数据与其参考数据的差异进行分析,包括界限值检查、考察时间一致性的临近点检查和低通滤波检查,考察空间一致性的邻近站检查、距平值检查和峰谷值检查,以及基于背景场的粗大误差检查等7个模块。每个检查标记出超过阈值的观测数据,随后利用综合决策算法对数据的标记情况进行综合评分,最终给出数据的质量控制码。基于质量控制后的数据,评估了中国第一代全球大气再分析产品（CRA）、ERA-Interim和ERA5等五套再分析数据在中国地区的水汽模拟效果。结果表明几套再分析资料模拟的大气可降水量（PWV）在冬季整体略高于观测,夏季则明显低于观测。在空间上,中国南方地区和西部地区模拟的PWV低于观测,这种情况在夏半年更加明显。相对于观测,CRA的平均偏差（O?B）为0.633 mm,均方根误差为3.650 mm。CRA相对于观测的误差略高于ERA5,但略低于ERA-Interim,明显优于JRA55和NCEP2结果。     

飞机气象探测资料(AMDAR)质量控制与质量分析

文章基于NCEP的AMDAR质控方法,建立了一套业务质量控制系统。选取2014年全球AMDAR资料对系统进行测试,系统运行稳定,并根据质控结果统计分析了AMDAR资料各质量类型演变及分布特征。主要结论如下:(1)2014年全年平均逐小时剔除率为5.79%,其中重复性报文占主要部分。(2)报文数量和报文质量均表现出明显的日变化特征,重复性报文在报文数量密集时剔除率增加,可疑数据和时空不一致性相反。(3)飞机报文质量在各个高度层表现出不同的特征,质量问题主要出现在近地面层、动力调整高度和飞行状态转换及巡航高度。(4)经纬度阈值变化对重复报文剔除结果影响敏感度最高,主要反映在中高层,高度阈值影响表现在中低层。(5)剔除疑误报文后计算的全球平均温度呈现明显正异常,风速负异常。