一种地物检测方法及装置与流程

本申请涉及粒子识别技术领域，尤其涉及一种地物检测方法及装置。

背景技术：

人工影响天气，是指为避免或者减轻气象灾害，合理利用气候资源，在适当条件下通过科技手段对局部大气的物理、化学过程进行人工影响，实现增雨雪、防雹、消雨、消雾、防霜等目的的活动。是运用云和降水物理学原理，采用向云中撒播催化剂的方法，使某些局地天气过程朝着有利于人类的方向转化的一项科学技术措施。

在制定人工作业方式前，需要利用雷达探测降水粒子的回波，利用对回波的分析，得到降水的区域和范围。但是，在雷达以较低仰角扫描时，如果有地物存在，则地物回波强度会远大于降水回波强度，如果不能正确识别出地物，就无法从雷达探测降水粒子的回波中剔除地物回波，如果对包含有地物回波的降水粒子回波进行分析，将会给分析结果带来很大误差，直接影响人工作业的有效性。

因此亟需一种能够识别出地物的方法。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请提供了一种地物检测方法，以解决现有技术中不能正确识别出地物的问题。

为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

一种地物检测方法，包括：

获取所述探测点回波对应的参数集合，所述参数集合中至少包括：速度和谱宽；

获取预先设定约束条件集合，所述约束条件集合至少包括：包含有预设速度和预设谱宽第一约束条件；

在所述参数集合中的参数符合所述预先设定的约束条件集合中的约束条件的情况下，确定所述探测点回波为地物回波，该探测点为地物，在所述探测点回波对应的约束参数不符合所述预设条件的情况下，确定所述探测点回波为气象回波，所述参数集合中的参数符合所述预先设定的约束条件集合中的全部约束条件包括：所述速度和谱宽符合所述第一约束条件。

优选的，所述第一约束条件包括：

fabs(V)<0.3m/s&&fabs(W)<0.3m/s，其中，V为所述探测点对应的径向速度，W为所述探测点对应的谱宽。

优选的，所述参数还包括：高度；

所述第一约束条件还包括：H<H1-H2，其中H1为雷达探测范围内最高地物高度，H2为雷达架设点海拔高度；

其中，H为所述探测点对应的高度。

优选的，所述参数集合中还包括：反射率、差分反射率、差分传播相移率、相关系数中的任意一种或几种的组合；

所述约束条件还包括：第二约束条件，所述第二约束条件为：待分析参数对应的各个粒子类型回波的模糊化处理结果中，地物回波的值最大，所述待分析参数为所述参数集合中的一个或任意几个或全部参数；

所述参数集合中的参数符合所述预先设定的约束条件集合中的所有约束条件还包括：

所述待分析参数符合所述第二约束条件。

优选的，判断所述待分析参数是否符合所述第二约束条件包括：

确定各个粒子类型对应的模糊化处理规则；

分别获得各个粒子类型对应的模糊化处理结果，该过程包括：获取一粒子类型对应的模糊化处理规则，利用所述模糊化处理规则分别模糊化处理所述各个待分析参数，得到各个待分析参数对应该粒子类型的模糊化处理结果，分别将各个待分析参数对应的模糊化处理结果与预设权重系数相乘，将相乘结果求和，得到所述粒子类型对应的模糊化处理结果；

判断地物回波对应的模糊化处理结果是否值最大，若是，则所述待分析参数符合第二约束条件，若否，则所述待分析参数不符合所述第二约束条件。

一种地物检测装置，包括：

参数集合获取模块，用于获取所述探测点回波对应的参数集合，所述参数集合中至少包括：速度和谱宽；

约束条件集合获取模块，用于获取预先设定约束条件集合，所述约束条件集合至少包括：包含有预设速度和预设谱宽第一约束条件；

检测模块，用于在所述参数集合中的参数符合所述预先设定的约束条件集合中的约束条件的情况下，确定所述探测点回波为地物回波，该探测点为地物，在所述探测点回波对应的约束参数不符合所述预设条件的情况下，确定所述探测点回波为气象回波，所述检测模块包括，第一检测单元，用于判断所述速度和谱宽是否符合所述第一约束条件。

