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平均风向计算中对于风向角的判断
近期需要处理一系列监测时间内的平均风向,在网上搜索解决方案发现通过单位矢量法计算单位时间内平均风向算得的数据最为可靠且便于程序编写,但依照方法进行数据批量处理的过程中发现该方法求得的最终平均风向角无法直接应用,需要按照角位象限处理才可以使用,以下列出处理方法以并对偏差来源进行简单分析。
单位矢量法
单位矢量法计算存在问题
单位矢量法计算平均风向依赖于各个统计各个时刻的风向标度在坐标轴上的投影,计算累计投影的平均值再通过反正切的方式还原真实平均角度。 问题出在了反正切的使用上。
反正切的取值方位是-90°——90°但实际的风向角的取值范围是0°——360°这使得有一半的角度无法表示,而且通长采集到的风向角不会出现负值因需要对单位矢量法计算的平均值做进一步处理。
方位角还原
简单分析
当角度处于一象限时无需修正,计算值即使真值;角度处于第二、三象限时根据正切函数特性,可通过将计算值向右平移一个正切函数周期计算获得,即向正方向修正180°;角度处于第四象限时,正切函数的定义域在(-3π/2,2π)上,实际通过反正切求得值域(即为正切的定义域)为(-π/2,0)上,,根据正切函数周期、对称特性可知此时应在计算值上向正向修正+360°可还原数据。
适用范围
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