基于雷电定位系统的雷暴云移动路径的预测方法及系统技术方案

本发明专利技术提出一种基于雷电定位系统的雷暴云移动路径的预测方法，包括以下步骤：建立聚类分析数据库；获取同一时间段内的雷电数据，并根据每个雷电点计算每个雷电点周边雷电与雷电点之间的距离，以及通过雷电点和距离构建雷电数据空间位置关系表；计算任意两个雷电点之间的密度关系；根据任意两个雷电点之间的密度关系对雷电数据进行聚类，以生成雷暴团，并获取雷暴团的位置特征点；根据雷暴团的位置特征点随着时间推移上的位移变化，线性拟合雷暴团的位置特征点，并预测下一个时间段雷暴团将要出现的位置。本发明专利技术的方法能够更准确地预测雷暴云位置。本发明专利技术还提供了一种基于雷电定位系统的雷暴云移动路径的预测系统。

【技术实现步骤摘要】
基于雷电定位系统的雷暴云移动路径的预测方法及系统
本专利技术涉及雷电预测与预警
，特别涉及一种基于雷电定位系统的雷暴云移动路径的预测方法及系统。
技术介绍
目前，雷云移动路径预测在气象领域已开展了大量深入的研究，取得了丰硕的成果。研究人员主要根据多普勒天气雷达采集的实时数据，利用外推法、模式识别法、交叉相关算法等方法实现对雷暴云的识别、跟踪和预测。但是，对电力企业等特殊行业来说，更关心地面落雷在特定区域的落雷概率，而关于雷云位置与在其覆盖面积下地面落雷概率的研究成果较少。因此，尽管对雷云位置跟踪、预测的技术已相对成熟，但其研究成果在电力等特殊行业仍无法有效运用。近年来，随着信息化在全世界各个领域的蓬勃发展，数据挖掘技术也引起各国学者的极大关注。目前，有一种基于空间密度聚类预测雷电运动的方法，该方法采用计算机对雷电自动监测数据进行处理，建立聚类分析数据库，在数据库中设置雷电数据样本筛选条件，刻画雷电密度的基本参数，按时间顺序取得雷电样本数据并按照时间段分类；通过雷电数据点和距离值，构建出雷电数据空间位置关系表；确定不同雷暴团的位置特征点；根据雷暴团的位置特征点随着时间推移上的位移变化，计算其运动方向和速度，并预测下一个时间段雷暴团将要出现的位置。但是，经过研究后发现，该方法存在以下问题：若某时间段雷暴云发生分裂或融合时，则该时间段地面落雷点聚类分析后形成的数据簇个数将与上一时间段数据簇个数发生变化，而数据簇个数的变化将直接导致下一时间段雷暴云位置特征点的计算无法进行。因此，如何将单个雷暴云与独立数据簇一一对应，对雷暴云分裂与融合的物理现象在聚类分析时加以识别，建立相邻时间段数据簇之间的逻辑关系是雷云轨迹预测中急待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种基于雷电定位系统的雷暴云移动路径的预测方法，该方法能够更准确地预测雷暴云位置。本专利技术的另一个目的在于提供一种基于雷电定位系统的雷暴云移动路径的预测系统。为了实现上述目的，本专利技术第一方面的实施例提出了一种基于雷电定位系统的雷暴云移动路径的预测方法，包括以下步骤：建立聚类分析数据库；获取同一时间段内的雷电数据，并根据每个雷电点计算每个雷电点周边雷电与所述雷电点之间的距离，以及通过雷电点和所述距离构建雷电数据空间位置关系表；计算任意两个雷电点之间的密度关系；根据所述任意两个雷电点之间的密度关系对所述雷电数据进行聚类，以生成雷暴团，并获取所述雷暴团的位置特征点；根据所述雷暴团的位置特征点随着时间推移上的位移变化，线性拟合所述雷暴团的位置特征点，并预测下一个时间段雷暴团将要出现的位置。