优选的，所述检测模块还包括：第二检测单元，包括：

规则确定单元，用于确定各个粒子类型对应的模糊化处理规则；

结果获取单元，用于分别获得各个粒子类型对应的模糊化处理结果，该过程包括：获取一粒子类型对应的模糊化处理规则，利用所述模糊化处理规则分别模糊化处理所述各个待分析参数，得到待分析各个参数对应该粒子类型的模糊化处理结果，分别将各个待分析参数对应的模糊化处理结果与预设权重系数相乘，将相乘结果求和，得到所述粒子类型对应的模糊化处理结果，所述待分析参数为所述参数集合中的一个或任意几个或全部参数；

判断单元，用于判断地物回波对应的模糊化处理结果是否值最大，若是，则所述待分析参数符合第二约束条件，若否，则所述待分析参数不符合所述第二约束条件。

经由上述的技术方案可知，本申请实施例公开的地物检测方法，对探测点回波的参数进行分析，判断这些参数是否符合约束条件，如果符合，则意味着该探测点回波为地物回波，探测点为地物，而如果不符合，则探测点回波为气象回波，通过利用径向速度和谱宽构建的约束条件，对地物进行识别，从而使得地物能够被准确识别，提高人工作业的有效性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例公开的一种地物检测方法的流程图；

图2为本申请实施例公开的径向速度统计结果示意图；

图3为本申请实施例公开的谱宽统计结果示意图；

图4为本申请实施例公开的判断待分析参数是否符合第二约束条件的流程图；

图5为本申请实施例公开的获得各个粒子类型对应的模糊化处理结果的流程图；

图6为本申请实施例公开的beta隶属度函数示意图；

图7为本申请实施例公开的地物检测方法示意图；

图8为本申请实施例公开的一种地物检测装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例公开的一种地物检测方法流程如图1所示，包括：

步骤S101：获取所述探测点回波对应的参数集合。

参数集合中至少包括：探测点回波的速度和谱宽。

步骤S102：获取预先设定约束条件集合。

约束条件集合至少包括：包含有预设速度和预设谱宽第一约束条件。

通过对实际工作中的晴空条件下的晴空图进行分析，可以发现，径向速度和谱宽可以用来作为分析探测点是否为地物的有利条件。

图2所示为某一时刻的晴空回波图进行分析后得到的，径向速度统计结果，图3为谱宽统计结果。

由图3可知，对地物而言径向速度主要集中在0附近，且随着回波强度越强，径向速度越靠近零值，径向速度绝大多数不为零，说明有晴空回波存在，尤其是-5～0dBz的回波，径向速度很多大于1m/s,当设置V<0.3m/s时，并利用该条件对回波进行地物杂波剔除后。

如图4所示，速度谱宽W是对在一个距离库中速度离散度的度量，它与距离库内的各个反射体的运动速度和方向的差别成正比。当谱宽增加，速度估计的可靠性减小，一般情况下高谱宽值可以表明速度没有代表性，但是雷暴、湍流、风切变等恶劣天气会使谱宽值变高，而像地物回波相对雷达而言几乎是静止或速度非常小(V<0.3m/s)，所以速度离散度会很小，应当设置谱宽W<0.3m/s。

按照上述约束条件，对地物进行识别和剔除操作，无论雷达处于哪一个仰角，其效果都比较好。因此，在实际工作过程中，可以参考V<0.5m/s，W<0.5m/s。

本实施例中的约束条件为fabs(V)<0.3m/s&&fabs(W)<0.3m/s。

其中，V为所述探测点对应的径向速度，W为所述探测点对应的谱宽。该参数值是在晴空条件下，通过多次实验统计得到的。

步骤S103：判断参数集合中的参数是否符合所述预先设定的约束条件集合中的约束条件。

如果有2个参数，a和b，则分别判断这a参数是否分别符合其参数对应的约束条件，b参数是否符合其对应的约束条件。如果各个参数分别符合各自对应的约束条件，则意味着参数集合中的参数符合所述预先设定的约束条件集合中的约束条件。

