1.本发明涉及气象探测技术领域，尤其涉及一种下投式探空仪相对高度计算方法、装置、设备和介质。
背景技术：
2.下投式探空仪是指从飞机、气球等高空平台施放的，用于探测空中温度、湿度、气压、风向和风速等气象要素垂直分布的仪器。下投式探空仪可弥补常规高空探测在时间和空间上的不足，在观测交互科学试验、台风监测预报、特殊任务执行等方面发挥着重要的作用。
3.在探空数据中，空中至地面的相对高度是较为重要的物理量，探空仪上装载导航模块，只能获取空中海拔高度数据，计算相对高度还需要地面海拔高度。普通探空仪挂载在探空气球上，从地面放飞，地面海拔高度可通过仪器测量。与之相比，下投式探空仪携带降落伞由高空下落至地面，不能提前获取地面海拔高度。下投式探空仪在近地面层和落地后，可能因地形遮蔽、传感器损坏等原因，导致无数据或数据异常。
技术实现要素：
4.本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种下投式探空仪相对高度计算方法、装置、设备和介质。
5.本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
6.一种下投式探空仪相对高度计算方法，所述方法包括：
7.s1、获取某枚下投式探空仪本次下投过程中的下投探空数据集，所述下投探空数据集中有n组数据，获取该枚探空仪的地面海拔高度初值h
g0
和地面气压初值p
g0
；
8.s2、判断所述下投探空数据集中是否存在有效地面数据，若是，根据所述下投探空数据集，得到所述有效地面数据，执行步骤s3，否则，执行步骤s4；
9.s3、判断所述有效地面数据中的海拔高度值是否满足预设海拔高度数据条件；
10.若是，根据所述有效地面数据，计算该枚探空仪的地面海拔高度值hg，再根据所述hg和第一预设公式，计算该枚探空仪的地面气压值pg，并设置地面海拔高度质量标识hqflag是第一预设值，执行步骤s5；
11.否则，判断所述有效地面数据中的气压值是否满足预设气压数据条件，若是，则根据所述有效地面数据，计算该枚探空仪的地面气压值pg，再根据所述pg和第二预设公式，计算该枚探空仪的地面海拔高度值hg，并设置所述地面海拔高度质量标识hqflag是第二预设值，执行步骤s5；否则，执行所述步骤s4；
12.s4、根据所述地面海拔高度初值h
g0
、所述地面气压初值p
g0
、该枚探空仪在空中最低层的海拔高度数据h1和所述第二预设公式，计算所述地面海拔高度值hg和所述地面气压值pg，并设置所述地面海拔高度质量标识hqflag是第三预设值；
13.s5、根据所述地面海拔高度值hg，计算该枚探空仪各层的相对高度值；
14.s6、当所述地面海拔高度质量标识hqflag是第一预设值或第二预设值时，根据所述地面海拔高度值hg和所述地面气压值pg，更新所述地面海拔高度初值h
g0
和所述地面气压初值p
g0
；
15.s7、投放下一枚探空仪，重复所述步骤s1至s6。
16.本方法发明的有益效果是：提出了一种下投式探空仪相对高度计算方法，通过对落地数据的处理分析，提出相对高度计算方法，解决了下投式探空仪不能直接获取相对高度的问题。
17.本发明解决上述技术问题的另一技术方案如下：
18.一种下投式探空仪相对高度计算装置，所述装置包括第一处理模块、第二处理模块、第三处理模块、第四处理模块、第五处理模块、第六处理模块和第七处理模块：
19.所述第一处理模块，用于获取某枚下投式探空仪本次下投过程中的下投探空数据集，所述下投探空数据集中有n组数据，获取该枚探空仪的地面海拔高度初值h
g0
和地面气压初值p
g0
；
20.所述第二处理模块，用于判断所述下投探空数据集中是否存在有效地面数据，若是，执行所述第三处理模块，否则，执行所述第四处理模块；
21.所述第三处理模块，用于判断所述有效地面数据中的海拔高度值是否满足预设海拔高度数据条件；
22.若是，根据所述有效地面数据，计算该枚探空仪的地面海拔高度值hg，再根据所述hg和第一预设公式，计算该枚探空仪的地面气压值pg，并设置该枚探空仪的地面海拔高度质量标识hqflag是第一预设值，执行所述第五处理模块；
