基于测风雷达数据的湍流影响区域预测优化方法和系统技术方案

本申请涉及一种基于测风雷达数据的湍流影响区域预测优化方法和系统，方法包括：获取测风雷达采集的针对目标区域的回波数据；提取目标区域内多个检测点的多普勒频移；计算多个检测点的径向风速；计算多个检测点的湍流脉动风速；计算多个检测点的能量消散率；构建二维图像，其中，根据多个检测点的位置设置二维图像中多个像素点的位置，根据多个检测点的能量消散率设置图像中多个像素点的像素值；将二维图像输入经过训练的第一数据分析模型；根据第一数据分析模型输出的多个检测点的位置和湍流强度进行曲面拟合，得到表示目标区域的湍流强度变化趋势的湍流强度曲面。根据本发明专利技术，目标区域中任一处的湍流强度均能通过湍流强度曲面的高度来体现。曲面的高度来体现。曲面的高度来体现。

【技术实现步骤摘要】
基于测风雷达数据的湍流影响区域预测优化方法和系统


[0001]本专利技术涉及计算机数据分析
，且更为具体地，涉及一种基于测风雷达数据的湍流影响区域预测优化方法和系统。

技术介绍

[0002]测风雷达，是用来测量高空风向、风速的雷达。其基本工作方式，是以发射脉冲波和接收从目标返回的脉冲波的方式来跟踪上升且随风飘移的气球，借以测量气球在空间中的运动轨迹来确定各高度上自由大气的风向和水平风速。大气湍流是大气中的一种重要运动形式，它的存在使大气中的动量、热量、水气和污染物的垂直和水平交换作用明显增强，远大于分子运动的交换强度。大气湍流的存在同时对光波、声波和电磁波在大气中的传播产生一定的干扰作用。现有技术方案中，基于测风雷达进行湍流检测时，难以准确检测出湍流影响区域的湍流强度。

