季节性冻土地区冻结指数获得方法、装置、介质及设备

技术领域

本申请涉及数据处理技术领域，具体涉及一种季节性冻土地区冻结指数获得方法、装置、介质及设备。

背景技术

冻结指数是指在一个冻结期内，日平均气温为负值度数的逐日累积值。现有冻结指数计算方法需要收集当地日平均负温度值和计算年日平均温度为负温度值出现的天数，计算方式相对复杂，并且获得的冻结指数并不准确。比如在一个冻结周期还未结束时，根据前述计算方法收集的数据并不能完整表达一个周期，此外有些地区往往只有主要城镇的气象资料，如在《季节性冻土地区公路设计与施工技术规范》中提供的“中国季节性冻土地区典型测站相关气象参数参考值”附录表中进行查询，仅能查到全国89个地区的冻结指数，每个省份只有数个典型代表城市的数据，覆盖范围较小，且与实际所在地的气象条件并不符合。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种季节性冻土地区冻结指数获得方法、装置、介质及设备，旨在解决现有技术中已有的冻结指数覆盖范围小、不准确的问题。

为实现上述目的，本申请的实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本申请实施例提供一种季节性冻土地区冻结指数获得方法，包括以下步骤：

根据若干第一地区的最低气温数据和冻结指数，构建最低气温数据与冻结指数的点阵图；其中，第一地区为已有冻结指数的地区；

对点阵图上的数据点进行线性拟合，获得拟合曲线；

根据目标地区的最低气温数据和拟合曲线，获得目标地区的冻结指数；其中，目标地区为除第一地区以外的地区。

在第一方面的一种可能实现方式中，对点阵图上的数据点进行线性拟合，获得拟合曲线之后，方法还包括：

根据拟合曲线，确定拟合函数；

根据目标地区的最低气温数据和拟合曲线，获得目标地区的冻结指数，包括：

根据目标地区的最低气温数据和拟合函数，获得目标地区的冻结指数。在第一方面的一种可能实现方式中，拟合函数的形式如下：

y＝aF

其中，y为最低气温数据，F为冻结指数，a、b、c、d均为常数。

在第一方面的一种可能实现方式中，根据若干第一地区的最低气温数据和冻结指数，构建最低气温数据与冻结指数的点阵图之前，方法还包括：

根据第一地区的若干年份的年平均最低气温数据，获得第一地区的最低气温数据。

在第一方面的一种可能实现方式中，根据目标地区的最低气温数据和拟合曲线，获得目标地区的冻结指数之前，方法还包括：

根据目标地区的若干年份的年平均最低气温数据，获得目标地区的最低气温数据。

在第一方面的一种可能实现方式中，根据若干第一地区的最低气温数据和冻结指数，构建最低气温数据与冻结指数的点阵图之后，方法还包括：

根据若干第一地区的最低气温数据和冻结指数，获得最低气温数据和冻结指数的相关系数。

在第一方面的一种可能实现方式中，根据若干第一地区的最低气温数据和冻结指数，获得最低气温数据和冻结指数的相关系数之后，方法还包括：

响应于相关系数不满足条件，返回根据若干第一地区的最低气温数据和冻结指数，构建最低气温数据与冻结指数的点阵图的步骤，直至相关系数满足条件。

第二方面，本申请实施例提供一种季节性冻土地区冻结指数获得装置，包括：

构建模块，构建模块用于根据若干第一地区的最低气温数据和冻结指数，构建最低气温数据与冻结指数的点阵图；其中，第一地区为已有冻结指数的地区；

拟合模块，拟合模块用于对点阵图上的数据点进行线性拟合，获得拟合曲线；

获得模块，获得模块用于根据目标地区的最低气温数据和拟合曲线，获得目标地区的冻结指数；其中，目标地区为除第一地区以外的地区。

第三方面，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，储存有计算机程序，计算机程序被处理器加载执行时，实现如上述第一方面中任一项提供的季节性冻土地区冻结指数获得方法。

