一种获得数据插值的方法及系统.pdf

本发明实施例提供一种获得数据插值的方法及系统。该方法包括：获得监测区域内多个采样点的采样数据；根据所述多个采样点在所述监测区域内的坐标，将所述监测区域划分为多个栅格，其中，除所述采样点外，所述栅格的顶点记为栅格点；计算各栅格点的数据插值，包括，根据所述多个采样点的采样数据及其对某一栅格点的数据插值的影响权重，计算所述某一栅格点的数据插值；根据所述多个采样点的坐标及其采样数据，以及各栅格点的坐标和所述各栅格点的数据插值，采用曲线插值法获得所述监测区域内任一位置的数据插值。该方法使得设置少量的采样点即可获得充分的数据来计算监测区域内各位置的数据插值，计算方法简单，计算量有限，实现了快速计算。

权利要求书一种获得数据插值的方法，其特征在于，包括：
获得监测区域内多个采样点的采样数据；
根据所述多个采样点在所述监测区域内的坐标，将所述监测区域划分为多个栅格，其中，除所述采样点外，所述栅格的顶点记为栅格点；
计算各栅格点的数据插值，包括，根据所述多个采样点的采样数据及其对某一栅格点的数据插值的影响权重，计算所述某一栅格点的数据插值；
根据所述多个采样点的坐标及其采样数据，以及各栅格点的坐标和所述各栅格点的数据插值，采用曲线插值法获得所述监测区域内任一位置的数据插值。
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述多个采样点在所述监测区域内的坐标，将所述监测区域划分为多个栅格，包括：
根据所述多个采样点的横坐标获得平行于所述监测区域横坐标轴的多条横向栅格线，根据所述多个采样点的纵坐标获得平行于所述监测区域纵坐标轴的多条纵向栅格线；所述多条横、纵栅格线以及所述监测区域的边界线交叉形成多个栅格。
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述多个采样点的采样数据及其对某一栅格点的数据插值的影响权重，计算所述某一栅格点的数据插值，包括：
确定满足筛选条件的采样点，记为备用采样点；
根据所述备用采样点到所述某一栅格点的距离，确定所述备用采样点对所述某一栅格点的数据插值的影响权重；
根据各备用采样点的采样数据及其对某一栅格点的数据插值的影响权重，计算所述某一栅格点的数据插值。
根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述筛选条件包括：
所述采样点到所述某一栅格点的距离不大于预设的距离阈值，且在所有采样点到所述某一栅格点的距离的排序中，所述采样点到所述某一栅格点的距离的位置序号满足预设比率阈值。
根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述备用采样点到所述某一栅格点的距离，确定所述备用采样点对所述某一栅格点的数据插值的影响权重，包括：
根据所述备用采样点到所述某一栅格点的距离的k次幂的反比，确定所述备用采样点对所述某一栅格点的数据插值的影响权重，其中k为预设值。
根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据各备用采样点的采样数据及其对某一栅格点的数据插值的影响权重，计算所述某一栅格点的数据插值，包括：
分别计算所述各备用采样点的采样数据与其对所述某一栅格点的数据插值的影响权重的乘积的和，以及所述各备用采样点对所述某一栅格点的数据插值的影响权重的和；
根据两和运算结果的比值确定所述某一栅格点的数据插值。
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述多个采样点的坐标及其采样数据，以及各栅格点的坐标和所述各栅格点的数据插值，采用曲线插值法获得所述监测区域内任一位置的数据插值，包括：
基于二次或三次多项式的曲线插值函数，根据所述多个采样点的坐标及其采样数据，以及各栅格点的坐标和所述各栅格点的数据插值，计算所述监测区域内任一位置的数据插值。
