一种基于雷达数据信息的雷电预警方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于雷达数据信息的雷电预警方法及系统包括，通过基于雷达数据信息的雷电预警系统收集雷电预警所需的雷达数据信息；对所述雷达数据信息进行坐标变换，将坐标变换过的雷达数据信息作为样本数据；采用随机森林算法对所述样本数据进行模型训练，得到判断雷暴单体的阈值组合，同时利用TITAN算法对所述雷暴单体进行识别和追踪；将所述识别和追踪后雷暴单体指数外推，实现雷电预警；本发明专利技术通过提取正、负样本数据，并以随机森林算法构建训练模型，从而实现雷暴单体的精准判别；同时基于本发明专利技术的雷电预警方法，形成雷电预警系统，使得对服务对象发布的雷暴发生区域及强度进行快速预警及可视化展示。度进行快速预警及可视化展示。度进行快速预警及可视化展示。

【技术实现步骤摘要】
一种基于雷达数据信息的雷电预警方法及系统


[0001]本专利技术涉及雷电预警领域，尤其涉及一种基于雷达数据信息的雷电预警方法及系统。

技术介绍

[0002]雷电是大气中强烈的放电现象，常常伴随着台风、冰雹等强对流天气现象，对此类相关性灾害天气有重要指示作用，也对区域及全球气候特征有重要影响。此外，雷电具有瞬时高电压、大电流、强电磁辐射等特征，是一种典型的自然强电磁危害源，严重威胁着人类的生命财产安全。随着社会经济水平的不断提高，计算机信息技术的迅速发展，雷电灾害造成的损失以及社会影响大有上升趋势。因此，积极开展雷电监测预警工作，好充分防范措施，具有十分重大的意义。
[0003]雷达技术被引进到雷暴预警工作中来，雷达由于其本身的优势，在雷电预替工作中，有着不可取代的作用，一直处于核心位置。雷达不仅可以远距离的测量相关参数，并且测量的参数较为准确，可以准确的分析出雷暴过程中相关物理量的变化，为雷电预警工作的后期分析研究中提供宝贵的一手资料，让雷电预警分析更具科学性。而且，雷达可更直观的显示出相关雷暴的变化过程，可以实时监测雷暴的演变，包括移动方向，发展的剧烈程度等。可供气象工作者及时提出预警工作，做好相关的防护措施，将雷暴造成的损失降到最低。
[0004]目前雷达探测存在探测范围受限，且雷达探测范围边缘对云团的衰减较大，导致远距离的云团探测质量很差，存在仅仅依靠雷达探测数据对预警结果影响较大的问题，同时受高原山区影响，雷达回波平面上存在断断续续的盲区，存在雷暴区域的识别和追踪效果存在影响等问题。