第四方面，本申请实施例提供一种电子设备，包括处理器及存储器，其中，

存储器用于存储计算机程序；

处理器用于加载执行计算机程序，以使电子设备执行如上述第一方面中任一项提供的季节性冻土地区冻结指数获得方法。

与现有技术相比，本申请的有益效果是：

本申请实施例提出的一种季节性冻土地区冻结指数获得方法、装置、介质及设备，该方法包括：根据若干第一地区的最低气温数据和冻结指数，构建最低气温数据与冻结指数的点阵图；其中，第一地区为已有冻结指数的地区；对点阵图上的数据点进行线性拟合，获得拟合曲线；根据目标地区的最低气温数据和拟合曲线，获得目标地区的冻结指数；其中，目标地区为除第一地区以外的地区。本申请通过已有相关数据的第一区域，获得其最低气温数据和冻结指数，通过构建两个变量数据的点阵图，然后对点阵图上的数据点进行线性拟合，以获得最低气温数据和冻结指数的线性表达，而后获得没有冻结指数数据的目标区域的最低气温数据，根据其在拟合曲线上的对应关系，即可快速得到目标区域对应的冻结指数，一方面，由于拟合曲线是通过已有的数据预测得到，能够有效确保预测的冻结指数的准确性，另一方面，将冻结指数的获得方式简化为通过一个变量获取，只要能够获得气温数据，就能对应得到冻结指数，不再受已有数据的地区限制，扩大了冻结指数的覆盖范围。

附图说明

图1-图3为本申请实施例中“中国季节性冻土地区典型测站相关气象参数参考值”附录表示意图；

图4为本申请实施例中中国季节性冻土地区冻结指数标准等值线图；

图5为本申请实施例涉及的硬件运行环境的电子设备结构示意图；

图6为本申请实施例提供的季节性冻土地区冻结指数获得方法的流程示意图；

图7为本申请实施例提供的季节性冻土地区冻结指数获得方法中点阵图的示意图；

图8为本申请实施例提供的季节性冻土地区冻结指数获得装置的模块示意图；

图中标记：101-处理器，102-通信总线，103-网络接口，104-用户接口，105-存储器。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请实施例的主要解决方案是：根据若干第一地区的最低气温数据和冻结指数，构建最低气温数据与冻结指数的点阵图；其中，第一地区为已有冻结指数的地区；对点阵图上的数据点进行线性拟合，获得拟合曲线；根据目标地区的最低气温数据和拟合曲线，获得目标地区的冻结指数；其中，目标地区为除第一地区以外的地区。

地表层土冬季冻结、夏季全部融化的土称为季节性冻土，其所在地区称为季节性冻土地区。冻结指数是指在一个冻结期内，日平均气温为负值度数的逐日累积值。季节性冻土地区约占我国国土面积53.5％，各地区冰冻程度不一，公路路基、路面、桥涵及隧道构造物冻害形式和冻害程度各异。

为表征气象条件对公路工程冻害的影响程度，以冻结指数(某年的冻结指数为该年内日平均温度中的负温度累计值。日平均温度为每日的2时、8时、14时和20时4个时刻的气温平均值。一般采用所在地不少于10年的冻结指数最大值)来表示该地区的冻害情况，以冻结指数为划分标准，将季节冻土区分为重冻区、中冻区、轻冻区，季节冻土区划分如下表所示。

季节性冻土区划分表

重冻区：当冻结指数为2000℃·d时，标准冻深平均为1.5～1.7m，路基冻深范围在1.3～1.5m，路基填料选用冻胀率较小(为2％～3％)的填料，路基产生的冻胀量为30～40mm，满足路基容许总冻胀量的要求。当冻结指数大于2000℃·d时，冻深增加，这时即使路基选用冻胀率较小的填料，路基冻胀量也大于路基容许冻胀量，这种情况下要求对路基填料及路面结构进行抗冻设计。基于以上原因，把F≥2000℃·d的地区划为重冻区。