23.否则，判断所述有效地面数据中的气压值是否满足预设气压数据条件，若是，则根据所述有效地面数据，计算该枚探空仪的地面气压值pg，再根据所述pg和第二预设公式，计算该枚探空仪的地面海拔高度值hg，并设置该枚探空仪的所述地面海拔高度质量标识hqflag是第二预设值，执行所述第五处理模块；否则，执行所述第四处理模块；
24.所述第四处理模块，用于根据所述地面海拔高度初值h
g0
、所述地面气压初值p
g0
、探空仪在空中最低层的海拔高度数据h1和所述第二预设公式，计算该枚探空仪的所述地面海拔高度值hg和所述地面气压值pg，并设置该枚探空仪的所述地面海拔高度质量标识hqflag是第三预设值；
25.所述第五处理模块，用于根据该枚探空仪的所述地面海拔高度值hg，计算该枚探空仪各层的相对高度值；
26.所述第六处理模块，用于当该枚探空仪的所述地面海拔高度质量标识hqflag是第一预设值或第二预设值时，根据所述地面海拔高度值hg和所述地面气压值pg，更新所述地面海拔高度初值h
g0
和所述地面气压初值p
g0
；
27.所述第七处理模块，用于投放下一枚探空仪，重复所述第一处理模块至所述第六处理模块。
28.此外，本技术还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述技术方案中任一项所述的下投式探空仪相对高度计算方法的步骤。
29.本技术还提供一种电子设备，包括：存储器，其上存储有计算机程序；处理器，用于执行所述存储器中的所述计算机程序，以实现上述技术方案中任一项所述的下投式探空仪
相对高度计算方法的步骤。
30.本发明附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明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，下面所描述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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1为本发明实施例所示的一种下投式探空仪相对高度计算方法的流程示意图；
33.图2为本发明另一实施例所示的一种下投式探空仪相对高度计算装置的模块示意图；
34.图3为本发明另一实施例所示的一种下投式探空仪相对高度计算方法的流程示意图。
具体实施方式
35.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
36.如图1所示，本发明实施例所述的一种下投式探空仪相对高度计算方法，包括以下步骤：
37.110、获取某枚下投式探空仪本次下投过程中的下投探空数据集，下投探空数据集中有n组数据，获取该枚探空仪的地面海拔高度初值h
g0
和地面气压初值p
g0
。
38.具体地，每组数据包含时间、海拔高度、降落速度，以及温度、湿度、气压、风向、风速等气象要素。
39.120、判断下投探空数据集中是否存在有效地面数据，若是，根据下投探空数据集，得到有效地面数据，执行步骤130，否则，执行步骤140。
40.130、判断有效地面数据中的海拔高度值是否满足预设海拔高度数据条件。
41.若是，则根据有效地面数据，计算该枚探空仪的地面海拔高度值hg，再根据hg和第一预设公式，计算该枚探空仪的地面气压值pg，并设置该枚探空仪的地面海拔高度质量标识hqflag是第一预设值，执行步骤150。
42.否则，判断有效地面数据中的气压值是否满足预设气压数据条件，若是，则根据有效地面数据，计算该枚探空仪的地面气压值pg，再根据pg和第二预设公式，计算该枚探空仪的地面海拔高度值hg，并设置该枚探空仪的地面海拔高度质量标识hqflag是第二预设值，执行步骤150；否则，执行步骤140。
43.140、根据地面海拔高度初值h
g0
、地面气压初值p
g0
、探空仪在空中最低层的海拔高度数据h1和第二预设公式，计算该枚探空仪的地面海拔高度值hg和地面气压值pg，并设置该枚探空仪的地面海拔高度质量标识hqflag是第三预设值。
44.150、根据该枚探空仪的地面海拔高度值hg，计算该枚探空仪各层的相对高度值。