技术实现思路

[0003]为了解决上述技术问题，提出了本申请，以提供一种准确检测出湍流影响区域的湍流强度的基于测风雷达数据的湍流影响区域预测优化方法和系统。
[0004]第一方面，本专利技术提供了一种基于测风雷达数据的湍流影响区域预测优化方法，包括：获取测风雷达采集的针对目标区域的回波数据；从所述测风雷达的回波数据中提取所述目标区域内多个检测点的多普勒频移；根据所述多个检测点的多普勒频移，计算所述多个检测点的径向风速；根据所述多个检测点的径向风速，计算所述多个检测点的湍流脉动风速；根据所述多个检测点的湍流脉动风速，计算所述多个检测点的能量消散率；根据所述多个检测点的能量消散率构建二维图像，其中，根据所述多个检测点的位置设置所述二维图像中多个像素点的位置，根据所述多个检测点的能量消散率设置所述二维图像中多个像素点的像素值；将所述二维图像输入经过训练的第一数据分析模型，所述第一数据分析模型具有输入层、卷积层、全连接层和输出层，所述输入层用于接收所述二维图像，所述卷积层用于提取所述二维图像的特征，所述全连接层用于基于所述二维图像的特征计算反映所述多个检测点的湍流强度的结果值，所述输出层用于输出所述多个检测点的湍流强度；根据所述第一数据分析模型输出的所述多个检测点的位置和湍流强度进行曲面拟合，得到表示所述目标区域的湍流强度变化趋势的湍流强度曲面，所述湍流强度曲面上任一点的高度表示所述目标区域中对应位置处的湍流强度。
[0005]优选地，前述的基于测风雷达数据的湍流影响区域预测优化方法，“根据所述多个检测点的多普勒频移，计算所述多个检测点的径向风速”的步骤包括：获取所述回波数据的信噪比和谱宽；将所述多个检测点的多普勒频移、所述回波数据的信噪比和谱宽输入经过训练的第二数据分析模型，由所述第二数据分析模型输出所述多个检测点的径向风速。
[0006]优选地，前述的基于测风雷达数据的湍流影响区域预测优化方法，“根据所述目标区域内所述多个检测点的径向风速，计算所述目标区域内所述多个检测点的湍流脉动风
速”的步骤包括：对于所述多个检测点中的第i个检测点，根据所述测风雷达与所述第i个检测点之间连线与垂直方向的夹角、所述测风雷达至所述第i个检测点之间的距离，计算所述目标区域内的平均风速，其中，为常数，n为所述多个检测点的数量；根据所述第i个检测点的径向风速、所述目标区域内的平均风速，计算所述第i个检测点的湍流脉动风速。
[0007]优选地，前述的基于测风雷达数据的湍流影响区域预测优化方法，在“根据所述目标区域内所述多个检测点的径向风速，计算所述目标区域内所述多个检测点的湍流脉动风速”的步骤之前，还包括：构建拟合方程：；其中，为所述测风雷达与所述多个检测点中第j个检测点之间连线与垂直方向的夹角，为所述测风雷达至所述第j个检测点之间的距离，为所述第j个检测点的径向风速；在所述拟合方程中M取最小值时确定的值。
[0008]优选地，前述的基于测风雷达数据的湍流影响区域预测优化方法，“根据所述多个检测点的湍流脉动风速，计算所述多个检测点的能量消散率”的步骤包括：对于所述多个检测点中任一检测点，根据该检测点的湍流脉动风速v，计算所述检测点的湍流脉动风速方差；根据所述检测点的湍流脉动风速方差、所述目标区域的预设湍流尺度L，计算所述检测点的能量消散率：；其中，表示gamma函数，为柯尔莫哥洛夫常数。
[0009]优选地，前述的基于测风雷达数据的湍流影响区域预测优化方法，“根据所述多个检测点的能量消散率构建二维图像”的步骤还包括：获取通过所述测风雷达计算的样本检测点的第一风速；获取在所述样本检测点处实地测量的第二风速；根据所述第一风速和所述第二风速，调整所述二维图像的像素值：；其中，为调整后的所述二维图像中任一点的像素值，为调整前的所述二维图像中任一点的像素值，为所述第一风速，为所述第二风速。
[0010]优选地，前述的基于测风雷达数据的湍流影响区域预测优化方法，“根据所述多个检测点的能量消散率构建二维图像”的步骤还包括：将所述二维图像与基于多个其他测风雷达获得的其他二维图像进行整合，整合后得到的二维图像中任一点的像素值为：
；其中，为第k个测风雷达获得的二维图像中任一点像素的像素值，为所述第k个测风雷达与该点像素对应的检测点之间的距离。
[0011]优选地，前述的基于测风雷达数据的湍流影响区域预测优化方法，所述第一数据分析模型中所述卷积层后具有线性整流函数，用于控制所述卷积层在提取的特征小于0时，将提取的特征置0后输入所述全连接层，以及控制所述卷积层在提取的特征大于0时，将提取的特征直接输入所述全连接层。