中冻区：当冻结指数为800℃·d时，标准冻深平均值为0.9～1.1m，路基冻深范围在0.5～0.7m，路基填料选择冻胀率较大(为5％)的填料，路基产生的冻胀量为25～38mm，满足路基容许总冻胀量的要求。当冻结指数大于800℃·d时，冻深增加，选择冻胀率大的填料，路基冻胀量超出容许值。所以，当800℃·d≤F＜2000℃·d时，只需对路基填料进行选择，控制冻胀率，就能满足路基容许冻胀量的要求。因此，把800℃·d≤F＜2000℃·d的冻土区划为中冻区。

轻冻区：冻结指数小于800℃·d的地区，路基冻深小于0.7m，路基填料即使选择冻胀率稍大(为5％～6％)的材料，冻胀量也很小，该地区路面及公路构造物在冬季产生的冻害也较轻。所以，把50℃·d＜F＜800℃·d的地区划为轻冻区。

为保证季节性冻土地区公路设计满足规范要求，避免冻土病害，合理确定当地冻结指数成为重中之重。目前计算冻结指数的方法在《季节性冻土地区公路设计与施工技术规范》(JTG/T D31-06-2017)中描述如下：

设计前应收集冻结指数。无调查资料时，冻结指数可根据调查的气温资料按下式计算确定：

式中：F-冻结指数(℃·d)；t i-日平均负温度值(℃·d)；n-计算年日平均温度为负温度值出现的天数。

无调查资料时，气温可参考《季节性冻土地区公路设计与施工技术规范》中附录图A-1或表A-1确定，如附图1-附图3所示为中国季节性冻土地区典型测站相关气象参数参考值，如附图4所示为中国季节性冻土地区冻结指数标准等值线图；可以看出，在《季节性冻土地区公路设计与施工技术规范》中，冻结指数的确定有公式计算、附图查值、附表查值三种方式。

公式计算的缺陷为：现有冻结指数计算方法需要收集当地日平均负温度值和计算年日平均温度为负温度值出现的天数，但是在季节性冻土地区往往只有县城及主要城镇的气象资料且气象资料不完善，而公路往往远离县城及主要城镇，导致收集资料无法可靠的反映公路工程区实际气象条件，按此资料进行公路设计将导致公路抗冻设防无法满足实际需求。

附图查值的缺陷为：在“中国季节性冻土地区冻结指数标准等值线图”中不在等值线附近的地区其冻结指数只能根据距离等值线远近进行估算，准确度不足。

附表查值的缺陷为：在“中国季节性冻土地区典型测站相关气象参数参考值”里面只能查到全国89个地区的冻结指数，每个省只有数个地区的冻结指数，其覆盖范围小。

为此，本申请提供一种解决方案，通过已有相关数据的第一区域，获得其最低气温数据和冻结指数，通过构建两个变量数据的点阵图，然后对点阵图上的数据点进行线性拟合，以获得最低气温数据和冻结指数的线性表达，而后获得没有冻结指数数据的目标区域的最低气温数据，根据其在拟合曲线上的对应关系，即可快速得到目标区域对应的冻结指数，一方面，由于拟合曲线是通过已有的数据预测得到，能够有效确保预测的冻结指数的准确性，另一方面，将冻结指数的获得方式简化为通过一个变量获取，只要能够获得气温数据，就能对应得到冻结指数，不再受已有数据的地区限制，扩大了冻结指数的覆盖范围。

