2019年辽宁及内蒙古冻土自动观测及其分钟数据的时间一致性检测

doi:10.3969/j.issn.1673-503X.2022.02.012

摘要/Abstract

摘要：

在辽宁省喀左站、辽阳站和内蒙古满洲里站统一安装5种型号冻土自动观测仪进行外场试验，采集2019年3—6月逐分钟冻土数据，采用纵横极值集合法，对采样数据进行时间一致性质量控制，与3站的人工定时数据进行对比分析。根据同期人工观测数据，判断冻土自动观测异常可疑数据和异常数据阈值，分别为5 cm和11 cm，据此开展验证。结果表明: 冻土自动观测仪分钟数据完整率为99.59%;冻土自动观测仪平均冻土层数与人工观测基本一致，符合冻土业务数据分布特性; 5种类型冻土自动观测仪均能较好地反映不同气候区域的冻土的分钟数据变化，冻土自动观测分钟数据质量控制阈值合理可靠。

关键词: 冻土自动观测, 数据质量控制, 时间一致性检查, 纵横极值集合法

Abstract:

Five types of frozen soil automatic observational instruments were installed for field experiment at Kazuo station, Liaoyang station in Liaoning province and Manzhouli station in Inner Mongolia Autonomous region.The minute frozen soil data were collected from March to June 2019.These dataset were processed with the control of the time consistency and quality adopting the vertical and horizontal extreme value set method and compared with the manual timing data of the three stations.According to the manual observation data in the same period, the thresholds of abnormal suspicious data and abnormal data of automatic observation of frozen soil were recognized as 5 cm and 11 cm respectively, and the verification was carried out accordingly.The results show that the integrity rate of minute data of frozen soil automatic observation instrument is 99.59%.The average number of frozen soil layers observed with the automatic instrument is consistent with the manual observation, which is in line with the distribution characteristics of frozen soil data applied in business.The five types of frozen soil automatic observation instruments can better reflect the minute changes of frozen soil data in different climatic regions, and the quality control threshold of minute data from frozen soil automatic observation is reasonable and reliable.

Key words: Frozen soil automatic observation, Data quality control, Time consistency check, Vertical and horizontal extreme value set method

中图分类号:

P642.14

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图/表 8

图1

表1

图2

表2

表3

图3

表4

表5

参考文献 28

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试验组	试验数据时间(UTC)	站点	设备编号	测量原理	型号	实测冻土数/个	观测冻土数/个	冻土变化数/次	平均层次/层
A组	3月3日至6月17日 (154080 min) (2月25日安装)	喀左站	R1	人工	TB1-1	321	44	102	1.16
			A1	电阻	ZY4100	154080	16150	36300	1.12
			A2		DTD1	153816	17599	38356	1.09
			A3		HY-DT1	152119	29628	98524	1.66
			A4		XLX1	152178	18493	83488	2.26
			A5	测温	DOD1	152789	21060	89560	2.13
B组	3月3日至6月19日 (156960 min) (2月27日安装)	辽阳站	R2	人工	TB1-1	327	63	150	1.19
			B1	电阻	ZY4100	156960	35009	76080	1.09
			B2		DTD1	156960	32750	70920	1.08
			B3		HY-DT1	155266	32793	117840	1.80
			B4		XLX1	155074	27909	100608	1.80
			B5	测温	DOD1	156956	38006	100012	1.32
C组	3月18日至6月20日 (136800 min) (3月14日安装)	满洲里站1号	R3	人工	TB1-1	285	210	478	1.14
			C1	电阻	ZY4100	136797	98838	223532	1.13
			C2		DTD1	134701	98865	233076	1.18
			C3		HY-DT1	136560	98040	223284	1.14
			C4		XLX1	136800	98280	225720	1.15
			C5	测温	DOD1	136798	94730	220036	1.16
D组	3月18日至6月20日 (136800 min) (3月14日安装)	满洲里站2号	R4	人工	TB1-1	285	188	438	1.16
			D1	电阻	ZY4100	136789	96629	257620	1.33
			D2		DTD1	136424	97590	250766	1.28
			D3		HY-DT1	136800	94129	219338	1.17
			D4		XLX1	136500	93401	224962	1.20
			D5	测温	DOD1	136798	84679	204480	1.21

变化范围/cm	仪器观测次数/次	比例/(%)	人工观测次数/次	比例/(%)
0	3058519	98.8372	684	58.56
1	27471	0.8877	196	16.78
2	3732	0.1206	80	6.85
3	3765	0.1217	37	3.17
4	769	0.0248	41	3.51
5	88	0.0028	25	2.14
6	37	0.0012	22	1.88
7	15	0.0005	17	1.46
8	6	0.0002	19	1.63
9	5	0.0002	16	1.37
10	6	0.0002	15	1.28
11	3	0.0001	5	0.43
>11	86	0.0028	11	0.94
总次数	3094502	-	1168	-

