有效
用于水库增蓄的声波增雨作业效果评估方法及系统
田利亮、林志虹、李韦童、李铁键、赵杰、何宇恒、黄伟秦、程浩
福建水口发电集团有限公司
摘要
本发明涉及用于水库增蓄的声波增雨作业效果评估方法及系统,方法包括:划定目标区、候选区;获取目标区和候选区的地形高程数据、历史降雨时序数据;获取声波增雨作业前后目标区和候选区的卫星云图;将目标区和候选区划分为若干矩形区域;将与目标区相似度最高的候选区作为对比区;获取声波增雨作业时对比区的降雨时序数据;计算对比区的降雨时序数据和目标区的各历史降雨时序数据的相似度,将相似度最高的一次历史降雨时序数据对应的时段作为对比时段;根据待评估声波增雨作业的水库增蓄量和对比时段的水库增蓄量对本次声波增雨作业的水库增蓄效果进行评估。本发明充分考虑了降雨的时间变化对增雨效果评估的影响,提高了评估的准确性。
1.一种用于水库增蓄的声波增雨作业效果评估方法,其特征在于,包括以下步骤:根据待评估声波增雨作业内容划定声波增雨的目标区,所述目标区为矩形,在所述目标区外划定若干形状、面积均相同的候选区;获取目标区和候选区的地形高程数据;获取目标区和候选区内若干雨量站采集的历史降雨时序数据;获取声波增雨作业前后目标区和候选区的卫星云图;根据所述历史降雨时序数据、所述地形高程数据和所述卫星云图,计算目标区与各候选区的相似度,将与目标区相似度最高的候选区作为对比区;获取声波增雨作业前后对比区的降雨时序数据;计算声波增雨作业前后对比区的降雨时序数据和目标区的各历史降雨时序数据的相似度,将相似度最高的一次历史降雨时序数据对应的时段作为对比时段;根据待评估声波增雨作业的水库增蓄量和所述对比时段的水库增蓄量对本次声波增雨作业的水库增蓄效果进行评估;获取目标区和候选区内若干雨量站采集的历史降雨时序数据,具体为:获取目标区第n个雨量站采集的历史降雨时序数据A n :A n =(a n1 ,a n2 ,…,a nM );其中,a nM 为目标区第n个雨量站在第M个时段采集的雨量;获取第l个候选区的第n个雨量站采集的历史降雨时序数据B ln :B ln =(b ln1 ,b ln2 ,…,b lnM );其中,b lnM 为第l个候选区的第n个雨量站在第M个时段采集的雨量;所述历史降雨时序数据A n 和所述历史降雨时序数据B ln 在同一次降雨中采集;将所述历史降雨时序数据A n 和历史降雨时序数据B ln 作为一组历史降雨时序数据;重复上述步骤,获取若干组历史降雨时序数据;所述历史降雨时序数据B ln 通过以下方式得到:根据历史降雨时序数据A n 得到目标区的历史降雨时序数据A 0 :A 0 =(a 01 ,a 02 ,…,a 0i …,a 0M ):其中,a 0i 为目标区在第i个时段的雨量;其中,a Ni 为目标区第N个雨量站在第i个时段采集的雨量,N为目标区的雨量站数量;获取第l个候选区的第n个雨量站采集的历史降雨时序数据C ln :C ln =(c ln1 ,c ln2 ,…,c lnM′ );其中,c lnM ′为第l个候选区的第n个雨量站在第M′个时段采集的雨量,M′大于M;根据历史降雨时序数据C ln 得到第l个候选区的历史降雨时序数据C l0 :C l0 =(c l01 ,c l02 ,…,c l0i ,…,c l0M′ );其中,c l0i 为第l个候选区在第i个时段的雨量;其中,N′为候选区的雨量站数量;从所述历史降雨时序数据C l0 中截取出若干个历史降雨时序数据:C l0j =(c l0j ,c l0(j+1) ,…,c l0(j+M-1) )其中,C l0j 为所述历史降雨时序数据C l0 中截取出的第j个历史降雨时序数据,c l0j 为第l个候选区在第j个时段的雨量,j∈[1,M′-M+1];根据所述历史降雨时序数据A 0 计算目标区的总降雨量;根据所述历史降雨时序数据C l0j 计算第l个候选区的总降雨量;剔除总降雨量不满足预设条件的历史降雨时序数据C l0j ;计算所述历史降雨时序数据A 0 与历史降雨时序数据C l0j 的相似度,将与历史降雨时序数据A 0 相似度最高的降雨时序数据C l0j 对应的时段作为第l个候选区采集历史降雨时序数据B ln 的时段。