参照附图5，附图5为本申请实施例方案涉及的硬件运行环境的电子设备结构示意图，该电子设备可以包括：处理器101，例如中央处理器(Central Processing Unit，CPU)，通信总线102、用户接口104，网络接口103，存储器105。其中，通信总线102用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口104可以包括显示屏(Display)、输入单元比如键盘(Keyboard)，可选用户接口104还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口103可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如无线保真(WIreless-FIdelity，WI-FI)接口)。存储器105可选的可以是独立于前述处理器101的存储装置，存储器105可能是高速的随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)存储器，也可能是稳定的非易失性存储器(Non-Volatile Memory，NVM)，例如至少一个磁盘存储器；处理器101可以是通用处理器，包括中央处理器、网络处理器等，还可以是数字信号处理器、专用集成电路、现场可编程门阵列或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

本领域技术人员可以理解，附图5中示出的结构并不构成对电子设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

如附图5所示，作为一种存储介质的存储器105中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及季节性冻土地区冻结指数获得装置。

在附图5所示的电子设备中，网络接口103主要用于与网络服务器进行数据通信；用户接口104主要用于与用户进行数据交互；本申请中的处理器101、存储器105可以设置在电子设备中，电子设备通过处理器101调用存储器105中存储的季节性冻土地区冻结指数获得装置，并执行本申请实施例提供的季节性冻土地区冻结指数获得方法。

参照附图6，基于前述实施例的硬件设备，本申请的实施例提供一种季节性冻土地区冻结指数获得方法，包括以下步骤：

S10：根据若干第一地区的最低气温数据和冻结指数，构建最低气温数据与冻结指数的点阵图；其中，第一地区为已有冻结指数的地区。

在具体实施过程中，第一地区，也即可以通过现有手段查询得到冻结指数的地区，如附图1-附图3中提供的地区。得到其冻结指数后，可以在前述表中查询，也可以通过其他气象资料获得该地区的最低气温数据，构建出如附图7所示的点阵图。为了更准确的表达最低气温数据，通过收集当前时间以前若干年的年最低气温数据，然后求其平均值以作为第一地区的最低气温数据的表达，来避免因当前年份数据的特异性而影响后续拟合、冻结指数获取的准确性。也即：根据若干第一地区的最低气温数据和冻结指数，构建最低气温数据与冻结指数的点阵图之前，方法还包括：

根据第一地区的若干年份的年平均最低气温数据，获得第一地区的最低气温数据。

在一种实施例中，根据若干第一地区的最低气温数据和冻结指数，构建最低气温数据与冻结指数的点阵图之后，方法还包括：

根据若干第一地区的最低气温数据和冻结指数，获得最低气温数据和冻结指数的相关系数。

在具体实施过程中，根据附图7不难看出，最低气温与冻结指数呈指数型线性相关关系，由此可以通过获得两个变量，即最低气温与冻结指数之间的相关系数，来衡量二者的相关性，进一步印证采用这两个数据构建拟合曲线的有效性。进一步的，根据若干第一地区的最低气温数据和冻结指数，获得最低气温数据和冻结指数的相关系数之后，方法还包括：

响应于相关系数不满足条件，返回根据若干第一地区的最低气温数据和冻结指数，构建最低气温数据与冻结指数的点阵图的步骤，直至相关系数满足条件。

在具体实施过程中，由于在收集数据构建点阵图的过程中可能存在数据错误的情况，进而导致拟合效果不佳，因此当相关系数不满足条件的情况下，可以返回至前述步骤，重新构建点阵图。本实施例中采用相关系数R的平方作为评判，满足条件可以是相关系数R达到某个阈值，比如0.9或0.95。可以理解的是，相关系数在0-1之间，数值越靠近1，说明相关度越高，由于在0-1之间的数在平方后，会更放大与1之间的差距，采用相关系数R的平方来作为评断标准时，如果其满足条件，说明原本的相关系数R会更加靠近1。如设定满足条件为R