根据本专利技术实施例的基于雷电定位系统的雷暴云移动路径的预测方法，将单个雷暴云与独立数据簇一一对应，在聚类分析中识别雷暴云分裂与融合的物理现象，建立相邻时间段数据簇之间的逻辑关系，获得更准确的雷暴云位置预测结果，并且利用线性拟合确定雷暴团位置特征点，使结果更加合理，可为输电线路雷电预警提供有效的参考依据。另外，根据本专利技术上述实施例的基于雷电定位系统的雷暴云移动路径的预测方法还可以具有如下附加的技术特征：在一些示例中，还包括：判断相邻时间段各雷暴团中是否存在雷云位置特征点漂移处于预定范围的雷暴团，如果存在，则判定该雷云在前后两时间段状态未发生变化，进一步判断其他雷暴团在相邻时间段雷云位置特征点漂移是否处于预定范围，直到剩余雷暴团在相邻时间段雷云位置特征点漂移均不处于预定范围，并且，当后一时间段剩余雷暴团的个数为0时，则保持后一时间段的剩余雷暴团不变，并修改前一时间段剩余雷暴团的标识符L为0，反之，则将后一时间段剩余雷暴团的雷云位置特征点作为新雷云位置特征点，并修改前一时间段剩余雷暴团的标识符L为0，以及修改后一时间段剩余雷暴团的标识符L为1。在一些示例中，通过以下定义确定所述任意两个雷电点之间的密度关系：如果雷电点p在半径ε空间范围内存在另一个雷电点q，则定义雷电点q与雷电点p之间是直接密度到达关系；如果存在一个序列的雷电点p1，p2，…,pn，其中，p1＝p，且p1＝q，如果对于每个pi+1与p1都是直接密度到达关系，则称q能够密度到达p。在一些示例中，所述预测下一个时间段雷暴团将要出现的位置具体包括：对相连多个时间段雷暴团的位置特征点进行线性拟合，并生成拟合公式；通过所述拟合公式计算下一个时间段雷暴团的位置特征点。本专利技术第二方面的实施例提供了一种基于雷电定位系统的雷暴云移动路径的预测系统，包括：建立模块，所述建立模块用于建立聚类分析数据库；构建模块，所述构建模块用于获取同一时间段内的雷电数据，并根据每个雷电点计算每个雷电点周边雷电与所述雷电点之间的距离，以及通过雷电点和所述距离构建雷电数据空间位置关系表；计算模块，所述计算模块用于计算任意两个雷电点之间的密度关系；获取模块，所述获取模块用于根据所述任意两个雷电点之间的密度关系对所述雷电数据进行聚类，以生成雷暴团，并获取所述雷暴团的位置特征点；预测模块，所述预测模块用于根据所述雷暴团的位置特征点随着时间推移上的位移变化，线性拟合所述雷暴团的位置特征点，并预测下一个时间段雷暴团将要出现的位置。根据本专利技术实施例的基于雷电定位系统的雷暴云移动路径的预测系统，将单个雷暴云与独立数据簇一一对应，在聚类分析中识别雷暴云分裂与融合的物理现象，建立相邻时间段数据簇之间的逻辑关系，获得更准确的雷暴云位置预测结果，并且利用线性拟合确定雷暴团位置特征点，使结果更加合理，可为输电线路雷电预警提供有效的参考依据。另外，根据本专利技术上述实施例的基于雷电定位系统的雷暴云移动路径的预测系统还可以具有如下附加的技术特征：在一些示例中，还包括：调整模块，所述调整模块用于判断相邻时间段各雷暴团中是否存在雷云位置特征点漂移处于预定范围的雷暴团，如果存在，则判定该雷云在前后两时间段状态未发生变化，进一步判断其他雷暴团在相邻时间段雷云位置特征点漂移是否处于预定范围，直到剩余雷暴团在相邻时间段雷云位置特征点漂移均不处于预定范围，并在后一时间段剩余雷暴团的个数为0时，保持后一时间段的剩余雷暴团不变，并修改前一时间段剩余雷暴团的标识符L为0，反之，将后一时间段剩余雷暴团的雷云位置特征点作为新雷云位置特征点，并修改前一时间段剩余雷暴团的标识符L为0，以及修改后一时间段剩余雷暴团的标识符L为1。