一种雷达回波外推方法、装置及存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种雷达回波外推方法、装置及存储介质，方法包括：获取指定区域当前时刻的当前雷达回波图和当前卫星云图，以及过去一段时间的历史雷达回波图和历史卫星云图；采用第一IIA

【技术实现步骤摘要】
一种雷达回波外推方法、装置及存储介质


[0001]本专利技术涉及气象预测
，具体而言，涉及一种雷达回波外推方法、装置及存储介质。

技术介绍

[0002]短临降雨预测是气象预测领域中的重要研究内容，其是指对指定区域未来一定时段内的降雨分布情况进行预测，其预测准确性对农业、交通和军事等多个行业具有重要意义。其中，基于雷达回波外推方法是进行短临降雨预测的重要技术手段，雷达回波图像是由雷达释放的电磁波遇到空气中的水分子后发生反射形成，雷达接收到的反射率可以在一定程度上反应该区域的水分子密度。
[0003]目前，常采用以下方法进行雷达回波外推：一种是基于雷达回波图像通过光流法或交叉相关法构造相邻时刻间回波的运动情况，根据回波运动情况外推出下一时刻的雷达回波，进而预测下一时刻的降雨情况。这种方法根据相邻时刻的雷达回波图像进行预测，且基于雷达回波的运动不变的假设，但是，气象变化往往是复杂且多变的，导致这种方法的预测准确性较低；另一种是采用ConvLSTM等机器学习模型进行雷达回波外推，该方法基于上一时刻的雷达回波来预测当前时刻的雷达回波，由于误差传递现象，预测的雷达回波会随着时间的增加逐渐变得模糊，导致在长序列雷达回波的预测上准确性逐渐降低。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决的问题是如何提高长序列雷达回波的预测准确性。
[0005]为解决上述问题，本专利技术提供一种雷达回波外推方法、装置及存储介质。
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种雷达回波外推方法，包括：获取指定区域当前时刻的当前雷达回波图和当前卫星云图，以及过去一段时间的历史雷达回波图和历史卫星云图；采用第一IIA
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GRU编码器对所述当前雷达回波图和所述历史雷达回波图进行编码处理，获得第一编码图像；采用第二IIA
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GRU编码器对所述当前卫星云图和所述历史卫星云图进行编码处理，获得第二编码图像；其中，所述编码处理包括对当前图像进行特征提取，获得隐藏层特征图像；基于交互注意力机制，对所述隐藏层特征图像和对应的历史图像进行拼接，获得拼接图像；基于双向注意力信息提取机制，对所述拼接图像进行空间信息融合，获得所述编码图像；所述当前图像包括所述当前雷达回波图和所述当前卫星云图，所述历史图像包括所述历史雷达回波图和所述历史卫星云图；基于门控机制对所述第一编码图像和所述第二编码图像进行融合，并采用IIA
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GRU解码器对融合结果进行解码，获得所述指定区域未来一段时间内的雷达回波图像。
[0007]可选地，所述对当前图像进行特征提取之前，还包括：对所述当前图像和所述历史图像进行下采样，获得下采样处理后的所述当前图
像，以及下采样处理后的所述历史图像。
[0008]可选地，所述基于交互注意力机制，对所述隐藏层特征图像和对应的历史图像进行拼接，获得拼接图像包括：基于交互注意力机制，对当前时刻的所述隐藏层特征图像和过去一段时间的所述历史图像进行时间维度的交互，获得处理后的图像；对所述处理后的图像和所述隐藏层特征图像进行拼接，获得所述拼接图像。
[0009]可选地，所述基于双向注意力信息提取机制，对所述拼接图像进行空间信息融合，获得所述编码图像包括：采用最大池化层和平均池化层确定所述拼接图像各个通道的第一权重，根据所述第一权重对各个通道进行加权求和，获得第一权重图像；基于空间自注意力机制，确定所述拼接图像中各不同位置的第二权重，根据所述第二权重对各个位置进行加权求和，获得第二权重图像；采用Sum Fusion操作对所述第一权重图像和所述第二权重图像进行信息融合，获得所述编码图像。
[0010]可选地，所述基于门控机制对所述第一编码图像和所述第二编码图像进行融合包括：基于遗忘门机制，采用第一公式对所述第一编码图像和所述第二编码图像进行融合，获得所述融合结果，所述第一公式包括：,其中，表示更新门的输出，表示时间步，表示 sigmoid 激活函数，和表示更新门的权重参数，表示所述第一编码图像，表示所述第二编码图像，表示遗忘门的输出，和表示遗忘门的权重参数，表示候选隐藏状态，表示激活函数，和表示候选隐藏状态的权重参数，表示所述融合结果。
[0011]可选地，所述采用第一IIA
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GRU编码器对所述当前雷达回波图和所述历史雷达回波图进行编码处理之前，还包括：获取所述指定区域过去一段时间的历史雷达回波图序列和历史卫星云图序列；对所述历史雷达回波图序列和所述历史卫星云图序列进行时间匹配和空间匹配，获得处理后的雷达回波图序列和处理后的卫星云图序列；采用所述处理后的雷达回波图序列和所述处理后的卫星云图序列训练待训练的模型，获得训练好的模型，所述模型包括所述第一IIA
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GRU编码器、所述第二IIA
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GRU编码器和所述IIA