一种获得数据插值的系统，其特征在于，包括：
数据获取单元，用于获得监测区域内多个采样点的采样数据；
区域划分单元，用于根据所述多个采样点在所述监测区域内的坐标，将所述监测区域划分为多个栅格，其中，除所述采样点外，所述栅格的顶点记为栅格点；
第一计算单元，用于计算各栅格点的数据插值，包括，根据所述多个采样点的采样数据及其对某一栅格点的数据插值的影响权重，计算所述某一栅格点的数据插值；
第二计算单元，用于根据所述多个采样点的坐标及其采样数据，以及各栅格点的坐标和所述各栅格点的数据插值，采用曲线插值法获得所述监测区域内任一位置的数据插值。
根据权利要求8所述的系统，其特征在于，
所述区域划分单元，具体用于根据所述多个采样点的横坐标获得平行于所述监测区域横坐标轴的多条横向栅格线，根据所述多个采样点的纵坐标获得平行于所述监测区域纵坐标轴的多条纵向栅格线；所述多条横、纵栅格线以及所述监测区域的边界线交叉形成多个栅格。
根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述第一计算单元包括：
筛选子单元，用于确定满足筛选条件的采样点，记为备用采样点；
权重计算子单元，用于根据所述备用采样点到所述某一栅格点的距离，确定所述备用采样点对所述某一栅格点的数据插值的影响权重；
插值计算子单元，用于根据各备用采样点的采样数据及其对某一栅格点的数据插值的影响权重，计算所述某一栅格点的数据插值。
根据权利要求10所述的系统，其特征在于，
所述权重计算子单元，具体用于根据所述备用采样点到所述某一栅格点的距离的k次幂的反比，确定所述备用采样点对所述某一栅格点的数据插值的影响权重，其中k为预设值。
根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述插值计算子单元包括：
求和子单元，用于分别计算所述各备用采样点的采样数据与其对所述某一栅格点的数据插值的影响权重的乘积的和，以及所述各备用采样点对所述某一栅格点的数据插值的影响权重的和；
比值计算子单元，用于根据两和运算结果的比值确定所述某一栅格点的数据插值。
根据权利要求8所述的系统，其特征在于，
所述第二计算单元，具体用于基于二次或三次多项式的曲线插值函数，根据所述多个采样点的坐标及其采样数据，以及各栅格点的坐标和所述各栅格点的数据插值，计算所述监测区域内任一位置的数据插值。

说明书一种获得数据插值的方法及系统
技术领域
本发明涉及数据处理技术领域，尤其涉及一种获得数据插值的方法及系统。
背景技术
在进行环境监测时，为了获得监测数据，例如温、湿度等数据，通常在监测区域的不同位置设置用于测量温度、湿度、风向、风力等环境指标的气象站(也即采样点)，在获得各个气象站的采样数据后，通过这些离散点的采样数据可以推测出监测区域内任意位置的数据，也即获得监测区域内任意位置的数据插值，以对整个监测区域的环境数据平面场有一个全面的把握。
现有获得数据插值的方法中，由于监测区域的范围很大，可以在方圆几公里到上百公里，需要在监测区中大量的高密度的布设气象站点(采样点)，获得该地区充分翔实的采样数据，然后基于这些采样数据，采用B样条、三次样条等曲面插值方法，通过相关公式运算获取任意位置的数据插值，进而还可以根据这些采样数据及计算获得的数据插值，构建该监测区域的数据插值曲面。
然而上述根据采样数据直接计算任意位置数据插值的方法，需要设置较多的采样点以获得大量采样数据，而且大量的采样数据需要通过复杂的公式运算获得数据插值，计算量非常大。
发明内容
本发明实施例提供一种获得数据插值的方法及系统，能够根据较少的采样数据即可获得监测区域的数据插值，且计算量较小。
为了解决上述技术问题，本发明实施例的技术方案如下：
一种获得数据插值的方法，包括：
获得监测区域内多个采样点的采样数据；
根据所述多个采样点在所述监测区域内的坐标，将所述监测区域划分为多个栅格，其中，除所述采样点外，所述栅格的顶点记为栅格点；