2.根据权利要求1所述用于水库增蓄的声波增雨作业效果评估方法,其特征在于,根据所述历史降雨时序数据、所述地形高程数据和所述卫星云图,计算目标区与各候选区的相似度,将与目标区相似度最高的候选区作为对比区,包括:将所述目标区和所述候选区划分为若干互不重叠的矩形区域,且目标区和候选区的划分方法相同,各所述矩形区域内均包含一个雨量站;通过格拉姆角场将所述矩形区域的一组历史降雨时序数据转换为图像A;获取所述目标区与各候选区的历史时序降雨图像,所述历史时序降雨图像包含若干矩形区域,各所述矩形区域被对应的所述图像A拉伸填充;计算目标区历史时序降雨图像与各候选区历史时序降雨图像的相似度,得到第一相似度;重复上述步骤,计算目标区与各候选区的各组历史降雨时序数据的第一相似度;获取目标区与各候选区的第二相似度,所述第二相似度由各所述第一相似度取中位值得到。
3.根据权利要求2所述用于水库增蓄的声波增雨作业效果评估方法,其特征在于,根据所述降雨时序数据、所述地形高程数据和所述卫星云图,计算目标区与各候选区的相似度,将与目标区相似度最高的候选区作为对比区,还包括:将所述目标区和所述候选区的地形高程数据转换为灰度图像B;将所述目标区和所述候选区的卫星云图转换为灰度图像C;叠加所述图像B和所述图像C,得到图像D;通过特征提取模块提取所述图像D中与降雨量相关的特征,得到特征图A;计算目标区特征图A与各候选区特征图A的相似度,得到第三相似度;计算目标区与各候选区的综合相似度,所述综合相似度由所述第二相似度和所述第三相似度加权得到。
4.根据权利要求3所述用于水库增蓄的声波增雨作业效果评估方法,其特征在于,所述特征提取模块包括依次连接的卷积层、池化层、Dense Block层、全局平均池化层和输出层;所述卷积层的包含一个7×7的卷积核,步长为2;所述池化层的池化窗口为3×3,步长为2;所述Dense Block层包括4个依次连接的卷积块,各卷积块包括4个卷积层,各卷积层后连接一个批归一化层和激活函数,卷积块之间通过Transition Block层连接;所述Transition Block层包括1个卷积核为1×1的卷积层和1个池化窗口为2×2的平均池化层。
5.根据权利要求3所述用于水库增蓄的声波增雨作业效果评估方法,其特征在于,计算目标区与各候选区的特征图A的相似度,得到第三相似度,具体为:通过归一化互相关匹配算法计算目标区与各候选区的特征图A的第三相似度。
6.根据权利要求1所述用于水库增蓄的声波增雨作业效果评估方法,其特征在于,还包括对声波增雨的效果评估,具体为:其中,H t 为声波增雨作业日目标区降雨量,H d 为声波增雨作业日对比区降雨量,Q i 为声波增雨作业日前i日对比区降雨量,P i 为声波增雨作业日前i日目标区降雨量。
7.一种用于水库增蓄的声波增雨作业效果评估系统,包括存储单元和数据处理单元,其特征在于,所述数据处理单元执行如权利要求1-6任一所述用于水库增蓄的声波增雨作业效果评估方法,对声波增雨作业效果进行评估。
8.一种存储介质,其特征在于,其存储的计算机程序被执行时,实现如权利要求1-6任一所述用于水库增蓄的声波增雨作业效果评估方法。