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GRU解码器。
[0012]可选地，所述对所述历史雷达回波图序列和所述历史卫星云图序列进行时间匹配
和空间匹配包括：统一所述历史雷达回波图序列和所述历史卫星云图序列的时区，获得统一后的雷达回波图序列和统一后的卫星云图序列；在所述统一后的雷达回波图序列和所述统一后的卫星云图序列中选取多个样本，所述样本包括多个不同时刻的雷达回波图和对应的卫星云图；对所述样本中的所述卫星云图进行插值处理，统一所述卫星云图和所述雷达回波图的空间面积。
[0013]可选地，所述对所述样本中的所述卫星云图进行插值处理，统一所述卫星云图和所述雷达回波图的空间面积包括：对于所述雷达回波图中的每个像素点，基于面积加权计算方法，根据所述像素点的多个最近邻像素点的经纬度计算所述像素点的像素值；将所述像素值作为各个所述像素点的卫星数据，生成与所述雷达回波图的空间面积相匹配的所述卫星云图。
[0014]可选地，所述面积加权计算方法采用第二公式表示，所述第二公式包括： ，其中，表示像素点的所述像素值，表示所述像素点的第个所述最近邻的像素点，表示所述最近邻的像素点的纬度，表示所述最近邻的像素点的经度，表示所述像素点的纬度，表示所述像素点的经度。
[0015]第二方面，本专利技术提供了一种雷达回波外推装置，包括：获取模块，用于获取指定区域当前时刻的当前雷达回波图和当前卫星云图，以及过去一段时间的历史雷达回波图和历史卫星云图；编码模块，用于采用第一IIA
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GRU编码器对所述当前雷达回波图和所述历史雷达回波图进行编码处理，获得第一编码图像；采用第二IIA
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GRU编码器对所述当前卫星云图和所述历史卫星云图进行编码处理，获得第二编码图像；其中，所述编码处理包括对当前图像进行特征提取，获得隐藏层特征图像；基于交互注意力机制，对所述隐藏层特征图像和对应的历史图像进行拼接，获得拼接图像；基于双向注意力信息提取机制，对所述拼接图像进行空间信息融合，获得所述编码图像；所述当前图像包括所述当前雷达回波图和所述当前卫星云图，所述历史图像包括所述历史雷达回波图和所述历史卫星云图；预测模块，用于基于门控机本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种雷达回波外推方法，其特征在于，包括：获取指定区域当前时刻的当前雷达回波图和当前卫星云图，以及过去一段时间的历史雷达回波图和历史卫星云图；采用第一IIA
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GRU编码器对所述当前雷达回波图和所述历史雷达回波图进行编码处理，获得第一编码图像；采用第二IIA
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GRU编码器对所述当前卫星云图和所述历史卫星云图进行编码处理，获得第二编码图像；其中，所述编码处理包括对当前图像进行特征提取，获得隐藏层特征图像；基于交互注意力机制，对所述隐藏层特征图像和对应的历史图像进行拼接，获得拼接图像；基于双向注意力信息提取机制，对所述拼接图像进行空间信息融合，获得所述编码图像；所述当前图像包括所述当前雷达回波图和所述当前卫星云图，所述历史图像包括所述历史雷达回波图和所述历史卫星云图；基于门控机制对所述第一编码图像和所述第二编码图像进行融合，并采用IIA
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GRU解码器对融合结果进行解码，获得所述指定区域未来一段时间内的雷达回波图像。2.根据权利要求1所述的雷达回波外推方法，其特征在于，所述对当前图像进行特征提取之前，还包括：对所述当前图像和所述历史图像进行下采样，获得下采样处理后的所述当前图像，以及下采样处理后的所述历史图像。3.根据权利要求1所述的雷达回波外推方法，其特征在于，所述基于交互注意力机制，对所述隐藏层特征图像和对应的历史图像进行拼接，获得拼接图像包括：基于交互注意力机制，对当前时刻的所述隐藏层特征图像和过去一段时间的所述历史图像进行时间维度的交互，获得处理后的图像；对所述处理后的图像和所述隐藏层特征图像进行拼接，获得所述拼接图像。4.根据权利要求1至3任一项所述的雷达回波外推方法，其特征在于，所述基于双向注意力信息提取机制，对所述拼接图像进行空间信息融合，获得所述编码图像包括：采用最大池化层和平均池化层确定所述拼接图像各个通道的第一权重，根据所述第一权重对各个通道进行加权求和，获得第一权重图像；基于空间自注意力机制，确定所述拼接图像中各不同位置的第二权重，根据所述第二权重对各个位置进行加权求和，获得第二权重图像；采用Sum Fusion操作对所述第一权重图像和所述第二权重图像进行信息融合，获得所述编码图像。5.根据权利要求1至3任一项所述的雷达回波外推方法，其特征在于，所述基于门控机制对所述第一编码图像和所述第二编码图像进行融合包括：基于遗忘门机制，采用第一公式对所述第一编码图像和所述第二编码图像进行融合，获得所述融合结果，所述第一公式包括：,
其中，表示更新门的输出，表示时间步，表示 sigmoid 激活函数，和表示更新门的权重参数，表示所述第一编码图像，表示所述第二编码图像，表示遗忘门的输出，和表示遗忘门的权重参数，表示候选隐藏状态，表示激活函数，和表示候选隐藏状态的权重参数，表示所述融合结果。6.根据权利要求1至3任一项所述的雷达回波外推方法，其特征在于，所述采用第一II...

【专利技术属性】
技术研发人员：周盈利，李旭涛，姜昊，叶允明，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院，
类型：发明
国别省市：