發布日期:2022-04-26 點擊率:89
關鍵詞: 拉格朗日插值公式 水位與流量 庫容換算
摘要:平升公司目前采用的是水文觀測數據最主流的算法: 一元三點拉格朗日插值公式,將實測數據以外的節點用已知點進行插值。插值計算時,是選取最靠近插值點的3個節點代入公式,因此對于一條曲線就有多個插值公式,采用分段插值的方法,將該曲線使用范圍內的每一組對應值插算出來。
《榆林市水位視頻監控綜合管理軟件》目前已通過榆林市水務局的初步驗收。平升公司根據榆林市水務局的項目建設要求,完成了水位、流量、庫容數據的采集運算與視頻圖像的整合。
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本案例中主要對一元三點拉格朗日插值公式在水位與流量、庫容換算中的應用做一下介紹,分享一下平升公司應用此公式的一些心得。
一般水文工作者習慣通過現場測量一組水位對應的流量數據,以此來推導出近似的水位和流量的曲線(函數),這樣在曲線上的任何一個水位值(X)都會有一個對應的流量值(Y),這就是我們經常說的水位流量關系曲線。但是這個曲線多是非線性、不規則的,用這樣的曲線計算出來的數據誤差會非常大。
而平升公司目前采用的是水文觀測數據最主流的算法: 一元三點拉格朗日插值公式,將實測數據以外的節點用已知點進行插值。插值計算時,是選取最靠近插值點的3個節點代入公式,因此對于一條曲線就有多個插值公式,采用分段插值的方法,將該曲線使用范圍內的每一組對應值插算出來。
選取節點應按從小到大順序選取,曲線的兩個端點必須選入,其間可隨曲線曲率變化而定,端點附近與曲率變化較大處選密一些,反之可選稀一些,選取節點數量應滿足計算精度的要求且等差為佳,節點不得少于3個。
數學公式推演
任給定F中2n+2個數x1,x2,…,xn+1,y1,y2,…,yn+1,其中x1,x2,…xn+1互不相同,則存在唯一的次數不超過n的多項式pn(x),滿足pn(xi)=y1(i=1,2,…,n+1),這里:
叫做拉格朗日插值公式。
公式的幾何解釋是:存在唯一的次數不超過n的拋物線
通過平面上的給出的n+1個點M1(x1,y1),M2(x2,y2),…,Mn+1(xn+1,yn+1)。
如對于自變數的兩個值,給出了線性函數的(n=1)對應值,這線性函數就被確定。從幾何方面說,直線由其兩點確定,即:
總結
平升公司為了方便客戶添加水位與流量或者庫容的數組數據,把水位數據做成一個集合,流量(庫容)數據做成一個集合,數據之間通過“&”區分,在保證數據測算準確的前提下,給客戶提供更簡單方便的輸入方式,目前軟件系統已經正式應用于榆林市防汛抗旱項目中,受到領導和工作人員的一致好評。
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