设备编号	各变化幅度出现总次数/异常值次数
设备编号	0 cm	1 cm	2 cm	3 cm	4 cm	5 cm	6 cm	7 cm	8 cm	9 cm	10 cm	11 cm	>11 cm
A1	36145/0	148/0	2/0	-	4/0	1/0	-	-	-	-	-	-	-
A2	38060/0	251/0	7/0	36/0	-	2/0	-	-	-	-	-	-	-
A3	97530/0	927/0	63/0	4/0	-	-	-	-	-	-	-	-	-
A4	82170/0	1312/0	6/0	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
A5	82351/0	4369/0	1351/0	1033/0	414/0	23/19	13/9	5/5	-	-	-	-	1/1
B1	75779/0	206/0	50/0	40/0	1/0	4/1	-	-	-	-	-	-	-
B2	70460/0	414/0	19/0	27/0	-	-	-	-	-	-	-	-	-
B3	116547/0	1243/0	35/0	12/0	1/0	-	-	-	-	-	-	-	2/2
B4	99573/0	997/0	20/0	18/0	-	-	-	-	-	-	-	-	-
B5	94268/0	2237/0	1401/0	1864/0	241/0	1/0	-	-	-	-	-	-	-
C1	221929/0	1305/0	153/0	77/0	29/0	2/0	3/2	1/0	-	2/2	5/4	1/1	25/25
C2	231168/0	1597/0	156/0	97/0	4/0	9/2	2/2	1/0	-	2/1	-	-	40/40
C3	221785/0	1381/0	72/0	34/0	29/0	2/0	-	-	-	-	1/0	-	-
C4	224007/0	1528/0	87/0	70/0	12/0	11/0	4/0	-	1/0	-	-	-	-
C5	218240/0	1686/0	15/0	72/0	17/0	6/5	-	-	-	-	-	-	-
D1	255552/0	1909/0	83/0	42/0	12/0	8/0	7/0	4/4	2/2	-		-	1/1	-
D2	248854/0	1805/0	72/0	23/0	5/0	2/0	1/0	-	1/0	-	-	-	3/3
D3	218028/0	1135/0	76/0	57/0	13/0	9/1	5/1	-	1/0	-	-	-	14/14
D4	223594/0	1293/0	39/0	21/0	5/0	5/0	2/0	-	1/0	-	-	1/1	1/1
D5	202479/0	1728/0	25/0	238/0	2/0	3/3	-	4/4	-	1/0	-	-	-
合计	3058519/0	27471/0	3732/0	3765/0	769/0	88/31	37/14	15/13	6/2	5/3	6/4	3/3	86/86
异常值占比/(%)	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0	35.2	37.8	86.7	33.3	60.0	66.7	100.0	100.0

示例	变化量属性	观测仪观测时间	观测仪观测冻土上下限值/cm	人工观测时间	人工观测冻土上下限值/cm
示例1	正确变化量 (D3设备)	201903232258	6—150	201903232000	7—150
		201903232259	6—150	201903232000	7—150
		201903232300	0—150	201903240800	0—150
		201903232301	0—150	201903240800	0—150
示例2	野值变化量 (C2设备)	201905010249	74—150	201904302000	79—150
		201905010250	83—150
		201905010251	75—150	201905010800	79—150
示例3	冻土深度野值 (C1设备)	201904010450	0—150	201903312000	12—150
		201904010451	61—150
		201904010452	0—150	201904010800	0—150
示例4	锯齿变化量 (A5设备)	201903111131	68—72、63—64	201903110800	54—71、0—4
		201903111132	68—70、56—64	201903110800	54—71、0—4
		201903111135	68—70、63—64	201903111400	55—71
		201903111136	68—72、56—64	201903111400	55—71
示例5	随机变化量 (B3设备)	201903081810	26—73	201903081400	22—61、0—6
示例5	随机变化量 (B3设备)	201903081811	9—9、7—7、4—4、0—1	201903082000	22—61

试验组	验证数据时间(UTC)	站点	变化次数	质控阈值出现次数/异常值次数
试验组	验证数据时间(UTC)	站点	变化次数	0—4 cm	5—10 cm	>10 cm
A组	2月28日至3月2日	喀左站	58058	58050/0	8/2	0/0
B组	3月2日	辽阳站	18142	18135/0	2/2	5/5
C、D组	3月17日	满洲里站	26578	26557/0	11/4	10/10
合计	5 d	-	102778	102742/0	21/8	15/15
异常值占比/(%)	-	-	-	0.0	38.1	100