S20：对点阵图上的数据点进行线性拟合，获得拟合曲线。

在具体实施过程中，以冻结指数为横坐标，以最低气温作为纵坐标，将数据点在坐标轴中呈现，以得到如附图7所示的点阵图。线性拟合是曲线拟合的一种形式。设x和y都是被观测的量，且y是x的函数：y＝f(x；b)，曲线拟合就是通过x,y的观测值来寻求参数b的最佳估计值，及寻求最佳的理论曲线y＝f(x；b)，当函数y＝f(x；b)为关于b的i线性函数时，称这种曲线拟合为线性拟合。更形象地可以表达为，使得离散的数据点能够尽可能地靠近一条曲线。可通过数据处理软件，如Exce l表中选中需要处理的数据之后可以通过曲线拟合功能直接得到拟合曲线以及拟合函数。也即：对点阵图上的数据点进行线性拟合，获得拟合曲线之后，方法还包括：

根据拟合曲线，确定拟合函数。

在具体实施过程中，拟合曲线将离散的数据形成连续不断的对应关系，但为了更准确地获取冻结指数的具体值，可以将其拟合为函数表达，该函数表达可以表示为：

y＝aF

其中，y为最低气温数据，F为冻结指数，a、b、c、d均为常数，根据所采用的拟合数据确定，采用如附图1-附图3的数据进行拟合时，可得到函数表达如附图7中所示，将a、b、c、d根据数值不同保留不同位数的小数后得到：

y＝-1.826*10

通过上式，只需要获得最低气温数据y，即可以反解得到冻结指数F。

S30：根据目标地区的最低气温数据和拟合曲线，获得目标地区的冻结指数；其中，目标地区为除第一地区以外的地区。

在具体实施过程中，目标地区实际上也可以是第一地区，因为在获得了完整的拟合曲线之后，所有可以获得气温数据的地区都可以进行冻结指数的计算，但实际上，如附图1-3所示的查询表中已经有了第一地区的数据，再通过本申请所提供的方法计算就没有太大的意义，因此本申请重点还是在于计算未知区域的数据。获得拟合曲线后，曲线上每一个点都对应唯一的气温数据与冻结指数，将现有技术通过计算获得冻结指数的方式中，需要利用两个值确定的方式简化为了通过一个最低气温数据的方式进行。在将拟合曲线构造为函数形式后，为了获得更为准确的冻结指数数据，则可以采用将气温数据带入函数进行冻结指数的求解即可，也即根据目标地区的最低气温数据和拟合曲线，获得目标地区的冻结指数，包括：

根据目标地区的最低气温数据和拟合函数，获得目标地区的冻结指数。

进一步的，与构造点阵图时对第一地区的最低气温数据的处理方式同理，根据目标地区的最低气温数据和拟合曲线，获得目标地区的冻结指数之前，方法还包括：

根据目标地区的若干年份的年平均最低气温数据，获得目标地区的最低气温数据。

如上实施方式，能够更准确的表达当前的需要求取地区的最低气温数据，一方面避免了当前年份数据的不完整，另一方面避免当前数据的特异性对计算结果带来较大的偏差，有效提升了冻结指数的覆盖区域，保证了冻结指数的准确性。

本实施例中，通过已有相关数据的第一区域，获得其最低气温数据和冻结指数，通过构建两个变量数据的点阵图，然后对点阵图上的数据点进行线性拟合，以获得最低气温数据和冻结指数的线性表达，而后获得没有冻结指数数据的目标区域的最低气温数据，根据其在拟合曲线上的对应关系，即可快速得到目标区域对应的冻结指数，一方面，由于拟合曲线是通过已有的数据预测得到，能够有效确保预测的冻结指数的准确性，另一方面，将冻结指数的获得方式简化为通过一个变量获取，只要能够获得气温数据，就能对应得到冻结指数，不再受已有数据的地区限制，扩大了冻结指数的覆盖范围。

