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一種面向嵌入對流單體的積層混合云播云效果評估方法

專利號
CN118917178B
公開日期
2025-01-17
申請人
中國氣象局人工影響天氣中心(北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街46號)
發(fā)明人
王飛; 林大偉; 殷占福; 唐雅慧; 韓熠; 王思瀚; 欒天; 耿飛; 丁晗; 唐嘉蕙
IPC分類
G06F30/27; G06V10/44; G06V10/75; G06T7/136; G06V10/26; G06V10/82; G06V10/762; G06V10/774; G06V10/74
技術(shù)領(lǐng)域
云團(tuán),對流單體,評估,數(shù)據(jù),單體,對流,搜索,回波,存儲,計算
地域: 北京市 北京市海淀區(qū)

摘要

本發(fā)明公開了一種面向嵌入對流單體的積層混合云播云效果評估方法,包括采集嵌入對流單體的監(jiān)測數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù),對所述圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行單體特征提取獲得明顯單體特征,將明顯單體特征所在的區(qū)域作為第一影響區(qū),反之作為非影響區(qū),根據(jù)所述監(jiān)測數(shù)據(jù)采用催化劑擴(kuò)散傳播模型計算所述非影響區(qū)的作業(yè)影響獲得第二影響區(qū),通過剩余區(qū)域的回波強(qiáng)度閾值確定背景區(qū),根據(jù)所述影響區(qū)和所述背景區(qū)構(gòu)造積層混合云播云效果函數(shù),根據(jù)所述積層混合云播云效果函數(shù)構(gòu)建積層混合云播云效果評估模型,優(yōu)化所述積層混合云播云效果評估模型。該方法不僅可以提高積層混合云播云效果評估的精度,同時具有較好的可解釋性,可以直接應(yīng)用于積層混合云播云效果評估系統(tǒng)中。