45.160、当该枚探空仪的地面海拔高度质量标识hqflag是第一预设值或第二预设值时，根据地面海拔高度值hg和地面气压值pg，更新地面海拔高度初值h
g0
和地面气压初值p
g0
。
46.170、投放下一枚探空仪，重复步骤110至160。
47.进一步地，步骤110中获取该枚探空仪的地面海拔高度初值h
g0
和地面气压初值p
g0
，具体包括：
48.若该枚探空仪在该时段的探测区域已有地面海拔高度初值h
g0
和地面气压初值p
g0
，则沿用；若无，则地面海拔高度初值h
g0
从数字高程数据中获取，地面气压初值p
g0
从数值预报产品中获取。
49.进一步地，步骤120中判断下投探空数据集中是否存在有效地面数据，具体包括：
50.将下投探空数据集中的数据组按照时间序列从早到晚进行排序。
51.若从最晚时间的数据组往前连续n个数据组中的降落速度值均小于预设最大降落速度值v
max
，且n＞＝预设最小数量n
min
，则下投探空数据集中存在有效地面数据，否则，下投探空数据集中不存在有效地面数据。
52.进一步地，步骤130中判断有效地面数据中的海拔高度值是否满足预设海拔高度数据条件，具体包括：
53.去除有效地面数据中海拔高度的最大值和最小值，计算剩余海拔高度值的标准差，得到高度标准差。
54.当高度标准差＜＝高度阈值h
max
时，有效地面数据中的海拔高度值满足预设海拔高度数据条件。
55.否则，有效地面数据中的海拔高度值不满足预设海拔高度数据条件。
56.进一步地，步骤130中根据有效地面数据，计算该枚探空仪的地面海拔高度值hg，具体包括：
57.去除有效地面数据中海拔高度的最大值和最小值，计算剩余海拔高度值的平均值，得到该枚探空仪的地面海拔高度值hg。
58.进一步地，步骤130中根据hg和第一预设公式，计算该枚探空仪的地面气压值pg，具体包括：
59.去除有效地面数据中气压的最大值和最小值，计算剩余气压值的标准差，得到气压标准差。当气压标准差＜＝气压阈值p
max
时，计算剩余气压值的平均值，得到该枚探空仪的地面气压值pg；否则，将地面海拔高度值hg、干空气的比气体常数rd、重力加速度g、虚温tv、探空仪在空中最低层的海拔高度值h1和气压值p1代入第一预设公式中，得到该枚探空仪的地面气压值pg。
60.进一步地，步骤130中判断有效地面数据中的气压值是否满足预设气压数据条件，具体包括：
61.去除有效地面数据中气压的最大值和最小值，计算剩余气压值的标准差，得到气压标准差。
62.当气压标准差＜＝气压阈值p
max
时，有效地面数据中的气压值满足预设气压数据条件。
63.否则，有效地面数据中的气压值不满足预设气压数据条件。
64.进一步地，步骤130中根据有效地面数据，计算该枚探空仪的地面气压值pg，具体包括：
65.去除有效地面数据中气压的最大值和最小值，计算剩余气压值的平均值，得到该枚探空仪的地面气压值pg。
66.进一步地，步骤130中根据pg和第二预设公式，计算该枚探空仪的地面海拔高度值hg，具体包括：
67.将地面气压值pg、干空气的比气体常数rd、重力加速度g、虚温tv、探空仪在空中最低层的海拔高度值h1和气压值p1代入第二预设公式中，得到该枚探空仪的地面海拔高度值hg。
68.进一步地，步骤140中根据地面海拔高度初值h
g0
、地面气压初值p
g0
、探空仪在空中最低层的海拔高度数据h1和第二预设公式，计算该枚探空仪的地面海拔高度值hg和地面气压值pg，具体包括：
69.将地面气压初值p
g0
、干空气的比气体常数rd、重力加速度g、虚温tv和探空仪在空中最低层的探测数据h1代入第二预设公式中，得到地面气压初值对应的海拔高度值h
pg0
。
70.取地面海拔高度初值h
g0
、地面气压初值对应的海拔高度值h
pg0
和探空仪在空中最低层的海拔高度数据h1三者中的最小值作为地面海拔高度值hg，对应的气压值作为pg。
71.进一步地，步骤160中根据地面海拔高度值hg和地面气压值pg，更新地面海拔高度初值h
g0
和地面气压初值p
g0
，具体包括：
72.建立某区域在某时段的地面海拔高度初值序列和地面气压初值序列；
73.将地面海拔高度初值h
