風(fēng)向風(fēng)速儀記錄數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確分析
從上個(gè)世紀(jì)60年代開始，風(fēng)向風(fēng)速儀已經(jīng)在全國使用開來，積累的大量的可用資料，在之前的氣象學(xué)以及大氣的研究中，已經(jīng)起到了舉足輕重的作用了。由于之前的數(shù)據(jù)記錄都是采用自記紙的，技術(shù)上比較有限，風(fēng)向風(fēng)速儀的使用人員技術(shù)上海不是很熟練，現(xiàn)在我們通過對(duì)其進(jìn)行培訓(xùn)已經(jīng)將此項(xiàng)工作完成的很好了，大量連續(xù)的歷史資料沉淀在氣象檔案館內(nèi),不能有效的開發(fā)利用。如果以人工方式提取、記錄、整理信息,工作量非常巨大,不可能形成自動(dòng)化的管理和應(yīng)用。因此,必須利用現(xiàn)代信息技術(shù),高效、系統(tǒng)地提取、存儲(chǔ)電接風(fēng)向風(fēng)速儀自記記錄,以便于廣大科研、業(yè)務(wù)人員使用。
電接風(fēng)向風(fēng)速儀自記記錄數(shù)字化處理系統(tǒng)開發(fā)0實(shí)現(xiàn)了對(duì)電接風(fēng)向風(fēng)速儀自記記錄的計(jì)算機(jī)自動(dòng)數(shù)字化處理。選取逐日電接風(fēng)向風(fēng)速儀自記記錄,通過對(duì)人工挑取的定時(shí)和日最大風(fēng)向、風(fēng)速值與計(jì)算機(jī)自動(dòng)數(shù)字化處理值進(jìn)行比較,分析數(shù)字化處理系統(tǒng)的精度。分析結(jié)果表明,數(shù)字化處理系統(tǒng)對(duì)風(fēng)向風(fēng)速自記記錄識(shí)別精度基本符合觀測規(guī)范要求,同時(shí)對(duì)人工挑取值的時(shí)間訂正方法做了一定的改進(jìn),系統(tǒng)也極大地提高了數(shù)字化的效率。
電接風(fēng)向風(fēng)速儀自記記錄數(shù)字化處理系統(tǒng)是將風(fēng)向風(fēng)速自記紙通過掃描儀輸入到計(jì)算機(jī),然后利用圖像處理和識(shí)別技術(shù)對(duì)輸入的自記紙圖像中風(fēng)向、風(fēng)速自記曲線進(jìn)行跟蹤和識(shí)別,并且提取出曲線所表征的數(shù)據(jù),最后將提取到的風(fēng)向風(fēng)速數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中。風(fēng)向風(fēng)速自記紙圖像的掃描輸入、自記曲線與背景的剝離、自記曲線的跟蹤和數(shù)據(jù)的提取是數(shù)字化處理系統(tǒng)的技術(shù)關(guān)鍵。本系統(tǒng)通過調(diào)用TWAIN掃描儀驅(qū)動(dòng)程序接口規(guī)范設(shè)計(jì)了專用的自記紙掃描系統(tǒng);自記曲線與背景的剝離采用了在顏色空間下的目標(biāo)圖像分離技術(shù);自記曲線的跟蹤和識(shí)別,本系統(tǒng)提出了一種基于灰度投影的分段線性插值算法。
自記紙圖面質(zhì)量影響
由于在不同的風(fēng)速值下,風(fēng)自記曲線特征差異很大,數(shù)字化處理系統(tǒng)對(duì)風(fēng)自記曲線跟蹤的準(zhǔn)確率和數(shù)據(jù)的精度也不同。為了獲得有代表性的檢驗(yàn)結(jié)果,自記紙應(yīng)選取時(shí)間連續(xù)、風(fēng)速盡可能包含從最小到最大的不同變化特征的資料樣本。電接風(fēng)向風(fēng)速儀在實(shí)際測量風(fēng)速、風(fēng)向中,由于儀器故障或人為因素,會(huì)造成風(fēng)向及風(fēng)速跡線模糊、中斷、污染的異常現(xiàn)象。為了提高數(shù)字化處理系統(tǒng)對(duì)自記紙?zhí)幚淼木?系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)跡線自動(dòng)跟蹤功能的基礎(chǔ)上,還設(shè)計(jì)了人工干預(yù)手動(dòng)跟蹤功能,以排除異常情況對(duì)處理精度的影響。因此,在比較、檢驗(yàn)分析時(shí),對(duì)自動(dòng)跟蹤質(zhì)量和人工干預(yù)手動(dòng)跟蹤后的質(zhì)量分別與人工挑取值進(jìn)行對(duì)比分析,以此來檢驗(yàn)數(shù)字化處理系統(tǒng)的精度和效率。
采用計(jì)算逐時(shí)次人工挑取的定時(shí)和日最大風(fēng)向、風(fēng)速值與數(shù)字化處理值之間的絕對(duì)差值,以及統(tǒng)計(jì)分析差值的概率分布的方法,檢驗(yàn)數(shù)字化處理系統(tǒng)能否滿足處理精度的要求。在人工挑取和數(shù)字化處理系統(tǒng)提取自記紙記錄時(shí),均容易受到自記紙面質(zhì)量的影響。自記紙跡線模糊、粗細(xì)不均、斷線、污染等因素,都會(huì)影響到記錄挑取或提取的質(zhì)量,這是產(chǎn)生差異的主要原因。此外,自記紙長時(shí)間存放于檔案館室中,受存放環(huán)境的影響,會(huì)出現(xiàn)變色、缺損等情況,這是影響數(shù)字化系統(tǒng)提取精度的又一原因。
人工挑取個(gè)性差異影響
人工挑取自記紙記錄,由于不同的自記紙整理人員在視力、素質(zhì)、情緒、習(xí)慣等方面存在個(gè)體差異,容易從主觀上造成處理相同記錄時(shí)不同人員之間的差異,產(chǎn)生隨機(jī)誤差,使得人工挑取的自記紙記錄并不能保證完全滿足準(zhǔn)確度要求。與此相反,計(jì)算機(jī)數(shù)字化處理采用統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),且計(jì)算精度高,系統(tǒng)穩(wěn)定性好,不易產(chǎn)生隨機(jī)誤差。從主客觀影響程度上考慮,計(jì)算機(jī)數(shù)字化處理能力要優(yōu)于人工處理,整體的準(zhǔn)確度和可靠性要高于人工。電接風(fēng)向風(fēng)速儀自記記錄數(shù)字化處理系統(tǒng)能夠基本滿足精度要求。與自動(dòng)跟蹤提取數(shù)據(jù)精度相比較,系統(tǒng)通過手動(dòng)跟蹤訂正后,精度有了進(jìn)一步的提高。中國糧油儀器網(wǎng) http://www.yoshikomatsuura.com/