說明書

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[0031] 通過氣象學(xué)原理確定回波強(qiáng)度閾值,采用閾值分割法將小于回波強(qiáng)度閾值的剩余區(qū)域識別為背景區(qū)。 [0032] 進(jìn)一步的,根據(jù)所述影響區(qū)和所述背景區(qū)構(gòu)造積層混合云播云效果函數(shù)的方法,包括: [0033] 采用相關(guān)系數(shù)法對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選,獲得指標(biāo)數(shù)據(jù),構(gòu)造積層混合云播云效果函數(shù),表達(dá)式為 [0034] [0035] 其中第j個指標(biāo)的效果權(quán)重為θj,影響區(qū)作業(yè)前后第j個指標(biāo)的差值為ΔRj,背景區(qū)作業(yè)前后第j個指標(biāo)的差值為 第j個指標(biāo)的自然變化系數(shù)βj,積層混合云播云效果函數(shù)為 [0036] 進(jìn)一步的,根據(jù)所述積層混合云播云效果函數(shù)構(gòu)建積層混合云播云效果評估模型的方法,包括: [0037] 根據(jù)積層混合云播云效果函數(shù)構(gòu)造目標(biāo)函數(shù): [0038] [0039] 其中目標(biāo)函數(shù)為 積層混合云播云效果函數(shù)為 實際評估值為z,預(yù)測評估值* 為z,遺傳系數(shù)為α; [0040] 積層混合云播云效果評估模型包括自助法、偏差分析算法、層次聚類算法、關(guān)聯(lián)規(guī)則算法、循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法; [0041] 自助法將輸入數(shù)據(jù)按照5:1隨機(jī)抽取,獲得訓(xùn)練數(shù)據(jù)和測試數(shù)據(jù); [0042] 偏差分析算法按照時序?qū)τ?xùn)練數(shù)據(jù)進(jìn)行排序,對排序后的訓(xùn)練數(shù)據(jù)進(jìn)行云團(tuán)變化分析,獲得云團(tuán)偏差程度; [0043] 層次聚類算法根據(jù)云團(tuán)偏差程度對訓(xùn)練數(shù)據(jù)進(jìn)行偏差聚類,獲得聚類數(shù)據(jù); [0044] 關(guān)聯(lián)規(guī)則算法根據(jù)聚類數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)度進(jìn)行聚類數(shù)據(jù)選擇,獲得關(guān)鍵數(shù)據(jù); [0045] 循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法按照時間對關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行排序,捕捉排序后關(guān)鍵數(shù)據(jù)的時間變化規(guī)律,根據(jù)時間變化規(guī)律對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行評估預(yù)測,獲得預(yù)測評估; [0046] 根據(jù)測試數(shù)據(jù)的實際評估和預(yù)測評估方差調(diào)整積層混合云播云效果評估模型的參數(shù)。 [0047] 進(jìn)一步的,優(yōu)化所述積層混合云播云效果評估模型的方法,包括: [0048] 計算判定變量: [0049] [0050] 其中判定變量為 判定變量的初始值為 最大迭代次數(shù)為tmax,當(dāng)前迭代次數(shù)為t; [0051] 計算搜索子的適應(yīng)度值: [0052] [0053] 其中適應(yīng)度值為 目標(biāo)值為 估計目標(biāo)值為 平均目標(biāo)值為 優(yōu)化因子為m,自然常數(shù)為e; [0054] 選擇適應(yīng)度值最小的搜索子作為初級搜索子,當(dāng)判定變量的絕對值小于1時,根據(jù)隨機(jī)游走機(jī)制計算搜索子位置: [0055] [0056] 其中第t+1次迭代第a個搜索子第v個維度的位置為 第t次迭代第a個 搜索子的輪盤隨機(jī)擾動為 第t次迭代第a個搜索子的精英隨機(jī)擾動為 [0057] 否則,根據(jù)全局搜索計算搜索子位置: [0058] [0059] 其中0到1的隨機(jī)數(shù)為 解空間上界為Vmax,解空間下界為Vmin,?1到1的隨機(jī)數(shù)分別為r1、r2、r3、r4、r5、r6,陷落趨勢為 隨機(jī)數(shù)r3第t次迭代第v個維度的位置為 隨機(jī)數(shù)r4第t次迭代第v個維度的位置為 初級搜索子的位置為C,初級搜索子的平均位置為 初級優(yōu)質(zhì)搜索子的位置為CE; [0060] 更新初級搜索子的位置,表達(dá)式為: [0061] [0062] 其中更新后第a個初級搜索子的位置為 第b個搜索子的位置為 位置 的適應(yīng)度值為 位置Ca的適應(yīng)度值為 初級優(yōu)質(zhì)搜索子的平均位置為 [0063] 基于自適應(yīng)更新搜索子的位置,表達(dá)式為: [0064] [0065] 其中更新后第t+1次迭代第a個搜索子的位置為 控制參數(shù)為ρ,衰減系數(shù)為 [0066] 不斷迭代直到達(dá)到最大迭代次數(shù),否則更新初級搜索子的位置。 [0067] 第二方面,本申請實施例還提供一種電子設(shè)備,包括: [0068] 處理器;以及被安排成存儲計算機(jī)可執(zhí)行指令的存儲器,所述可執(zhí)行指令在被執(zhí)行時使所述處理器執(zhí)行第一方面所述的方法步驟。 [0069] 第三方面,本申請實施例還提供一種計算機(jī)可讀存儲介質(zhì),所述計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)存儲一個或多個程序,所述一個或多個程序當(dāng)被包括多個應(yīng)用程序的電子設(shè)備執(zhí)行時,使得所述電子設(shè)備執(zhí)行第一方面所述的方法步驟。 [0070] 本發(fā)明的有益效果是: [0071] 本發(fā)明是一種面向嵌入對流單體的積層混合云播云效果評估方法,與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有以下技術(shù)效果: [0072] 本發(fā)明通過預(yù)處理、特征提取、確定影像區(qū)、確定背景區(qū)、構(gòu)造效果函數(shù)、模型構(gòu)建和模型優(yōu)化步驟,可以提高面向嵌入對流單體的積層混合云播云效果評估的準(zhǔn)確性,從而提高面向嵌入對流單體的積層混合云播云效果評估的精度,將面向嵌入對流單體的積層混合云播云效果評估優(yōu)化,可以大大節(jié)省資源,提高工作效率,可以實現(xiàn)對積層混合云播云效果的自動評估,實時對面向嵌入對流單體的積層混合云播云效果評估進(jìn)行影響區(qū)域修正,對面向嵌入對流單體的積層混合云播云效果評估具有重要意義,可以適應(yīng)不同標(biāo)準(zhǔn)的面向嵌入對流單體的積層混合云播云效果評估、不同面向嵌入對流單體的積層混合云播云效果評估需求,具有一定的普適性。 附圖說明

