矩陣填充技術(shù)在氣象數(shù)據(jù)中的應(yīng)用研究.pdf

1、隨著社會的發(fā)展，人類的生活環(huán)境受到自然災(zāi)害的影響越來越大，極端天氣事件日益頻發(fā)，給人類的生活帶來了許多困擾，氣象監(jiān)測越來越重要。然而受到當今科技水平的制約，各種天氣事件的準確性和實效性還有待提高。在氣象研究應(yīng)用領(lǐng)域，各類觀測數(shù)據(jù)是監(jiān)測天氣系統(tǒng)的重要手段，是氣候分析的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和氣象預(yù)報驗證的標準。實時準確的監(jiān)測天氣系統(tǒng)數(shù)據(jù)能為決策部門的防災(zāi)減災(zāi)提供有力的技術(shù)支持。近年來，無線傳感采集設(shè)備的飛速發(fā)展為氣象觀測系統(tǒng)帶來了新的機遇，大大豐富并彌

2、補了傳統(tǒng)人工觀測頻率低、數(shù)據(jù)誤差大等不足，并實現(xiàn)了全天候自動實時觀測。然而在氣象領(lǐng)域中，由于氣象系統(tǒng)的復雜性，在氣象數(shù)據(jù)的采集過程中，可能會因為觀測環(huán)境復雜、采集設(shè)備故障及網(wǎng)絡(luò)故障等原因，使得采集部分數(shù)據(jù)缺失，或者與實際天氣狀況存在一定的誤差。在氣象預(yù)報數(shù)據(jù)模型中，有誤差的氣象數(shù)據(jù)會導致天氣預(yù)報結(jié)論產(chǎn)生偏差，如何恢復缺失數(shù)據(jù)并處理氣象數(shù)據(jù)中的誤差成為一個難點。
　　矩陣填充主要解決的是能否從已知的部分矩陣元素來恢復整個矩陣，即在僅

3、觀察到未知矩陣小部分數(shù)據(jù)下，填充缺失數(shù)據(jù)的問題。氣象數(shù)據(jù)有其自身時間空間的相關(guān)性優(yōu)勢，利用矩陣填充技術(shù)對缺失氣象數(shù)據(jù)進行預(yù)測，挖掘處理氣象數(shù)據(jù)并進行更深層次的分析，為氣象基礎(chǔ)業(yè)務(wù)和氣象服務(wù)決策提供幫助，具有重要的理論和實用價值。
　　基于矩陣填充算法，本文通過采集少量氣象要素數(shù)據(jù)，重構(gòu)出未采集的氣象數(shù)據(jù)，解決缺失數(shù)據(jù)恢復問題。介紹了一些常見的矩陣填充算法，主要提出了基于SVT算法的氣象數(shù)據(jù)矩陣填充問題，在已知部分氣象數(shù)據(jù)的前提下，

4、通過利用氣象數(shù)據(jù)的內(nèi)在低秩屬性，進行缺失氣象數(shù)據(jù)的預(yù)測。并進行了實驗測試，驗證其性能。實驗結(jié)果表明，當采集氣象數(shù)據(jù)滿足恢復要求時，我們的方法可以高精度恢復缺失的氣象數(shù)據(jù)，證明了該方法的實際效用性。
　　本文根據(jù)無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和自動氣象監(jiān)測系統(tǒng)的實際需求，給出了氣象數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)的總體設(shè)計方案，對氣象采集系統(tǒng)進行模型構(gòu)建，對系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理流程和軟件開發(fā)模型及數(shù)據(jù)庫進行了詳細的分析和設(shè)計。系統(tǒng)將株洲市地區(qū)196個氣象監(jiān)測采集終端