技术实现思路

[0005]本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。
[0006]鉴于上述现有存在的问题，提出了本专利技术。因此，本专利技术提供了一种基于雷达数据信息的雷电预警方法及系统，用第一方面，来解决实际问题中，对雷暴进行精准识别和追踪的时候获取数据不够准确的问题。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供了一种基于雷达数据信息的雷电预警方法，包括：
[0009]通过基于雷达数据信息的雷电预警系统收集雷电预警所需的雷达数据信息；
[0010]对所述雷达数据信息进行坐标变换，将坐标变换过的雷达数据信息作为样本数据；
[0011]提取所述样本数据中的正、负样本数据，采用随机森林算法对所述正、负样本数据
进行模型训练，得到判断雷暴单体的阈值组合，同时利用TITAN算法对所述雷暴单体进行识别和追踪；
[0012]将所述识别和追踪后雷暴单体指数外推，实现雷电预警。
[0013]作为本专利技术所述的基于雷达数据信息的雷电预警方法的一种优选方案，其中：所述通过基于雷达数据信息的雷电预警系统收集雷电预警所需的雷达数据信息，包括：
[0014]从雷达数据信息的雷电预警系统的数据存储功能模块的各个子模块中，调取雷电预警所需的雷达数据信息。
[0015]作为本专利技术所述的基于雷达数据信息的雷电预警方法的一种优选方案，其中：对所述雷达数据信息进行坐标变换，包括：
[0016]将以极坐标形式的雷达基数据解析为笛卡尔坐标下的格点数据，进行三维格点化拼图；并把球坐标系下的空间分辨率不均匀的雷达资料，内插到统一的笛卡尔坐标系下；
[0017]其中，在插值方法上使用了径向和方位上的最近邻居和垂直线性内插法。
[0018]作为本专利技术所述的基于雷达数据信息的雷电预警方法的一种优选方案，其中：提取所述样本数据中的正、负样本数据，采用随机森林算法对所述正、负样本数据进行模型训练，得到判断雷暴单体的阈值组合，包括：
[0019]通过接入雷达基数据并对数据进行解析，将所述雷达基数据解析为格点数据，并选取其中的正、负样本数据进行处理作为数据源，构建数据样本值；
[0020]正、负样本数据进行处理作为数据源，构建数据样本值，包括：
[0021]提取组合反射率、垂直液态积水量和回波顶高数据的正、负样本数据，并采用最小二乘插值法替换存在异常值、缺失值的正、负样本数据；
[0022]将所述构建的样本值汇集成样本集，构建基于随机森林算法下的训练模型，对所述样本集进行训练，得到判断雷暴单体的阈值组合；
[0023]其中，正样本数据为闪电发生时两个网格内数据的众数和平均值，负样本数据为离闪电发生前后三小时之后两个网格内数据的众数和平均值。
[0024]作为本专利技术所述的基于雷达数据信息的雷电预警方法的一种优选方案，其中：同时利用TITAN算法对所述雷暴单体进行识别和追踪，包括：
[0025]开展雷暴合并与分裂的识别，包括：
[0026]雷暴合并识别，若t1时刻的2个以上风暴质心的预报位置在t2时刻识别的某个风暴范围内，判断为风暴合并；
[0027]雷暴分裂识别，对于在t1时刻所有的风暴，预报它们在t2时刻的椭圆投影的位置、方向和尺寸大小，若t2时刻识别风暴产生新路径，判断为雷暴分裂；
[0028]采用TITAN算法对满足阈值的格点进行筛选、追踪以及合并，识别出雷暴云体，包括：
[0029]将风暴云定义为反射率超过一定阈值的区域，根据不同的风暴类型来确定反射率阈值；同时将所述组合反射率、垂直液态积水量和回波顶高数据产生的权重系数进行二维格点处理，对X方向进行识别，再识别Y方向，扩展到三维识别Z轴方向，实现雷暴单体识别；
[0030]其中，阈值的设定需要通过人工方式，且设定为单阈值或者双阈值；
[0031]利用质心最优匹配法，匹配相邻体扫内的雷暴，生成雷暴历史追踪曲线，实现雷暴单体追踪。
[0032]作为本专利技术所述的基于雷达数据信息的雷电预警方法的一种优选方案，其中：利用质心最优匹配法，匹配相邻体扫内的雷暴，生成雷暴历史追踪曲线，包括：
