一种云层识别方法和系统与流程

1.本发明属于新能源并网运行技术领域，具体涉及一种云层识别方法和系统。


背景技术：

2.光伏发电系统为无惯量系统，云层遮挡带来的地表辐照强度变化会引起光伏出力剧烈波动，给电力系统安全稳定运行带来了严重影响。开展光伏发电功率超短期预测，实现对光伏出力快速波动的准确预测，是调控运行技术层面应对上述问题的有效手段之一。遮挡地表光伏电站的云层的生消、移动等是造成光伏出力难以准确预测的主要原因，实时监测云层、识别云层、预测云层移动是关键，但现有的云层识别方法主要通过图像灰度阈值或分裂窗方法，存在识别结果不足或对覆雪区域误识别的问题，致使基于识别结果的辐照强度估计不准确，造成光伏超短期预测结果精度不高。


技术实现要素：

3.为克服上述现有技术的不足，本发明提出一种云层识别方法，包括：
4.将地表附近气温模拟数据通过插值方法插入到卫星亮温数据的空间平面位置；
5.通过将地表附近气温模拟数据与卫星亮温数据的温度差与预先设置的温度差进行比较，获得云层识别结果。
6.优选的，所述通过将地表附近气温模拟数据与卫星亮温数据的温度差与预先设置的温度差进行比较，获得云层识别结果，包括：
7.将同一空间平面位置的地表附近气温模拟数据与卫星亮温数据的温度差与预先设置的温度差进行比较；
8.当同一空间平面位置的地表附近气温模拟数据与卫星亮温数据的温度差大于等于预先设置的温度差时，则所述同一空间平面位置有云层；
9.当同一空间平面位置的地表附近气温模拟数据与卫星亮温数据的温度差小于预先设置的温度差时，则所述同一空间平面位置无云层；
10.汇总所述同一空间平面位置的云层识别结果进行输出。
11.优选的，所述空间平面位置为地表附近气温模拟数据和卫星亮温数据空间水平分辨率一致的空间平面位置。
12.优选的，所述插值方法，包括：三次样条插值方法和双线性插值。
13.优选的，所述将地表附近气温模拟数据通过插值方法插入到卫星亮温数据的空间平面位置，按下式计算：
14.15.其中，f(l)为在l位置处插值的地表附近气温模拟数据，l为位置变量，mi′
,j
′
为(i
′
,j
′
)位置处的三次样条函数的二阶导函数，m
(i
′
,j
′
)+1
为与(i
′
,j
′
)相邻位置处的三次样条函数的二阶导函数，δh
′i′
,j
′
为在(i
′
,j
′
)位置与相邻位置的欧氏距离，li′
,j
′
为在(i
′
,j
′
)位置处的位置变量，l
(i
′
,j
′
)+1
为在(i
′
,j
′
)+1位置处的位置变量，ti′
,j
′
为在(i
′
,j
′
)位置处的地表附近气温模拟数据，t
(i
′
,j
′
)+1
为在(i
′
,j
′
)+1位置处的地表附近气温模拟数据。
16.基于同一发明构思，本发明还提供了一种云层识别系统，包括：
17.模拟数据插入模块和云层识别模块；
18.所述模拟数据插入模块，用于将地表附近气温模拟数据通过插值方法插入到卫星亮温数据的空间平面位置；
19.所述云层识别模块，用于通过将地表附近气温模拟数据与卫星亮温数据的温度差与预先设置的温度差进行比较，获得云层识别结果。
20.优选的，所述云层识别模块，具体用于：
21.将同一空间平面位置的地表附近气温模拟数据与卫星亮温数据的温度差与预先设置的温度差进行比较；
22.当同一空间平面位置的地表附近气温模拟数据与卫星亮温数据的温度差大于等于预先设置的温度差时，则所述同一空间平面位置有云层；
23.当同一空间平面位置的地表附近气温模拟数据与卫星亮温数据的温度差小于预先设置的温度差时，则所述同一空间平面位置无云层；
24.汇总所述同一空间平面位置的云层识别结果进行输出。
25.优选的，所述模拟数据插入模块的空间平面位置为地表附近气温模拟数据和卫星亮温数据空间水平分辨率一致的空间平面位置。
26.优选的，所述模拟数据插入模块的插值方法，包括：三次样条插值方法和双线性插值。
27.优选的，所述模拟数据插入模块，按下式计算：
[0028][0029]
其中，f(l)为在l位置处插值的地表附近气温模拟数据，l为位置变量，mi′
,j
′
为(i
′
,j
′
)位置处的三次样条函数的二阶导函数，m
(i
′
,j
′
)+1
为与(i
′
,j
′
)相邻位置处的三次样条函数的二阶导函数，δh
′i′
,j
′
为在(i
′
,j
′
)位置与相邻位置的欧氏距离，li′
,j
′
为在(i
′
,j
′
)位置处的位置变量，l
(i
′
,j
′
)+1
为在(i
′
,j
′
)+1位置处的位置变量，ti′