计算各栅格点的数据插值，包括，根据所述多个采样点的采样数据及其对某一栅格点的数据插值的影响权重，计算所述某一栅格点的数据插值；
根据所述多个采样点的坐标及其采样数据，以及各栅格点的坐标和所述各栅格点的数据插值，采用曲线插值法获得所述监测区域内任一位置的数据插值。
进一步，所述根据所述多个采样点在所述监测区域内的坐标，将所述监测区域划分为多个栅格，包括：
根据所述多个采样点的横坐标获得平行于所述监测区域横坐标轴的多条横向栅格线，根据所述多个采样点的纵坐标获得平行于所述监测区域纵坐标轴的多条纵向栅格线；所述多条横、纵栅格线以及所述监测区域的边界线交叉形成多个栅格。
进一步，所述根据所述多个采样点的采样数据及其对某一栅格点的数据插值的影响权重，计算所述某一栅格点的数据插值，包括：
确定满足筛选条件的采样点，记为备用采样点；
根据所述备用采样点到所述某一栅格点的距离，确定所述备用采样点对所述某一栅格点的数据插值的影响权重；
根据各备用采样点的采样数据及其对某一栅格点的数据插值的影响权重，计算所述某一栅格点的数据插值。
进一步，所述筛选条件包括：
所述采样点到所述某一栅格点的距离不大于预设的距离阈值，且在所有采样点到所述某一栅格点的距离的排序中，所述采样点到所述某一栅格点的距离的位置序号满足预设比率阈值。
进一步，所述根据所述备用采样点到所述某一栅格点的距离，确定所述备用采样点对所述某一栅格点的数据插值的影响权重，包括：
根据所述备用采样点到所述某一栅格点的距离的k次幂的反比，确定所述备用采样点对所述某一栅格点的数据插值的影响权重，其中k为预设值。
进一步，所述根据各备用采样点的采样数据及其对某一栅格点的数据插值的影响权重，计算所述某一栅格点的数据插值，包括：
分别计算所述各备用采样点的采样数据与其对所述某一栅格点的数据插值的影响权重的乘积的和，以及所述各备用采样点对所述某一栅格点的数据插值的影响权重的和；
根据两和运算结果的比值确定所述某一栅格点的数据插值。
进一步，所述根据所述多个采样点的坐标及其采样数据，以及各栅格点的坐标和所述各栅格点的数据插值，采用曲线插值法获得所述监测区域内任一位置的数据插值，包括：
基于二次或三次多项式的曲线插值函数，根据所述多个采样点的坐标及其采样数据，以及各栅格点的坐标和所述各栅格点的数据插值，计算所述监测区域内任一位置的数据插值。
一种获得数据插值的系统，包括：
数据获取单元，用于获得监测区域内多个采样点的采样数据；
区域划分单元，用于根据所述多个采样点在所述监测区域内的坐标，将所述监测区域划分为多个栅格，其中，除所述采样点外，所述栅格的顶点记为栅格点；
第一计算单元，用于计算各栅格点的数据插值，包括，根据所述多个采样点的采样数据及其对某一栅格点的数据插值的影响权重，计算所述某一栅格点的数据插值；
第二计算单元，用于根据所述多个采样点的坐标及其采样数据，以及各栅格点的坐标和所述各栅格点的数据插值，采用曲线插值法获得所述监测区域内任一位置的数据插值。
进一步，所述区域划分单元，具体用于根据所述多个采样点的横坐标获得平行于所述监测区域横坐标轴的多条横向栅格线，根据所述多个采样点的纵坐标获得平行于所述监测区域纵坐标轴的多条纵向栅格线；所述多条横、纵栅格线以及所述监测区域的边界线交叉形成多个栅格。
进一步，所述第一计算单元包括：
筛选子单元，用于确定满足筛选条件的采样点，记为备用采样点；
权重计算子单元，用于根据所述备用采样点到所述某一栅格点的距离，确定所述备用采样点对所述某一栅格点的数据插值的影响权重；
插值计算子单元，用于根据各备用采样点的采样数据及其对某一栅格点的数据插值的影响权重，计算所述某一栅格点的数据插值。
进一步，所述权重计算子单元，具体用于根据所述备用采样点到所述某一栅格点的距离的k次幂的反比，确定所述备用采样点对所述某一栅格点的数据插值的影响权重，其中k为预设值。
进一步，所述插值计算子单元包括：