權(quán)利要求

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自助法將輸入數(shù)據(jù)按照5:1隨機(jī)抽取,獲得訓(xùn)練數(shù)據(jù)和測試數(shù)據(jù); 偏差分析算法按照時序?qū)τ?xùn)練數(shù)據(jù)進(jìn)行排序,對排序后的訓(xùn)練數(shù)據(jù)進(jìn)行云團(tuán)變化分析,獲得云團(tuán)偏差程度; 層次聚類算法根據(jù)云團(tuán)偏差程度對訓(xùn)練數(shù)據(jù)進(jìn)行偏差聚類,獲得聚類數(shù)據(jù); 關(guān)聯(lián)規(guī)則算法根據(jù)聚類數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)度進(jìn)行聚類數(shù)據(jù)選擇,獲得關(guān)鍵數(shù)據(jù); 循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法按照時間對關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行排序,捕捉排序后關(guān)鍵數(shù)據(jù)的時間變化規(guī)律,根據(jù)時間變化規(guī)律對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行評估預(yù)測,獲得預(yù)測評估; 根據(jù)測試數(shù)據(jù)的實際評估和預(yù)測評估方差調(diào)整積層混合云播云效果評估模型的參數(shù)。 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種面向嵌入對流單體的積層混合云播云效果評估方法,其特征在于,根據(jù)所述監(jiān)測數(shù)據(jù)采用催化劑擴(kuò)散傳播模型計算所述非影響區(qū)的作業(yè)影響的方法,包括: 催化劑擴(kuò)散傳播模型采用分子動力學(xué)進(jìn)行模擬; 計算監(jiān)測數(shù)據(jù)的重要度: 其中第u個監(jiān)測數(shù)據(jù)的重要度為 ,對流單體為 ,監(jiān)測數(shù)據(jù)為 ,第 時刻第u個監(jiān)測數(shù)據(jù)為 ,第 時刻第u個監(jiān)測數(shù)據(jù)為 ,對流單體 出現(xiàn)的概率為 ,監(jiān)測數(shù)據(jù) 出現(xiàn)的概率為 ,對流單體 和監(jiān)測數(shù)據(jù) 同時出現(xiàn)的概率為 ,偏差系數(shù)為 ,風(fēng)場影響系數(shù)為 ; 將重要度大于0.407的監(jiān)測數(shù)據(jù)作為重點數(shù)據(jù),計算非影響區(qū)內(nèi)重點數(shù)據(jù)的作業(yè)影響: 其中第i個非影響區(qū)的作業(yè)影響為 ,非影響區(qū)的重點數(shù)據(jù)數(shù)量為 ,第i個非影響區(qū)第個重點數(shù)據(jù)的重要度為 ,初始第i個非影響區(qū)第 個重點數(shù)據(jù)值為 ,嵌入對流單體后第i個非影響區(qū)第 個重點數(shù)據(jù)為 ; 將作業(yè)影響大于0.657的非影響區(qū)輸出為第二影響區(qū)。 3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種面向嵌入對流單體的積層混合云播云效果評估方法,其特征在于,通過剩余區(qū)域的回波強(qiáng)度閾值確定背景區(qū)的方法,包括: 通過氣象學(xué)原理確定回波強(qiáng)度閾值,采用閾值分割法將小于回波強(qiáng)度閾值的剩余區(qū)域識別為背景區(qū)。 4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種面向嵌入對流單體的積層混合云播云效果評估方法,其特征在于,優(yōu)化所述積層混合云播云效果評估模型的方法,包括: 計算判定變量: 其中判定變量為 ,判定變量的初始值為 ,最大迭代次數(shù)為 ,當(dāng)前迭代次數(shù)為t; 計算搜索子的適應(yīng)度值: 其中適應(yīng)度值為 ,目標(biāo)值為 ,估計目標(biāo)值為 ,平均目標(biāo)值為 ,優(yōu)化因子為m,自然常數(shù)為e; 選擇適應(yīng)度值最小的搜索子作為初級搜索子,當(dāng)判定變量的絕對值小于1時,根據(jù)隨機(jī)游走機(jī)制計算搜索子位置:
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