g0
加入地面海拔高度初值序列，计算地面海拔高度初值序列中的海拔高度初值平均值，将h
g0
更新为海拔高度初值平均值；
74.将地面气压初值p
g0
加入地面气压初值序列，计算地面气压初值序列中的地面气压初值平均值，将p
g0
更新为地面气压初值平均值，地面海拔高度初值序列是某区域在某时段中的地面海拔高度初值建立的，地面气压初值序列是某区域在某时段中的地面气压初值建立的。
75.应理解，本技术基于气压-高度模型，通过对落地数据的处理分析，提出相对高度计算方法，解决下投式探空仪不能直接获取相对高度的问题。
76.气压-高度模型如下：
77.计算海拔高度时，需要使用气压-高度模型，根据静力平衡假设，海拔高度h和气压p的转换方法为：
[0078][0079][0080]
下标i和j表示两个不同的高度层，rd是干空气的比气体常数，在近地面层的值为
287.05j/(kg
·
k)，g是重力加速度，在纬度处的近地面层，g的计算方法为：
[0081][0082]
tv是虚温，表示在相同气压下，干空气若与湿空气密度相同所具有的温度，tv的计算方法为：
[0083][0084]
ε是水与干空气的相对分子质量比，在近地面层的值约为0.622。t是热力学温度，单位为k。q是比湿，表示水汽与湿空气的质量比，探空仪直接探测的湿度量通常是相对湿度u(单位％)，u换算成q的公式为：
[0085][0086]
p是气压。es是饱和水汽压，只与温度有关，可采用goff-gratch公式计算。对于-49.9～100℃的平液面，有：
[0087][0088]
t0是水的三相点温度，取值为273.16k。
[0089]
如图3所示，相对高度计算流程的具体步骤如下：
[0090]
1)获取地面海拔高度和地面气压的初值h
g0
和p
g0
。若已有，则沿用；若无，则借助辅助数据，辅助数据包括数字高程数据和数值预报产品。
[0091]
2)判断是否有有效地面数据，判断原则为：将探空数据按时间序列排列，若最后连续n个样本的降落速度小于v
max
，且n≥n
min
，则判定为有，否则为无。
[0092]
3-1)若有有效地面数据，判断地面数据中的海拔高度值是否合理，判断原则为：去除海拔高度的最大值和最小值，若标准差不大于高度阈值h
max
，则合理，若大于h
max
，则不合理。
[0093]
3-2)若地面数据中的海拔高度值合理，则去除最大值和最小值后求平均，作为地面海拔高度值hg。地面气压值pg通过求平均得出，若气压值不合理则通过公式(1)计算，并将该枚探空仪的地面海拔高度质量标识hqflag赋值为1。
[0094]
3-3)若地面数据中的海拔高度值不合理，则判断地面数据中的气压值是否合理，判断原则为：去除气压的最大值和最小值，若标准差不大于气压阈值p
max
，则合理，若大于p
max
，则不合理。若气压值合理，则去除气压的最大值和最小值后求平均，作为地面气压值pg，通过公式(2)计算地面海拔高度值hg，并将该枚探空仪的地面海拔高度质量标识hqflag赋值为2。
[0095]
4)若无有效地面数据，或有有效地面数据但海拔高度和气压值均不合理，则根据p
g0
和公式(2)计算h
pg0
，比较h
pg0
、h
g0
和h1，取最小值作为地面海拔高度值hg，相对应的气压值
作为地面气压值pg，并将该枚探空仪的地面海拔高度质量标识hqflag赋值为3。
[0096]
5)根据地面海拔高度hg和探空仪各层的海拔高度值，计算各层的相对高度值，并返回该枚探空仪的地面海拔高度质量标识hqflag。
[0097]
6)更新h
g0
和p
g0
的值，用于下一枚探空仪计算相对高度。建立某区域在某时段的地面海拔高度初始值序列和地面气压初始值序列，当该枚探空仪的地面海拔高度质量标识hqflag为1或2时进行，将该枚探空仪的地面海拔高度初值h
g0
和地面气压初值p
g0
加入序列，求出两个序列的平均值，作为新的h
g0
和p
g0
。
[0098]
以下是应用本技术中的技术方案进行试验的结果展示。
[0099]
选取某次下投探空试验中的3枚施放时间和落地地点均较为接近的探空仪数据。v
max
取值为1m/s，p
max