求和子单元，用于分别计算所述各备用采样点的采样数据与其对所述某一栅格点的数据插值的影响权重的乘积的和，以及所述各备用采样点对所述某一栅格点的数据插值的影响权重的和；
比值计算子单元，用于根据两和运算结果的比值确定所述某一栅格点的数据插值。
进一步，所述第二计算单元，具体用于基于二次或三次多项式的曲线插值函数，根据所述多个采样点的坐标及其采样数据，以及各栅格点的坐标和所述各栅格点的数据插值，计算所述监测区域内任一位置的数据插值。
本发明实施例通过对监测区域进行划分，并根据采样点采样数据计算划分后的栅格点的数据插值，最终根据采样点和栅格点的相关数据实现了对监测区域内任一位置数据插值的确定，该方法通过计算栅格点数据插值，使得设置少量的采样点也同样可以获得充分的数据来计算监测区域内各位置的数据插值，计算方法简单，计算量有限，实现了快速计算。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一种获得数据插值的方法流程图；
图2是本发明实施例另一种获得数据插值的方法流程图；
图3是图2所示实施例中监测区域内采样点和栅格点的示意图；
图4是图2所示实施例中计算温度插值时的监测区域示意图；
图5是图2所示实施例中获得的监测区域内温度场的立体示意图；
图6是本发明实施例一种获得数据插值的系统结构示意图；
图7是本发明实施例另一种获得数据插值的系统结构示意图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员能进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，附图仅提供参考与说明，并非用来限制本发明。
下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案进行描述。
参见图1，为本发明实施例一种获得数据插值的方法流程图。
该方法可以包括；
步骤101，获得监测区域内多个采样点的采样数据。
本发明实施例中，首先在监测区域内设置多个监测点也即采样点，例如在多个位置设置气象站或传感器等，从而可以采集各采样点的采样数据，该采样数据可以是环境监测数据，如温度或湿度值，也可以是其它数据。该采样点的数量与监测区域的大小有关，例如几十个等，该采样点的数量比现有技术方法中所设置的采样点数量要小，关于其具体数值，此处不做具体限定。
步骤102，根据多个采样点在监测区域内的坐标，将监测区域划分为多个栅格。
首先确定各采样点在监测区域内的坐标，该坐标可以是直角坐标系坐标，也可以是指经纬度等，只要是可以定位采样点在监测区内的位置的参数即可。
然后，根据采样点的坐标对监测区域进行划分，既可以是根据所有采样点的坐标进行划分，也可以是选取部分采样点并根据其坐标进行划分。监测区域被划分为多个栅格，该多个栅格可以是不等或不均匀的栅格，为了便于描述，将除采样点之外的各栅格的顶点记为栅格点。
在具体划分形成栅格时，可以以采样点作为划分线上的点对区域进行划分，也可以是以与采样点具有一定位置关系的划分线对区域进行划分，只要可以确定各栅格点的坐标即可。
步骤103，计算各栅格点的数据插值。
每个栅格点的数据插值的计算方法相同，具体可以包括，根据多个采样点的采样数据及其对某一栅格点的数据插值的影响权重，计算某一栅格点的数据插值。在计算时，可以选取所有采样点的采样数据来计算一个栅格点的数据插值，也可以选取个别采样点的采样数据计算一个栅格点的数据插值，其中，各采样点采样数据对该一个栅格点的数据插值的数值贡献还与该采样点对该栅格点的数据插值的影响权重有关，具体计算过程请参见后续实施例的描述。
步骤104，根据多个采样点的坐标及其采样数据，以及各栅格点的坐标和各栅格点的数据插值，采用曲线插值法获得监测区域内任一位置的数据插值。
在确定各栅格点的数据插值后，可以根据所有的采样点的坐标及数据，以及所有栅格点的坐标和数据插值，计算监测区域内任意位置的数据插值，也可以对采样点和栅格点做一定的筛选后计算。其中，计算的方法可以采用曲线插值法，例如二次多项式的曲线插值函数或三次多项式的曲线插值函数等。
