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(huì)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(dāng)今科技水平的制約，各種天氣事件的準(zhǔn)確性和實(shí)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(bào)驗(yàn)證的標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)時(shí)準(zhǔn)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(jī)遇，大大豐富并彌

2、補(bǔ)了傳統(tǒng)人工觀測頻率低、數(shù)據(jù)誤差大等不足，并實(shí)現(xiàn)了全天候自動(dòng)實(shí)時(shí)觀測。然而在氣象領(lǐng)域中，由于氣象系統(tǒng)的復(fù)雜性，在氣象數(shù)據(jù)的采集過程中，可能會(huì)因?yàn)橛^測環(huán)境復(fù)雜、采集設(shè)備故障及網(wǎng)絡(luò)故障等原因，使得采集部分?jǐn)?shù)據(jù)缺失，或者與實(shí)際天氣狀況存在一定的誤差。在氣象預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)模型中，有誤差的氣象數(shù)據(jù)會(huì)導(dǎo)致天氣預(yù)報(bào)結(jié)論產(chǎn)生偏差，如何恢復(fù)缺失數(shù)據(jù)并處理氣象數(shù)據(jù)中的誤差成為一個(gè)難點(diǎn)。
　　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(fù)整個(gè)矩陣，即在僅

3、觀察到未知矩陣小部分?jǐn)?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(shí)間空間的相關(guān)性優(yōu)勢，利用矩陣填充技術(shù)對(duì)缺失氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測，挖掘處理氣象數(shù)據(jù)并進(jìn)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(shí)用價(jià)值。
　　基于矩陣填充算法，本文通過采集少量氣象要素?cái)?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(fù)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(jìn)行缺失氣象數(shù)據(jù)的預(yù)測。并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測試，驗(yàn)證其性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)采集氣象數(shù)據(jù)滿足恢復(fù)要求時(shí)，我們的方法可以高精度恢復(fù)缺失的氣象數(shù)據(jù)，證明了該方法的實(shí)際效用性。
　　本文根據(jù)無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和自動(dòng)氣象監(jiān)測系統(tǒng)的實(shí)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(jì)方案，對(duì)氣象采集系統(tǒng)進(jìn)行模型構(gòu)建，對(duì)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(jìn)行了詳細(xì)的分析和設(shè)計(jì)。系統(tǒng)將株洲市地區(qū)196個(gè)氣象監(jiān)測采集終端