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专利号: 2018108263573
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于雷达回波图像扇区分量分析的风暴趋势预测方法,包括以下步骤:步骤1:设时间T为进行风暴趋势预测的起报时刻,需要预测在未来T+ε时刻的风暴信息;读取某部雷达T时刻及之前最接近T时刻的N次雷达探测资料,设T时刻的雷达探测资料为RD(T),则任一时刻的雷达资料可表示为RD(T‑t+1),t∈[1,N];N表示所读取的雷达资料的数量,N取值为3~10的整数;

步骤2:对T时刻的雷达探测资料RD(T),定义一个数据集 存储这些基本反射率数据,其中,表示仰角,λ表示距离库长,λ∈[1,MaxDis],MaxDis表示雷达探测的最大有效距离,ω表示方位角,ω∈[0,360);

步骤3:定义一个阈值α,α∈[1,10]的整数,用于将值域[1,MaxDis]按α为单位划分为若干份;定义一个阈值β,β∈[2,20]的整数,用于将值域面上,按α划分的距离库长和β划分的方位角划分成若干个扇区面;

定义 表示T时刻的雷达探测资料RD(T)在 仰角面上的某一个扇区,该扇区中心位置的距离库长和方位角分别为λ和ω;定义一个阈值δ,δ∈[2,20]的整数,将雷达可探测到的基本反射率划分为若干个值域区间,即Thd={[0,δ),[δ,2δ),[2δ,3δ),…,[(m‑2)δ,MaxdBZ)},其中,MaxdBZ表示多普勒天气雷达可能探测到的基本反射率值最大值,m的取值可由MaxdBZ和δ来确定;

步骤4:定义一个包含若干组键值对的数据集 其中,key为用于区分和标识值域区间Thd,value用于计数,初始值均为0;每个key对应一个value,每一组key和value构成一个键值对;对雷达探测资料RD(T)的任一个仰角面,根据步骤3扇区的划分,依次对每一个扇区做如下操作:第一,对于雷达探测资料RD(T)中任一扇区 查找落入该扇区的所有探测点;对这些探测点逐一分析其基本反射率在值域区间Thd中的位置,即找到相应的key;再在相应key的键值对中,将value自增1;

第二,将计数value转换为其占所在扇区的value累加和的比例,计算方法为:其中, 表示数据集 中,键为key时的值,即

key所对应的value; 表示数据集 中,所有key对应的value值的累加和;由此,计算出雷达探测资料RD(T)的各个仰角面每一个扇区中所有探测点的基本反射率在值域区间Thd中的分布情况;

步骤5:对于雷达探测资料RD(T)中任一扇区 依次做如下操作:第一,读取T时刻前一时刻的雷达探测资料RD(T‑1),生成数据集 对雷达探测资料RD(T‑1)划定一个与 同一仰角面且位置和大小完全相同的扇区,即与步骤3中所述相同,此处的λ和ω分别表示该扇区中心位置的距离库长和方位角;

第二,保持扇区的形状和大小不变,将扇区 的中心位置由(λ,ω)平移到(λ‑L,ω‑M);此时,扇区变为 其中,L表示距离库长的偏移量,L∈[2,

20]的整数,M表示方位角的偏移量;按照步骤4的方法,计算该扇区的和

第三,依次计算扇区

第四,定义 表示扇区 的DSP值,其

中,x∈[‑L,L],μ∈[‑M,M];计算 与的近似指数,计算公式如下:

其中,x∈[‑L,L]且以1递增,μ∈[‑M,M]且以1°递增;k∈[0,m‑1],m为值域区间Thd被划分的区间数量; 表示key=k时,键值对 对应的pert值,同理, 表示key=k时,键值对 对应

的pert值;

由此,计算出雷达资料RD(T‑1)中,扇区中心点从 至 范围内,每个扇区 与RD(T)中 扇区的基本反射率分布近似指数;从这些指数中找出数值最大的一个 ,记录下此扇区的位置,即中的x和μ;

进一步地,得到雷达资料RD(T)在扇区 处的偏移量为步骤6:上述步骤得到RD(T)相对于前一时刻RD(T‑1)雷达探测资料各仰角面上各个扇区的偏移量,记为 采用同样方法,分别计算N次雷达探测资料中,各个时刻相对于前一时刻雷达探测资料各仰角面上各扇区的偏移量;

步骤7:设定N次雷达探测资料划分后的任一扇区为 定义Sec[1]、Sec[2]、…、Sec[8]为与 为紧相邻的8个扇区;再定义 为扇区 中任一探测点,探测点 与Sec[g]中心位置的距离为其中,g∈[1,2,…,8];其中,表示仰角,λ表示距离库长,ω表示方位角;求得

步骤8:定义如下函数,用于预测风暴移动发展的趋势:其中, 表示雷达探测资料RD(T)中任一探测点 在未来T+ε时刻的位移矢量;假设T与T‑1时刻的时间步长为1,则是该时间步长的自然数倍或正小数倍ε表示未来某一时间与时间T的增量,是该时间步长的自然数倍或正小数倍;h(t)是一个权重函数,该函数的构造始终满足单调递减的原则,且表示与雷达资料RD(T‑t+1)中 仰角λ距离库长ω方位角的风暴所在的扇区紧相邻的某一扇区, 则表示扇区的风暴在T‑t+1与T‑t时刻的单位偏移量;指数p为正数,经验取值范围是[1.0,3.0];

由此完成雷达探测资料RD(T‑t+1)中任一探测点 在未来T+ε时刻的位移矢量 进一步完成该雷达N组雷达探测资料中所有探测点的移动发展趋势,即完成雷达探测基本反射率所表征的风暴体在T时刻移动趋势预测。

2.根据权利要求1所述风暴趋势预测方法,其中步骤3中,按α划分的距离库长和β划分的方位角划分扇区面时,数据集 中每一个探测点都落在且仅落在一个扇区中,对于落在交织线上的探测点,可规定其归属于λ较小或ω较小的一个扇区。

3.根据权利要求1所述风暴趋势预测方法,其中步骤3中,阈值α将值域[1,MaxDis]划分为若干份,各份为等份。

4.根据权利要求1所述风暴趋势预测方法,其中步骤3中阈值β将值域[0,360]划分为若干扇区,各份为等份。

5.根据权利要求1所述风暴趋势预测方法,还包括步骤9,在步骤8的基础上,利用空间插值算法可计算出风暴在经度、纬度和高度三个维度的移动矢量,由此可做出风暴综合移动发展趋势的预测。