参照附图8，基于与前述实施例中同样的发明构思，本申请实施例还提供一种季节性冻土地区冻结指数获得装置，该装置包括：

构建模块，构建模块用于根据若干第一地区的最低气温数据和冻结指数，构建最低气温数据与冻结指数的点阵图；其中，第一地区为已有冻结指数的地区；

拟合模块，拟合模块用于对点阵图上的数据点进行线性拟合，获得拟合曲线；

获得模块，获得模块用于根据目标地区的最低气温数据和拟合曲线，获得目标地区的冻结指数；其中，目标地区为除第一地区以外的地区。

本领域技术人员应当理解，实施例中的各个模块的划分仅仅是一种逻辑功能的划分，实际应用时可以全部或部分集成到一个或多个实际载体上，且这些模块可以全部以软件通过处理单元调用的形式实现，也可以全部以硬件的形式实现，或是以软件、硬件结合的形式实现，需要说明的是，本实施例中季节性冻土地区冻结指数获得装置中各模块是与前述实施例中的季节性冻土地区冻结指数获得方法中的各步骤一一对应，因此，本实施例的具体实施方式可参照前述季节性冻土地区冻结指数获得方法的实施方式，这里不再赘述。

基于与前述实施例中同样的发明构思，本申请的实施例还提供一种计算机可读存储介质，储存有计算机程序，计算机程序被处理器加载执行时，实现如本申请实施例提供的季节性冻土地区冻结指数获得方法。

基于与前述实施例中同样的发明构思，本申请的实施例还提供一种电子设备，包括处理器及存储器，其中，

存储器用于存储计算机程序；

处理器用于加载执行计算机程序，以使电子设备执行如本申请实施例提供的季节性冻土地区冻结指数获得方法。

在一些实施例中，计算机可读存储介质可以是FRAM、ROM、PROM、EPROM、EEPROM、闪存、磁表面存储器、光盘、或CD-ROM等存储器；也可以是包括上述存储器之一或任意组合的各种设备。计算机可以是包括智能终端和服务器在内的各种计算设备。

在一些实施例中，可执行指令可以采用程序、软件、软件模块、脚本或代码的形式，按任意形式的编程语言(包括编译或解释语言，或者声明性或过程性语言)来编写，并且其可按任意形式部署，包括被部署为独立的程序或者被部署为模块、组件、子例程或者适合在计算环境中使用的其它单元。

作为示例，可执行指令可以但不一定对应于文件系统中的文件，可以可被存储在保存其它程序或数据的文件的一部分，例如，存储在超文本标记语言(HTML，Hyper TextMarkup Language)文档中的一个或多个脚本中，存储在专用于所讨论的程序的单个文件中，或者，存储在多个协同文件(例如，存储一个或多个模块、子程序或代码部分的文件)中。

作为示例，可执行指令可被部署为在一个计算设备上执行，或者在位于一个地点的多个计算设备上执行，又或者，在分布在多个地点且通过通信网络互连的多个计算设备上执行。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如只读存储器/随机存取存储器、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台多媒体终端设备(可以是手机，计算机，电视接收机，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述的方法。

综上，本申请提供的一种季节性冻土地区冻结指数获得方法、装置、介质及设备，该方法包括：根据若干第一地区的最低气温数据和冻结指数，构建最低气温数据与冻结指数的点阵图；其中，第一地区为已有冻结指数的地区；对点阵图上的数据点进行线性拟合，获得拟合曲线；根据目标地区的最低气温数据和拟合曲线，获得目标地区的冻结指数；其中，目标地区为除第一地区以外的地区。本申请通过已有相关数据的第一区域，获得其最低气温数据和冻结指数，通过构建两个变量数据的点阵图，然后对点阵图上的数据点进行线性拟合，以获得最低气温数据和冻结指数的线性表达，而后获得没有冻结指数数据的目标区域的最低气温数据，根据其在拟合曲线上的对应关系，即可快速得到目标区域对应的冻结指数，一方面，由于拟合曲线是通过已有的数据预测得到，能够有效确保预测的冻结指数的准确性，另一方面，将冻结指数的获得方式简化为通过一个变量获取，只要能够获得气温数据，就能对应得到冻结指数，不再受已有数据的地区限制，扩大了冻结指数的覆盖范围。

以上所述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。