【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及风速预测，具体为一种基于cmac的风速预测方法及系统。
技术介绍
1、风速预测是气象学、可再生能源产业以及许多其他领域中的一个重要课题。由于风速受到多种因素的影响，包括气压系统、地形特征、气压、温度和地表粗糙度等，准确预测风速对于优化风电场的能源产出、航空交通安全、海洋运输以及城市空气质量管理等具有重要意义。风速预测通常分为短时预测和长期预测。短时风速预测一般指的是几分钟到几小时内的风速变化预测，这对于风电场的运营调度、电力系统的负荷调整以及保障航空安全尤为重要。长期风速预测则关注从几天到几周甚至更长时间的风速变化趋势，这对于风电场的长期规划、航运路线规划以及农业等领域的决策具有重要影响。在风速预测方面，cmac因其独特的优势而备受关注。传统的线性预测方法往往难以捕捉这些复杂的变化特征，而cmac则能够通过其神经模糊系统来逼近非线性函数，从而更好地适应风速数据的多变性。cmac首先针对原始风速数据进行预处理，包括去除噪声、填补缺失值以及可能的平滑处理，然后将处理后的数据输入到cmac网络中进行训练，cmac网络通过量化、地址映射、联想记忆和反向传播等过程，逐步调整权重以最小化预测误差，适用于在线学习和实时预测任务。
2、目前，传统基于cmac的风速预测方法多依赖单一测量方式采集原始数据，原始数据中存在的异常值和噪声，直接影响了cmac的学习预测能力，清洗原始数据需要耗费大量时间，由于气象的多变性，测量误差或环境因素都会限制cmac的泛化能力，预测准确性和实用性有待提高。
技术
1、（一）解决的技术问题
2、针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于cmac的风速预测方法及系统，具备灵活应对多变数据泛化能力强、多重预测准确度高等优点，解决了传统基于cmac的风速预测方法数据源单一，预测准确性和实用性有待提高的问题。
3、（二）技术方案
4、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于cmac的风速预测方法，包括以下步骤：
5、步骤一、将风速检测装置固定安装于目标区域内，风速检测装置顶面中心处固定安装有检测杆，并使其垂直于地平线，风速检测装置正上方固定安装有高清摄像头，数据采集模块通过高清摄像头以俯视角定时拍摄检测杆的顶面图像，并组成图像数据集；
6、步骤二、将超声波风速计固定安装于目标区域内，数据采集模块通过网络控制高清摄像头和超声波风速计同步进行工作，数据采集模块通过超声波风速计获取超声波的顺风传播速度和逆风传播速度，并组成传感数据集；
7、步骤三、风速预测模块设置有cmac，cmac以检测杆底端与风速检测装置顶面之间的连接点为原点，建立与风速检测装置顶面平行的二维坐标系，并结合图像数据集捕捉每张图像中检测杆顶端端点位于二维坐标系中的坐标位置，标记为；
8、步骤四、风速预测模块根据检测杆顶端端点坐标，计算生成物理预测值，根据物理测量数据预测未来风速值；
9、步骤五、风速预测模块根据传感数据集计算生成传感预测值，根据超声波测量数据预测未来风速值；
10、步骤六、cmac根据物理预测值和传感预测值，综合计算生成加权预测值，输出最终的风速预测值。
11、优选的，所述步骤一中，风速检测装置顶面和高清摄像头底面均平行于地平线，检测杆顶部设置为弹性材质，检测杆表面转动连接有风杯，且远离检测杆顶端端点。
12、优选的，所述步骤一中，图像数据集的表达式为，至依次对应每张以俯视角定时拍摄的检测杆顶面图像以及拍摄的时间点，表示高清摄像头拍摄检测杆顶面图像的时间点，数字编号1至表示以俯视角定时拍摄的检测杆顶面图像有张，且图像数据集中每张图像均按照时间点由早到晚正序排列。
13、优选的，所述步骤二中，传感数据集的表达式为，至依次对应超声波风速计每次传感获取到的顺风传播速度和逆风传播速度，表示超声波风速计传感获取到的顺风传播速度，表示超声波风速计传感获取到的逆风传播速度，数字编号1至表示超声波风速计传感获取到的顺风传播速度和逆风传播速度有组。
14、优选的，所述步骤三中，cmac将图像数据集中所有图像代入二维坐标系，将每张图像中风速检测装置顶面边缘进行校准重合为单一边缘，再捕捉每张图像中检测杆顶端端点位于二维坐标系中的坐标位置，标记为。
15、优选的，所述步骤四中，物理预测值计算公式如下：
16、
17、
18、公式中，表示物理预测值，表示图像数据集中第1张至第张图像的检测杆顶端端点坐标，表示至第张图像检测杆顶端端点坐标在水平方向上的位置数值，表示第张图像检测杆顶端端点坐标在垂直方向上的位置数值，表示通过欧氏距离计算公式得到第张图像检测杆顶端端点坐标（，）和检测杆底端端点坐标（0,0）之间的欧氏距离，即为物理测量数据，表示物理预测值计算公式中将坐标点欧氏距离换算为风速值的固定系数，表示根据图像数据集中物理测量数据预测未来风速值。
19、优选的，所述步骤四中，传感预测值计算公式如下：
20、cmac根据传感数据集，设置超声波风速计发射的超声波在无风条件下的传播速度为，风速为，则超声波顺风传播速度为，超声波逆风传播速度为；