步骤S104：若符合，则确定所述探测点回波为地物回波，该探测点为地物。

步骤S105：若不符合，则确定所述探测点回波为气象回波。

本申请实施例公开的检测方法中，对探测点回波的径向速度及谱宽进行分析，判断这两个参量是否符合约束条件，如果符合，则意味着该探测点回波为地物回波，探测点为地物，而如果不符合，则探测点回波为气象回波，气象回波包括：冰雹、雾等。通过利用径向速度和谱宽构建的约束条件，对地物进行识别，从而使得地物能够被准确识别，进而可以被有效的分离出，进而提高人工作业的有效性。

在本申请实施例公开的方案中，最关键的点在于，利用约束条件对探测点是否为地物进行判别，而在约束条件中，除了包含径向速度和谱宽外，还可以包括，探测点对应的高度H，而在约束条件中，同样包含H。约束条件中的H取值，是在晴空条件下，利用雷达进行不同仰角扫描，最终确定地物可能达到的高度，约束条件为H<H1-H2，其中H1为雷达探测范围内最高地物高度，H2为雷达架设点海拔高度，单位为km。

地物回波高度值H的设定是由对雷达周围的地物分布、海拔高度分析而得到的，一般是雷达探测范围内地物海拔高度最大值减去雷达架设点的海拔高度值。以北京为例，北京雷达探测范围内最高的山为灵山，海拔高度约2.3km，雷达架设地点海报高0.6km，所以地物回波高度可以设置为H<1.7km。

所述约束条件为：fabs(V)<0.3&&fabs(W)<0.3&&H<1.7km。只要探测点的径向速度、谱宽和高度同时满足这个条件，则该探测点的类型为地物。

在本实施例中，通过增加高度这一判断条件，能够更加准确的识别出地物，提高了粒子类型识别的准确性。

上述实施例中，探测点回波的谱宽和速度，都是利用普通雷达就能够探测到的，如果在实际工作中使用双偏振雷达，那除获得高度、谱宽、速度等参数外，还能获得能够体现探测点粒子形态的偏振参量，例如，反射率Z_h、相关系数ρ_HV、差分反射率Z_DR、差分传播相移率K_DP等。利用这些参数进行地物检测，能够在一定程度上提高检测结果的准确率。

利用这些参数进行检测的过程，可以参考图1所示流程，为每个参数设定合理范围，生成对应的约束条件，通过判断该参数值是否在合理范围内，来判断是否符合约束条件，进而确定是否为地物。当然，也可以从全部的参数中选择出一个或多个或者全部，作为待分析参数，然后设定与其对应的约束条件，例如第二约束条件，即，待分析参数对应的各个粒子类型回波的模糊化处理结果中，地物回波的值最大。

本实施例中，确定待分析参数为：反射率Z_h，差分反射率Z_DR，差分传播相移率K_DP，相关系数ρ_HV，以及速度V。

判断待分析参数是否符合第二约束条件的流程如图4所示，包括：

步骤S401：确定各个粒子类型对应的模糊化处理规则。

在本实施例中，为每一个粒子类型都设定了模糊化处理规则。该模糊化处理规则可以用beta隶属度函数来实现。其一是因为beta函数有一个很长的尾巴，可以改善模糊逻辑算法的鲁棒性；其二是beta函数具有一阶导数连续的特性，该特征有利于原始数据对参数进行自动调节。beta隶属度函数定义为：

其中参数a表示的函数的宽度，参数b表示的是斜率，参数m表示的是函数的中心点，x为输入值。

在本实施例中，每个粒子类型都对应一个beta隶属度函数，不同的例子类型对应的beta隶属度函数中，参数a，参数b和参数m的取值各不相同。

步骤S402：分别获得各个粒子类型对应的模糊化处理结果。

该过程可以看做是将如图5所示重复执行的过程，图5所示流程包括：

步骤S501：获取一粒子类型对应的模糊化处理规则。

本实施例以地物为例。

步骤S502：利用所述模糊化处理规则分别模糊化处理所述各个待分析参数，得到各个待分析参数对应该粒子类型的模糊化处理结果。

通过大量的实验可以知道，在粒子类型为地物时，探测点回波对应的各个待分析参数的取值范围如下表1所示：

表1地物回波各偏振参数范围

对于每一个偏振参数，beta隶属度函数可以如图6所示，图6中，如果参数的取值在表1范围内，则对应的模糊化处理结果的值为1。例如，速度的取值范围为-0.3～0.3(m/s)，也就是说，移动速度非常小的探测点，可以看做是没有移动，也就是为地物。如果参数的值为0.1，如图中所示，其模糊化处理的结果为1。按照相同的方式，依次获得各个待分析参数的模糊化处理结果。