在一些示例中，通过以下定义确定所述任意两个雷电点之间的密度关系：如果雷电点p在半径ε空间范围内存在另一个雷电点q，则定义雷电点q与雷电点p之间是直接密度到达关系；如果存在一个序列的雷电点p1，p2，…,pn，其中，p1＝p，且p1＝q，如果对于每个pi+1与p1都是直接密度到达关系，则称q能够密度到达p。在一些示例中，所述预测模块用于对相连多个时间段雷暴团的位置特征点进行线性拟合，并生成拟合公式，并通过所述拟合公式计算下一个时间段雷暴团的位置特征点。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是根据本专利技术一个实施例的基于雷电定位系统的雷暴云移动路径的预本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于雷电定位系统的雷暴云移动路径的预测方法，其特征在于，包括以下步骤：建立聚类分析数据库；获取同一时间段内的雷电数据，并根据每个雷电点计算每个雷电点周边雷电与所述雷电点之间的距离，以及通过雷电点和所述距离构建雷电数据空间位置关系表；计算任意两个雷电点之间的密度关系；根据所述任意两个雷电点之间的密度关系对所述雷电数据进行聚类，以生成雷暴团，并获取所述雷暴团的位置特征点；根据所述雷暴团的位置特征点随着时间推移上的位移变化，线性拟合所述雷暴团的位置特征点，并预测下一个时间段雷暴团将要出现的位置。

【技术特征摘要】
1.一种基于雷电定位系统的雷暴云移动路径的预测方法，其特征在于，包括以下步骤：建立聚类分析数据库；获取同一时间段内的雷电数据，并根据每个雷电点计算每个雷电点周边雷电与所述雷电点之间的距离，以及通过雷电点和所述距离构建雷电数据空间位置关系表；计算任意两个雷电点之间的密度关系；根据所述任意两个雷电点之间的密度关系对所述雷电数据进行聚类，以生成雷暴团，并获取所述雷暴团的位置特征点；根据所述雷暴团的位置特征点随着时间推移上的位移变化，线性拟合所述雷暴团的位置特征点，并预测下一个时间段雷暴团将要出现的位置；判断相邻时间段各雷暴团中是否存在雷云位置特征点漂移处于预定范围的雷暴团，如果存在，则判定该雷云在前后两时间段状态未发生变化，进一步判断其他雷暴团在相邻时间段雷云位置特征点漂移是否处于预定范围，直到剩余雷暴团在相邻时间段雷云位置特征点漂移均不处于预定范围，并且，当后一时间段剩余雷暴团的个数为0时，则保持后一时间段的剩余雷暴团不变，并修改前一时间段剩余雷暴团的标识符L为0，反之，则将后一时间段剩余雷暴团的雷云位置特征点作为新雷云位置特征点，并修改前一时间段剩余雷暴团的标识符L为0，以及修改后一时间段剩余雷暴团的标识符L为1。2.如权利要求1所述的基于雷电定位系统的雷暴云移动路径的预测方法，其特征在于，通过以下定义确定所述任意两个雷电点之间的密度关系：如果雷电点p在半径ε空间范围内存在另一个雷电点q，则定义雷电点q与雷电点p之间是直接密度到达关系；如果存在一个序列的雷电点p1，p2，…,pn，其中，p1＝p，且p1＝q，如果对于每个pi+1与p1都是直接密度到达关系，则称q能够密度到达p。3.如权利要求1所述的基于雷电定位系统的雷暴云移动路径的预测方法，其特征在于，所述预测下一个时间段雷暴团将要出现的位置具体包括：对相连多个时间段雷暴团的位置特征点进行线性拟合，并生成拟合公式；通过所述拟合公式计算下一个时间段雷暴团的位置特征点。4.一种基于雷电定位系统的雷暴云移动路径的预测系统，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：高文胜，张博文，周瑞旭，符祥干，陈钦柱，王思捷，董卫魏，
申请(专利权)人：清华大学，海南电网公司，
类型：发明
国别省市：北京;11