气压数据自动聚类方法、装置及服务器与流程
本发明涉及气象领域，尤其涉及气压数据自动聚类方法、装置及服务器。
背景技术：
在气象研究中，往往需要分析大量数据，并且对各个气压处理节点进行实时监控，为了提升数据分析效率，往往需要对得到的大量气压相关数据进行预处理，在预处理过程中包括了敏感性处理和聚类处理，但是目前敏感性处理和聚类处理的相关技术效果并不理想，并且对于气压处理节点的实施监控能力不足。
技术实现要素：
为了解决上述技术问题，本发明提供气压数据自动聚类方法、装置及服务器。
本发明是以如下技术方案实现的：
气压数据自动聚类方法，所述方法包括：
获取n个气压处理节点pi传输的气压样本向量xi构成样本集合；
计算两个样本之间的不相似性，并得到不相似性矩阵
初始化类别ω；
获取各个样本对于类别的隶属度；
获取各个样本对于类别的贡献度；
输出基于所述隶属度和贡献度表示的聚类结果。
进一步地，所述隶属度以u表示，uik表示样本向量xi对类别ωk的隶属度，所述贡献度以v表示，vkj表示样本向量xj对类别ωk的贡献权重；
隶属度根据公式；
一种气压数据自动聚类装置，包括：
样本集合获取模块，用于获取n个气压处理节点pi传输的气压样本向量xi构成样本集合；
不相似性计算模块，用于计算两个样本之间的不相似性，并得到不相似性矩阵；
初始化模块，用于初始化类别；
隶属度计算模块，用于获取各个样本对于类别的隶属度；
贡献度计算模块，用于获取各个样本对于类别的贡献度；
聚类结果输出模块，用于输出基于所述隶属度和贡献度表示的聚类结果。
一种服务器，所述服务器包括上述的一种气压数据自动聚类装置。
在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
本发明的有益效果是：
本发明中提供了分布式气压处理节点和服务器构成的气压数据处理系统，所述系统能够实现气象数据的自动控制采集、分布式气压处理节点的自动监控报警、气压数据的敏感性及聚类处理，从而提供了一种有效进行气压数据预处理的方式，提升了气象监测过程中的自动化程度。
附图说明
图1是本实施例提供的气压数据预处理模块处理方法流程图；
图2是本实施例提供的气压数据采集方法流程图；
图3是本实施例提供的气压数据自动聚类方法流程图；
图4是本实施例提供的气压数据预处理模块框图；
图5是本实施例提供的气压数据采集模块框图；
图6是本实施例提供的一种气压数据自动聚类装置框图；
图7是本实施例提供的服务器结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明作进一步地详细描述。
本发明实施例提供一种气压数据处理系统，所述气压数据处理系统由分布式气压处理节点和服务器构成，所述分布式气压处理节点与所述服务器通信。各气压处理节点响应于所述服务器的指令获取气压数据、进行气压数据预处理并将气压数据预处理结果传输至服务器，所述服务器用于根据得到的气压数据预处理结果进行气压数据聚类处理。
所述气压处理节点包括气压数据采集模块和气压数据预处理模块；
所述气压数据采集模块用于获取气压数据；所述气压数据按照采集的时间顺序被按序记录；
所述气压数据预处理模块用于进行气压数据的敏感性处理；所述敏感性处理用于减少数据采集模块采集气压数据的滞后性导致的数据变化过慢，并使得经由敏感性处理后的数据能够更灵敏的反应气压变化。
所述气压数据预处理模块执行下述预处理过程，如图1所示：
s101.对气压数据进行关键信息提取。
所述关键信息提取采用下述公式实现p1(n)＝p1(n-1)×(1-θ)+p(n)×θ，其中，p(n)是第n个采样时刻的气压数据，p1(n-1)是第n-1个采样时刻对应的关键信息提取结果，p1(n)是第n个采样时刻对应的关键信息提取结果，θ是提取算子，其在具体的信息提取过程中是常数，其具体数值可以根据实际情况进行设定。
s102.对关键信息提取结果进行敏感处理。
所述预处理采用下述公式实现p2(n)＝p′(n-1)×(1-κ)+[χ×(1+γ)×p1(n)-χ×p1(n-1)]×κ，其中，p2(n)是第n个采样时刻对应的敏感性校正提取结果，p(′n-1)是第n-1个采样时刻的最终输出结果，κ，χ，γ均是敏感度处理系数，其具体数值可以根据实际情况进行设定。
s103.对敏感处理结果进行整理输出。
所述整理输出采用下述公式实现p′(n)＝p(n)×(1-|p2(n)-p(n)|)+p2(n)×|p2(n)-p(n)|，其中p′(n)是第n个采样时刻的最终输出结果。
当然，在n＝1时，p′(n)＝p(n)＝p1(n)＝p2(n)。
具体地，所述气压数据采集模块执行下述气压数据采集方法如图2所示，包括：
s201.获取有效区平均海拔高度。
具体地，在本发明实施例中，所述有效区平均海拔高度为以所述气压处理节点为圆心，半径为150千米范围内的平均海拔高度。
s202.获取有效区地形平坦度，并根据所述地形平坦度计算有效区重力加速度。
具体地，若所述地形平坦度高于预设阈值，则根据公式
s203.获取气压计算相关参数。
在本发明一个可行的实施方式中，采用单管水银气压表获取气压，则所述相关参数包括水银气压表读数p；器差修正值c；标准重力加速度gn；水银膨胀系数μ；铜标尺膨胀系数λ；经器差修正后的水银气压表附属温度表读数t。
s204.根据有效区平均海拔高度、有效区重力加速度和相关参数计算气压处理节点处的气压。
具体地，若使用单管水银气压表，则根据公式
步骤s204得到的气压计算结果作为步骤s101的气压数据的数据源。