[0012]第二方面，本专利技术提供了一种基于测风雷达数据的湍流影响区域预测优化系统，包括：回波数据获取模块，获取测风雷达采集的针对目标区域的回波数据；频移计算模块，从所述测风雷达的回波数据中提取所述目标区域内多个检测点的多普勒频移；径向风速计算模块，根据所述多个检测点的多普勒频移，计算所述多个检测点的径向风速；湍流脉动风速计算模块，根据所述多个检测点的径向风速，计算所述多个检测点的湍流脉动风速；能量消散率计算模块，根据所述多个检测点的湍流脉动风速，计算所述多个检测点的能量消散率；二维图像构建模块，根据所述多个检测点的能量消散率构建二维图像，其中，根据所述多个检测点的位置设置所述二维图像中多个像素点的位置，根据所述多个检测点的能量消散率设置所述二维图像中多个像素点的像素值；数据分析模块，将所述二维图像输入经过训练的第一数据分析模型，所述第一数据分析模型具有输入层、卷积层、全连接层和输出层，所述输入层用于接收所述二维图像，所述卷积层用于提取所述二维图像的特征，所述全连接层用于基于所述二维图像的特征计算反映所述多个检测点的湍流强度的结果值，所述输出层用于输出所述多个检测点的湍流强度；湍流强度计算模块，根据所述第一数据分析模型输出的所述多个检测点的位置和湍流强度进行曲面拟合，得到表示所述目标区域的湍流强度变化趋势的湍流强度曲面，所述湍流强度曲面上任一点的高度表示所述目标区域中对应位置处的湍流强度。
[0013]本专利技术上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种有益效果：本专利技术的技术方案，基于测风雷达采集对目标区域的回波数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于测风雷达数据的湍流影响区域预测优化方法，其特征在于，包括：获取测风雷达采集的针对目标区域的回波数据；从所述测风雷达的回波数据中提取所述目标区域内多个检测点的多普勒频移；根据所述多个检测点的多普勒频移，计算所述多个检测点的径向风速；根据所述多个检测点的径向风速，计算所述多个检测点的湍流脉动风速；根据所述多个检测点的湍流脉动风速，计算所述多个检测点的能量消散率；根据所述多个检测点的能量消散率构建二维图像，其中，根据所述多个检测点的位置设置所述二维图像中多个像素点的位置，根据所述多个检测点的能量消散率设置所述二维图像中多个像素点的像素值；将所述二维图像输入经过训练的第一数据分析模型，所述第一数据分析模型具有输入层、卷积层、全连接层和输出层，所述输入层用于接收所述二维图像，所述卷积层用于提取所述二维图像的特征，所述全连接层用于基于所述二维图像的特征计算反映所述多个检测点的湍流强度的结果值，所述输出层用于输出所述多个检测点的湍流强度；根据所述第一数据分析模型输出的所述多个检测点的位置和湍流强度进行曲面拟合，得到表示所述目标区域的湍流强度变化趋势的湍流强度曲面，所述湍流强度曲面上任一点的高度表示所述目标区域中对应位置处的湍流强度。2.根据权利要求1所述的基于测风雷达数据的湍流影响区域预测优化方法，其特征在于，“根据所述多个检测点的多普勒频移，计算所述多个检测点的径向风速”的步骤包括：获取所述回波数据的信噪比和谱宽；将所述多个检测点的多普勒频移、所述回波数据的信噪比和谱宽输入经过训练的第二数据分析模型，由所述第二数据分析模型输出所述多个检测点的径向风速。3.根据权利要求1所述的基于测风雷达数据的湍流影响区域预测优化方法，其特征在于，“根据所述目标区域内所述多个检测点的径向风速，计算所述目标区域内所述多个检测点的湍流脉动风速”的步骤包括：对于所述多个检测点中的第i个检测点，根据所述测风雷达与所述第i个检测点之间连线与垂直方向的夹角 、所述测风雷达至所述第i个检测点之间的距离，计算所述目标区域内的平均风速，其中，为常数，n为所述多个检测点的数量；根据所述第i个检测点的径向风速、所述目标区域内的平均风速，计算所述第i个检测点的湍流脉动风速。4.根据权利要求1所述的基于测风雷达数据的湍流影响区域预测优化方法，其特征在于，在“根据所述目标区域内所述多个检测点的径向风速，计算所述目标区域内所述多个检测点的湍流脉动风速”的步骤之前，还包括：构建拟合方程：；
其中，为所述测风雷达与所述多个检测点中第j个检测点之间连线与垂直方向的夹角，为所述测风雷达至所述第j个检测点之间的距离，为所述第j个检测点的径向风速；在所述拟合方程中M取最小值时确定的值。5.根据权利要求1所述的基于测风雷达数据的湍流影响区域预测优化方法，其特征在于，“根据所述多个检测点的湍流脉动风速，计算所述多个检测点的能量消散率”的步骤包括：对于所述多个检测点中任一检测点...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘岩，王政，王勋，
申请(专利权)人：北京华信科创科技有限公司，
类型：发明
国别省市：