步骤S503：分别将各个待分析参数对应的模糊化处理结果与预设权重系数相乘，将相乘结果求和，得到所述粒子类型对应的模糊化处理结果。

在本实施例中，各个参数对应的权重为：A_Zh＝0.5，A_Zdr＝0.5，A_Kdp＝0.4，A_ρhv＝0.4，A_V＝0.5。

按照如下公式进行加权计算，得到地物对应的模糊化处理结果。

其中，j代表不同的粒子类型的编号，i表示待分析参数的编号。

步骤S403：判断地物回波对应的模糊化处理结果是否值最大，若是，则执行步骤S404，若否，则执行步骤S405。

步骤S404：待分析参数符合第二约束条件。

步骤S405：待分析参数不符合所述第二约束条件。

假设将粒子类型分为地物和气象回波两种，图4和图5所示流程可以如图7所示示意图来表示。

图7中，将五个待分析参数分别按照地物对应的模糊化处理规则1进行处理，得到各自对应的模糊化结果，然后进行加权求和，得到地物对应的模糊化处理结果R_S1，同样，也将五个待分析参数分别按照气象回波对应的模糊化处理规则2进行处理，得到各自对应的模糊化结果，然后进行加权求和，得到气象回波对应的模糊化处理结果R_S2，最后通过一个比较器，比较出最大值，如果R_S1最大，则确定为符合第二约束条件，如果R_S2最大，则认为不符合第二约束条件。

本实施例仅仅是将地物和气象回波进行拆分后，举例说明地物检测过程。实际工作中，气象回波的种类很多，则相应的也会对应很多个模糊化处理规则，无论有多少模糊化处理规则，都参照本实施例公开的流程执行。

本实施例公开的地物检测方法中，由于引入了偏振参量，同时对偏振参量进行模糊化处理，对其结果进行判断，结合图1所示流程，能够大大提升地物检测结果的准确性，从而提高了人工影响天气工作的有效性。

本申请同时公开了一种地物检测装置，其结构如图8所示，包括：

参数集合获取模块801，用于获取所述探测点回波对应的参数集合，所述参数集合中至少包括：速度和谱宽；

约束条件集合获取模块802，用于获取预先设定约束条件集合，所述约束条件集合至少包括：包含有预设速度和预设谱宽第一约束条件；

检测模块803，用于在所述参数集合中的参数符合所述预先设定的约束条件集合中的约束条件的情况下，确定所述探测点回波为地物回波，该探测点为地物，在所述探测点回波对应的约束参数不符合所述预设条件的情况下，确定所述探测点回波为气象回波，所述检测模块包括，第一检测单元8031，用于判断所述速度和谱宽是否符合所述第一约束条件。

优选的，检测模块还包括：第二检测单元8032，包括：

规则确定单元80321，用于确定各个粒子类型对应的模糊化处理规则；

结果获取单元80322，用于分别获得各个粒子类型对应的模糊化处理结果，该过程包括：获取一粒子类型对应的模糊化处理规则，利用所述模糊化处理规则分别模糊化处理所述各个待分析参数，得到待分析各个参数对应该粒子类型的模糊化处理结果，分别将各个待分析参数对应的模糊化处理结果与预设权重系数相乘，将相乘结果求和，得到所述粒子类型对应的模糊化处理结果，所述待分析参数为所述参数集合中的一个或任意几个或全部参数；

判断单元80323，用于判断地物回波对应的模糊化处理结果是否值最大，若是，则所述待分析参数符合第二约束条件，若否，则所述待分析参数不符合所述第二约束条件。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于装置类实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。