[0033]一次体扫时间内，强对流天气下风暴云团的移动距离；
[0034]通过雷暴特征相似性判断，认为具有相似形状、大小的风暴被优先判别为由同一个风暴云团演变生成的；
[0035]设置雷暴移动速度上限，给定风暴在一次体扫时间内可能移动的最远距离，距离之外判断为是两个不同的风暴。
[0036]作为本专利技术所述的基于雷达数据信息的雷电预警方法的一种优选方案，其中：将所述识别和追踪后雷暴单体指数外推，实现雷电预警，包括：
[0037]在随着风暴的增长和衰减时遵循线性趋势，会有随机偏差；所以将生成的雷暴历史追踪曲线进行加权线性拟合外推，得到风暴质心、体积和投影形状参数雷电信息的精准预警。
[0038]第二方面，本专利技术提供了一种基于雷达数据信息的雷电预警系统，其包括：
[0039]雷达资料采集模块，用于采集雷电预警所需的雷达数据信息；
[0040]雷达资料拼图处理模块，用于将本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于雷达数据信息的雷电预警方法，其特征在于，包括：通过基于雷达数据信息的雷电预警系统收集雷电预警所需的雷达数据信息；对所述雷达数据信息进行坐标变换，将坐标变换过的雷达数据信息作为样本数据；提取所述样本数据中的正、负样本数据，采用随机森林算法对所述正、负样本数据进行模型训练，得到判断雷暴单体的阈值组合，同时利用TITAN算法对所述雷暴单体进行识别和追踪；将识别和追踪后雷暴单体指数外推，实现雷电预警。2.如权利要求1所述的基于雷达数据信息的雷电预警方法，其特征在于，所述通过基于雷达数据信息的雷电预警系统收集雷电预警所需的雷达数据信息，包括：从雷达数据信息的雷电预警系统的数据存储功能模块的各个子模块中，调取雷电预警所需的雷达数据信息。3.如权利要求2所述的基于雷达数据信息的雷电预警方法，其特征在于，对所述雷达数据信息进行坐标变换，包括：将以极坐标形式的雷达基数据解析为笛卡尔坐标下的格点数据，进行三维格点化拼图；并把球坐标系下的空间分辨率不均匀的雷达资料，内插到统一的笛卡尔坐标系下；其中，在插值方法上使用了径向和方位上的最近邻居和垂直线性内插法。4.如权利要求3所述的基于雷达数据信息的雷电预警方法，其特征在于，提取所述样本数据中的正、负样本数据，采用随机森林算法对所述正、负样本数据进行模型训练，得到判断雷暴单体的阈值组合，包括：通过接入雷达基数据并对数据进行解析，将雷达基数据解析为格点数据，并选取其中的正、负样本数据进行处理作为数据源，构建数据样本值；正、负样本数据进行处理作为数据源，构建数据样本值，包括：提取组合反射率、垂直液态积水量和回波顶高数据的正、负样本数据，并采用最小二乘插值法替换存在异常值、缺失值的正、负样本数据；将所述构建的样本值汇集成样本集，构建基于随机森林算法下的训练模型，对所述样本集进行训练，得到判断雷暴单体的阈值组合；其中，正样本数据为闪电发生时两个网格内数据的众数和平均值，负样本数据为离闪电发生前后三小时之后两个网格内数据的众数和平均值。5.如权利要求4所述的基于雷达数据信息的雷电预警方法，其特征在于，同时利用TITAN算法对所述雷暴单体进行识别和追踪，包括：开展雷暴合并与分裂的识别，包括：雷暴合并识别，若t1时刻的2个以上风暴质心的预报位置在t2时刻识别的某个风暴范围内，判断为风暴合并；雷暴分裂识别，对于在t1时刻所有的风...

【专利技术属性】
技术研发人员：范强，黄欢，陈园园，毛先胤，吴建蓉，张啟黎，吕乾勇，张义钊，邹雕，牛唯，曾华荣，彭赤，马晓红，杨旗，陈沛龙，张英，张大贵，刘君，徐舒蓉，李欣，陆禹初，张露松，杨柳青，张历，吴耀，代吉玉蕾，罗鑫，颜康，刘卓娅，文屹，吕黔苏，李鑫卓，张俊杰，黄军凯，赵超，肖书舟，陈佳胜，李长兴，丁江桥，曾蓉，陈晨，袁娴枚，赵圆圆，张洋，王冕，张迅，梁源晨，万金金，涂心译，郭莉萨，陈亚飞，赵雪娇，曹雷，郑小强，谢扬华，李志杰，黄健，古庭赟，李博文，祝健杨，冯起辉，唐赛秋，张后谊，毛钧毅，
申请(专利权)人：贵州电网有限责任公司，
类型：发明
国别省市：