21、cmac根据传感数据集，设置超声波风速计超声波发射端和超声波接收端之间的距离为，则超声波在顺风方向的传播时间为，超声波在逆风方向的传播时间为，风速预测模块计算得到顺风传播时间和逆风传播时间的时间差，标记为，其表达式为；
22、
23、公式中，表示传感预测值，表示超声波风速计超声波在顺风方向的传播时间，表示超声波风速计超声波在逆风方向的传播时间，表示根据超声波传播过程中的多普勒效应，计算得出传感预测值。
24、优选的，所述步骤五中，加权预测值计算公式如下：
25、
26、公式中，表示加权预测值，表示加权预测值计算公式中针对物理预测值的权重，表示权预测值计算公式中针对传感预测值的权重，表示cmac算法模型按照权重和权重，综合计算得到加权预测值，即为最终的风速预测值。
27、一种基于cmac的风速预测系统，包括高清摄像头和超声波风速计，高清摄像头用于拍摄图像，超声波风速计用于检测超声波的顺风传播速度和逆风传播速度，所述基于cmac的风速预测系统包括风速检测装置、数据采集模块和风速预测模块；
28、所述风速检测装置固定安装于目标区域内，所述风速检测装置顶面中心处固定安装有检测杆，并使其垂直于地平线，所述风速检测装置正上方固定安装有高清摄像头，所述风速检测装置顶面和高清摄像头底面均平行于地平线，所述检测杆顶部设置为弹性材质，所述检测杆表面转动连接有风杯，且远离检测杆顶端端点；
29、所述数据采集模块包括物理测量单元和传感测量单元，所述物理测量单元通过网络连接高清摄像头采集图像数据集，所述传感测量单元通过网络连接超声波风速计采集传感数据集，所述数据采集模块通过网络本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于CMAC的风速预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于CMAC的风速预测方法，其特征在于：所述步骤一中，风速检测装置顶面和高清摄像头底面均平行于地平线，检测杆顶部设置为弹性材质，检测杆表面转动连接有风杯，且远离检测杆顶端端点。
3.根据权利要求2所述的一种基于CMAC的风速预测方法，其特征在于：所述步骤一中，图像数据集的表达式为，至依次对应每张以俯视角定时拍摄的检测杆顶面图像以及拍摄的时间点，表示高清摄像头拍摄检测杆顶面图像的时间点，数字编号1至表示以俯视角定时拍摄的检测杆顶面图像有张，且图像数据集中每张图像均按照时间点由早到晚正序排列。
4.根据权利要求3所述的一种基于CMAC的风速预测方法，其特征在于：所述步骤二中，传感数据集的表达式为，至依次对应超声波风速计每次传感获取到的顺风传播速度和逆风传播速度，表示超声波风速计传感获取到的顺风传播速度，表示超声波风速计传感获取到的逆风传播速度，数字编号1至表示超声波风速计传感获取到的顺风传播速度和逆风传播速度有组。
5.根据权利要求4所述的一种基
6.根据权利要求5所述的一种基于CMAC的风速预测方法，其特征在于：所述步骤四中，物理预测值计算公式如下：
7.根据权利要求6所述的一种基于CMAC的风速预测方法，其特征在于：所述步骤四中，传感预测值计算公式如下：
8.根据权利要求7所述的一种基于CMAC的风速预测方法，其特征在于：所述步骤五中，加权预测值计算公式如下：
9.一种基于CMAC的风速预测系统，应用于权利要求1-8所述的基于CMAC的风速预测方法，包括高清摄像头和超声波风速计，高清摄像头用于拍摄图像，超声波风速计用于检测超声波的顺风传播速度和逆风传播速度，其特征在于：所述基于CMAC的风速预测系统包括风速检测装置、数据采集模块和风速预测模块；
10.根据权利要求9所述的一种基于CMAC的风速预测系统，其特征在于：所述数据采集模块设置有固定时长，并通过网络控制高清摄像头和超声波风速计以固定时长为周期同步进行工作。
...【技术特征摘要】
1.一种基于cmac的风速预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于cmac的风速预测方法，其特征在于：所述步骤一中，风速检测装置顶面和高清摄像头底面均平行于地平线，检测杆顶部设置为弹性材质，检测杆表面转动连接有风杯，且远离检测杆顶端端点。
3.根据权利要求2所述的一种基于cmac的风速预测方法，其特征在于：所述步骤一中，图像数据集的表达式为，至依次对应每张以俯视角定时拍摄的检测杆顶面图像以及拍摄的时间点，表示高清摄像头拍摄检测杆顶面图像的时间点，数字编号1至表示以俯视角定时拍摄的检测杆顶面图像有张，且图像数据集中每张图像均按照时间点由早到晚正序排列。
4.根据权利要求3所述的一种基于cmac的风速预测方法，其特征在于：所述步骤二中，传感数据集的表达式为，至依次对应超声波风速计每次传感获取到的顺风传播速度和逆风传播速度，表示超声波风速计传感获取到的顺风传播速度，表示超声波风速计传感获取到的逆风传播速度，数字编号1至表示超声波风速计传感获取到的顺风传播速度和逆风传播速度有组。
5.根据权利要求4所述的一种基于cmac的风速预测方法，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：叶剑辉，吴俊靖，吴鸣秋，陈宇，
申请(专利权)人：中国电建集团福建工程有限公司，
类型：发明
国别省市：
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