本发明实施例通过对监测区域进行划分，并根据采样点采样数据计算划分后的栅格点的数据插值，最终根据采样点和栅格点的相关数据实现了对监测区域内任一位置数据插值的确定，该方法通过计算栅格点数据插值，使得设置少量的采样点也同样可以获得充分的数据来计算监测区域内各位置的数据插值，计算方法简单，计算量有限，实现了快速计算。
参见图2，为本发明实施例另一种获得数据插值的方法流程图。
该方法以获得监测区域内任一位置的温度插值为例进行说明，该方法可以包括：
步骤202，获得监测区域内n个采样点的温度值。
以图3所示的矩形监测区域为例，在直角坐标系中，该矩形监测区域的横坐标范围是：[xl，xh]，纵坐标范围是：[yl，yh]，此坐标可以代表实际长度(单位：米或公里)。
首先在监测区域的n个位置设置传感器或气象站以获得这n个采样点的温度值(也即前述实施例中的采样数据)，n通常可以为几十个，图中采样点以圆点表示。
步骤202，根据n个采样点在监测区域内的横、纵坐标，将监测区域划分为多个不均匀栅格。
在本实施例中，监测区域的划分具体可以是：根据多个采样点的横坐标获得平行于监测区域横坐标轴的多条横向栅格线，根据多个采样点的纵坐标获得平行于监测区域纵坐标轴的多条纵向栅格线；多条横、纵栅格线以及监测区域的边界线交叉形成多个栅格。将除采样点之外的各栅格的顶点记为栅格点。
如图3所示，图中栅格点以菱形表示。本实施例中，若各采样点的位置在监测区域内非均匀分布，则所得到的多个栅格也是各不相同的，即为非均匀栅格。
可见，在本实施例中，只需要少量的n个的采样点，就可以生成一个包含(n+2)2个顶点(其中包括n个采样点)的不均匀栅格。
接下来需要根据采样点的温度值计算各栅格点的温度插值(也即前述实施例中栅格点的数据插值)，其中，各栅格点的温度插值计算方法均相同，以下以计算其中某一栅格点A的温度插值为例进行说明。
步骤203，确定满足筛选条件的采样点，记为该某一栅格点A的备用采样点。
为了减少计算量，本步骤中通过设置筛选条件，来对参与计算该某一栅格点A温度插值的采样点进行选择，本实施例中该筛选条件具体可以是：采样点到某一栅格点A的距离不大于预设的距离阈值，且在所有采样点到该某一栅格点A的距离的排序中，采样点到该某一栅格点A的距离的位置序号满足预设比率阈值，满足该筛选条件的采样点，即可作为该栅格点A的备用采样点。
假设第i个采样点的坐标为(xi，yi)，该某一栅格点A的坐标为(x，y)，则，第i个采样点到该栅格点A的距离di为1≤i≤n，n为采样点的个数。
Oi是在将各采样点到该栅格点A的距离{d1，d2，...dn}按从小到大排序后，距离di在该序列中所处的位置序号，例如，如果则Oi＝1。
该筛选条件即为选择di≤Dth，且Oi≤nPth的采样点作为该某一栅格点A的备用采样点。其中，Dth为距离阈值，Pth为百分比阈值，用于表示要选取多大比率的采样点来参与计算，nPth为比率阈值。Dth、Pth的具体数值可根据需要设定，例如Dth为2000m，Pth可以为20％～30％等。
本实施例中，可以用Bi来表示该采样点i是否为该某一栅格点A的备用采样点：

其中，Bi取1时，即该采样点i为该栅格点A的备用采样点，Bi取0时，即采样点i不作为该栅格点A的备用采样点。
在其它实施例中，该筛选条件也可以设置为其他条件，只要可以将对后续计算该栅格点的温度插值影响不大的采样点去除即可，此处不做具体限定。
步骤204，根据备用采样点到某一栅格点A的距离，确定备用采样点对某一栅格点A的温度插值的影响权重。
该影响权重Wi用于表征第i个采样点对该某一栅格点A的温度插值的影响，也即第i个采样点的温度值在后续计算该某一栅格点A的温度插值的加权计算中所占的权重。
本实施例中，可以根据上步骤中选取的备用采样点i到该某一栅格点A的距离di的k次幂的反比，来确定该备用采样点i对该某一栅格点A的温度插值的影响权重，即：