使用单位矢量平均法计算平均风向

浅冰Column

搭建志愿站的过程中，查询国标得知计算平均风向需要采用单位矢量平均法。
网上关于该问题的帖子稀少，特用 LaTeX 整理公式和几种主要语言的实例代码，供各位使用。

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公式

需要 LaTex 公式的朋友可以查看我的博客（https://blog.birdbird.fun/archives/63），因为论坛没有 LaTex，此处公式提供图片。

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代码

1. Python

1. import math
   
2. 
   
3. # 单位矢量平均法计算平均风向
   
4. def calculate_average_wind_direction(wind_directions):
   
5.     # 转为弧度制
   
6.     wind_directions_rad = [math.radians(d) for d in wind_directions]
   
7. 
   
8.     # 计算平均值
   
9.     X_avg = sum(math.sin(d) for d in wind_directions_rad) / len(wind_directions)
   
10.     Y_avg = sum(math.cos(d) for d in wind_directions_rad) / len(wind_directions)
    
11. 
    
12.     # 计算风向平均值的弧度
    
13.     average_wind_direction_rad = math.atan2(X_avg, Y_avg)
    
14. 
    
15.     # 转回角度制
    
16.     average_wind_direction_deg = math.degrees(average_wind_direction_rad)
    
17. 
    
18.     # 出界修正
    
19.     if average_wind_direction_deg < 0:
    
20.         average_wind_direction_deg += 360
    
21. 
    
22.     return average_wind_direction_deg

复制代码

2. C++

1. #include <vector>
   
2. #include <cmath>
   
3. #include <numeric>
   
4. 
   
5. double calculate_average_wind_direction(const std::vector<double>& wind_directions) {
   
6.     // 转为弧度制
   
7.     std::vector<double> wind_directions_rad;
   
8.     wind_directions_rad.reserve(wind_directions.size());
   
9.     for (double d : wind_directions) {
   
10.         wind_directions_rad.push_back(d * M_PI / 180.0);
    
11.     }
    
12. 
    
13.     // 计算平均值
    
14.     double X_avg = std::accumulate(wind_directions_rad.begin(), wind_directions_rad.end(), 0.0,
    
15.         [](double sum, double d) { return sum + std::sin(d); }) / wind_directions.size();
    
16. 
    
17.     double Y_avg = std::accumulate(wind_directions_rad.begin(), wind_directions_rad.end(), 0.0,
    
18.         [](double sum, double d) { return sum + std::cos(d); }) / wind_directions.size();
    
19. 
    
20.     // 计算风向平均值的弧度
    
21.     double average_wind_direction_rad = std::atan2(X_avg, Y_avg);
    
22. 
    
23.     // 转回角度制
    
24.     double average_wind_direction_deg = average_wind_direction_rad * 180.0 / M_PI;
    
25. 
    
26.     // 出界修正
    
27.     if (average_wind_direction_deg < 0) {
    
28.         average_wind_direction_deg += 360.0;
    
29.     }
    
30. 
    
31.     return average_wind_direction_deg;
    
32. }

复制代码

3. C#

1. using System;
   
2. using System.Collections.Generic;
   
3. using System.Linq;
   
4. 
   
5. public class WindDirectionCalculator
   
6. {
   
7.     public static double CalculateAverageWindDirection(List<double> windDirections)
   
8.     {
   
9.         // 转为弧度制
   
10.         var windDirectionsRad = windDirections.Select(d => d * Math.PI / 180.0).ToList();
    
11. 
    
12.         // 计算平均值
    
13.         double X_avg = windDirectionsRad.Select(d => Math.Sin(d)).Average();
    
14.         double Y_avg = windDirectionsRad.Select(d => Math.Cos(d)).Average();
    
15. 
    
16.         // 计算风向平均值的弧度
    
17.         double averageWindDirectionRad = Math.Atan2(X_avg, Y_avg);
    
18. 
    
19.         // 转回角度制
    
20.         double averageWindDirectionDeg = averageWindDirectionRad * 180.0 / Math.PI;
    
21. 
    
22.         // 出界修正
    
23.         if (averageWindDirectionDeg < 0)
    
24.         {
    
25.             averageWindDirectionDeg += 360.0;
    
26.         }
    
27. 
    
28.         return averageWindDirectionDeg;
    
29.     }
    
30. }

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4. Java

1. using System;
   
2. using System.Collections.Generic;
   
3. using System.Linq;
   
4. 
   
5. public class WindDirectionCalculator
   
6. {
   
7.     public static double CalculateAverageWindDirection(List<double> windDirections)
   
8.     {
   
9.         // 转为弧度制
   
10.         var windDirectionsRad = windDirections.Select(d => d * Math.PI / 180.0).ToList();
    
11. 
    
12.         // 计算平均值
    
13.         double X_avg = windDirectionsRad.Select(d => Math.Sin(d)).Average();
    
14.         double Y_avg = windDirectionsRad.Select(d => Math.Cos(d)).Average();
    
15. 
    
16.         // 计算风向平均值的弧度
    
17.         double averageWindDirectionRad = Math.Atan2(X_avg, Y_avg);
    
18. 
    
19.         // 转回角度制
    
20.         double averageWindDirectionDeg = averageWindDirectionRad * 180.0 / Math.PI;
    
21. 
    
22.         // 出界修正
    
23.         if (averageWindDirectionDeg < 0)
    
24.         {
    
25.             averageWindDirectionDeg += 360.0;
    
26.         }
    
27. 
    
28.         return averageWindDirectionDeg;
    
29.     }
    
30. }

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