具体地，所述气压数据采集模块包括存储器和比较器。所述存储器用于存储历次的步骤s204得到的气压计算结果，所述比较器用于比较最近计得到的两次气压计算结果的气压差。若所述气压差的绝对值大于预设的第一阈值，则向服务器发布聚类驱动请求，若所述气压差的绝对值大于预设的第二阈值，则向服务器发布报警指令。
具体地，所述第一阈值小于所述第二阈值，若所述气压差的绝对值大于预设的第一阈值，则引发服务器对于各个气压处理节点处气压的重新采集以及对进行气压数据聚类；若所述气压差的绝对值大于预设的第二阈值则提示所述气压处理节点发生异常，向服务器发布报警指令。
在与服务器进行交互的过程中，所述气压处理节点响应于服务器发布气压采集指令，开始进行气压的采集。
具体地，所述气压采集指令包括气压采集次数和气压采集时间间隔。响应于所述气压采集指令，所述气压处理节点生成一个计数器、一个定时器，所述计数器用于记录采集气压的次数，定时器驱动所述气压处理节点采集气压。在每一次得到气压后，将气压值压入气压队列并进行敏感性处理，待敏感性处理完成后，得到由敏感处理结果构成的气压样本向量，并将所述气压样本向量传输至服务器。
所述服务器进行气压数据自动聚类，如图3所示，包括：
s201.获取n个气压处理节点pi传输的气压样本向量xi构成样本集合。
s202.计算两个样本之间的不相似性，并得到不相似性矩阵
s203.初始化类别ω。
具体地，本发明实施例中初始化三个类别，在其它可行的实施例中对于初始化类别不做限定。类别个数在本发明实施例中使用c表示。
s204.获取各个样本对于类别的隶属度。
s205.获取各个样本对于类别的贡献度。
s206.输出基于所述隶属度和贡献度表示的聚类结果。
具体地，所述隶属度以u表示，uik表示样本向量xi对类别ωk的隶属度，所述贡献度以v表示，vkj表示样本向量xj对类别ωk的贡献权重。
隶属度根据公式(一)：
具体地，服务器在对于样本向量进行聚类后，还可以进行后续的气象数据分析，具体分析步骤本发明实施例不做具体限定。
本发明实施例还公开了一种气压处理节点，所述气压处理节点包括气压数据采集模块和气压数据预处理模块。
所述气压数据预处理模块如图4所示，包括：
关键信息提取单元，用于对气压数据进行关键信息提取；
敏感处理单元，用于对关键信息提取结果进行敏感处理；
整理输出单元，用于对敏感处理结果进行整理输出。
所述气压数据采集模块如图5所示，包括：
海拔获取模块，用于获取有效区平均海拔高度。
有效区重力加速度计算模块，用于获取有效区地形平坦度，并根据所述地形平坦度计算有效区重力加速度。
气压相关系数获取模块，用于获取气压计算相关参数。
气压计算模块，用于根据有效区平均海拔高度、有效区重力加速度和相关参数计算气压处理节点处的气压。
所述有效区重力加速度计算模块中，若所述地形平坦度高于预设阈值，则根据公式
在本发明一个可行的实施方式中，采用单管水银气压表获取气压，则所述相关参数包括水银气压表读数p；器差修正值c；标准重力加速度gn；水银膨胀系数μ；铜标尺膨胀系数λ；经器差修正后的水银气压表附属温度表读数t。
所述气压计算模块使用单管水银气压表，根据公式
本发明实施例还公开了一种气压数据自动聚类装置，如图6所示，包括：
样本集合获取模块，用于获取n个气压处理节点pi传输的气压样本向量xi构成样本集合。
不相似性计算模块，用于计算两个样本之间的不相似性，并得到不相似性矩阵。
初始化模块，用于初始化类别。
隶属度计算模块，用于获取各个样本对于类别的隶属度。
贡献度计算模块，用于获取各个样本对于类别的贡献度。
聚类结果输出模块，用于输出基于所述隶属度和贡献度表示的聚类结果。
本发明的装置实施例中与方法实施例基于同样地发明构思。
本发明的实施例还提供了一种存储介质，所述存储介质可用于保存用于实现实施例中需要用到的的程序代码。可选地，在本实施例中，上述存储介质可以位于计算机网络的多个网络设备中的至少一个网络设备。可选地，在本实施例中，上述存储介质可以包括但不限于：u盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
具体地，图7是本发明实施例提供的一种服务器结构示意图，所述服务器结构可以用于运行气压数据自动聚类装置。该服务器800可因配置或性能不同而产生比较大的差异，可以包括一个或一个以上中央处理器(centralprocessingunits，cpu)822(例如，一个或一个以上处理器)和存储器832，一个或一个以上存储应用程序842或数据844的存储介质830(例如一个或一个以上海量存储设备)。其中，存储器832和存储介质830可以是短暂存储或持久存储。存储在存储介质830的程序可以包括一个或一个以上模块(图示未示出)，每个模块可以包括对服务器中的一系列指令操作。更进一步地，中央处理器822可以设置为与存储介质830通信，在服务器800上执行存储介质830中的一系列指令操作。服务器800还可以包括一个或一个以上电源826，一个或一个以上有线或无线网络接口850，一个或一个以上输入输出接口858，和/或，一个或一个以上操作系统841，例如windowsservertm，macosxtm，unixtm，linuxtm，freebsdtm等等。上述方法实施例所执行的步骤可以基于该图7示的服务器结构。
在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的终端，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
需要说明的是：上述本发明实施例的先后顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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