取值为0.5hpa，n
min
取值为5，h
max
取值为2m。
[0100][0101][0102]
表1探空仪1部分数据
[0103]
表1显示了探空仪1的部分数据。最后6组数据(序号6～11)的降速均小于v
max
，判断为地面数据。去除海拔高度最大值和最小值后，标准差小于h
max
，判断为有有效地面数据。去除海拔高度最大值和最小值后求平均，得地面海拔高度hg的值为-9.9m，hqflag为1，进一步计算地面气压pg的值为996.5hpa。同步更新h
g0
和p
g0
的值。
[0104][0105]
表2探空仪2部分数据
[0106]
表2显示了探空仪2的部分数据。最后8组数据(序号5～12)的降速均小于v
max
，判断为地面数据。落地后部分传感器损坏，温度、湿度数据异常。去除气压最大值和最小值后，标准差小于p
max
，判断为有有效地面数据。去除气压最大值和最小值后求平均，得地面气压pg的值为996.6hpa，hqflag为2，进一步计算地面海拔高度hg的值为-2.2m。同步更新h
g0
和p
g0
的值。
[0107][0108][0109]
表3探空仪3部分数据
[0110]
表3显示了探空仪3的部分数据。由于仅有1组数据的降速小于v
max
，判断为无地面有效数据。根据前2枚探空仪获取的h
g0
值为-6.05m，p
g0
值为996.55hpa，计算得到h
pg0
的值为-7.6m。比较h
pg0
、h
g0
和h1，h
pg0
最小，将h
pg0
的值作为地面海拔高度hg。hqflag赋值为3。h
g0
和p
g0
的值保持不变。
[0111]
如图2所示，一种下投式探空仪相对高度计算装置，装置包括：
[0112]
第一处理模块，用于获取某枚下投式探空仪本次下投过程中的下投探空数据集，下投探空数据集中有n组数据，获取该枚探空仪的地面海拔高度初值h
g0
和地面气压初值p
g0
；
[0113]
第二处理模块，用于判断下投探空数据集中是否存在有效地面数据，若是，执行第三处理模块，否则，执行第四处理模块；
[0114]
第三处理模块，用于判断有效地面数据中的海拔高度值是否满足预设海拔高度数据条件；
[0115]
若是，根据有效地面数据，计算该枚探空仪的地面海拔高度值hg，再根据hg和第一预设公式，计算该枚探空仪的地面气压值pg，并设置该枚探空仪的地面海拔高度质量标识hqflag是第一预设值，执行第五处理模块；
[0116]
否则，判断有效地面数据中的气压值是否满足预设气压数据条件，若是，则根据有效地面数据，计算该枚探空仪的地面气压值pg，再根据pg和第二预设公式，计算该枚探空仪的地面海拔高度值hg，并设置该枚探空仪的地面海拔高度质量标识hqflag是第二预设值，执行第五处理模块；否则，执行第四处理模块；
[0117]
第四处理模块，用于根据地面海拔高度初值h
g0
、地面气压初值p
g0
、探空仪在空中最低层的海拔高度数据h1和第二预设公式，计算该枚探空仪的地面海拔高度值hg和地面气压值pg，并设置该枚探空仪的地面海拔高度质量标识hqflag是第三预设值；
[0118]
第五处理模块，用于根据该枚探空仪的地面海拔高度值hg，计算该枚探空仪各层的相对高度值；
[0119]
第六处理模块，用于当该枚探空仪的地面海拔高度质量标识hqflag是第一预设值或第二预设值时，根据所述地面海拔高度值hg和地面气压值pg，更新地面海拔高度初值h
g0
和地面气压初值p
g0
；
[0120]
第七处理模块，用于投放下一枚探空仪，重复第一处理模块至第六处理模块。
[0121]
本技术还提供一种电子设备，包括：存储器，其上存储有计算机程序；处理器，用于执行所述存储器中的所述计算机程序，以实现上述技术方案中任一项所述的下投式探空仪相对高度计算方法的步骤。
[0122]
此外，本技术还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述技术方案中任一项所述的下投式探空仪相对高度计算方法的步骤。
[0123]
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。