,j
′
为在(i
′
,j
′
)位置处的地表附近气温模拟数据，t
(i
′
,j
′
)+1
为在(i
′
,j
′
)+1位置处的地表附近气温模拟数据。
[0030]
与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：
[0031]
1.本发明提供了一种云层识别方法和系统，包括：将地表附近气温模拟数据通过插值方法插入到卫星亮温数据的空间平面位置；通过将地表附近气温模拟数据与卫星亮温数据的温度差与预先设置的温度差进行比较，获得云层识别结果；本发明通过将地表附近气温模拟数据插入到卫星亮温数据的空间平面位置，使两个数据的空间水平分辨率一致，
通过本发明可更为准确的识别云层，有效区分地表覆雪与云层且性能优越。
[0032]
2.本发明通过将同一空间平面位置的地表附近气温模拟数据与卫星亮温数据的温度差与预先设置的温度差进行比较，可以快速获得该位置的云层识别结果。
附图说明
[0033]
图1为本发明提供的一种云层识别方法流程示意图；
[0034]
图2为本发明提供的一种云层识别系统示意图。
具体实施方式
[0035]
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。
[0036]
实施例1：
[0037]
本发明提供的一种云层识别方法如图1所示，包括：
[0038]
步骤1：将地表附近气温模拟数据通过插值方法插入到卫星亮温数据的空间平面位置；
[0039]
步骤2：通过将地表附近气温模拟数据与卫星亮温数据的温度差与预先设置的温度差进行比较，获得云层识别结果。
[0040]
具体的，步骤1包括：
[0041]
通过任一卫星红外通道(3.7μm～13.5μm)获得卫星亮温数据b，卫星亮温数据的空间水平分辨率为δh，地表附近气温模拟数据t的空间水平分辨率为δh
′
，卫星亮温数据和地表附近气温模拟数据的空间水平分辨率不相同，将云层空间划分成空间网格，在空间网格中第(i，j)位置处的卫星亮温数据为b
i,j
，第(i’，j’)位置处的地表附近气温数据为ti′
,j
′
，插值方法包括三次样条插值方法和双线性插值，一般地表附近气温模拟数据的空间水平分辨率较卫星亮温数据低，因此将地表附近气温模拟数据插值至卫星亮温数据相同空间水平分辨率，计算式如下：
[0042][0043]
其中，f(l)为在l位置处插值的地表附近气温模拟数据，l为位置变量，mi′
,j
′
为(i
′
,j
′
)位置处的三次样条函数的二阶导函数，m
(i
′
,j
′
)+1
为与(i
′
,j
′
)相邻位置处的三次样条函数的二阶导函数，δh
′i′
,j
′
为在(i
′
,j
′
)位置与相邻位置的欧氏距离，li′
,j
′
为在(i
′
,j
′
)位置处的位置变量，l
(i
′
,j
′
)+1
为在(i
′
,j
′
)+1位置处的位置变量，ti′
,j
′
为在(i
′
,j
′
)位置处的地表附近气温模拟数据，t
(i
′
,j
′
)+1
为在(i
′
,j
′
)+1位置处的地表附近气温模拟数据，(i
′
,j
′
)+1位置为与(i
′
,j
′
)网格相邻的(i
′
+1,j
′
)、(i
′‑
1,j
′
)、(i
′
,j
′
+1)和(i
′
,j
′‑
1)的位置；本发明将空间水平分辨率较低的地表附近气温模拟数据插入到卫星亮温数据中，使两个数据的空间水平分辨率一致，为后续的云层识别奠定了基础。
[0044]
具体的，步骤2包括：
[0045]
高空中云层的温度可认为于大气温度相同，在大气边界层以内，气温一般随高度
的增加而降低，因此云层的温度显著低于地表附近大气温度，而无云层时，卫星遥感亮温即为地表温度，与近地表气温相差不大，将同一空间平面位置的地表附近气温模拟数据与卫星亮温数据的温度差与预先设置的温度差进行比较；当同一空间平面位置的地表附近气温模拟数据与卫星亮温数据的温度差大于等于预先设置的温度差时，则所述同一空间平面位置有云层；当同一空间平面位置的地表附近气温模拟数据与卫星亮温数据的温度差小于预先设置的温度差时，则所述同一空间平面位置无云层，计算式如下：
[0046][0047]
式中，s
i,j
为(i，j)位置处的云层标识变量，t
i,j
为在(i，j)位置处的地表附近气温模拟数据，b
i,j
为在(i，j)位置处的卫星亮温数据，δt为预先设置的温度差，1代表(i，j)位置有云层，0代表(i，j)位置无云层。
[0048]
将同一空间平面位置的云层识别结果以云层标识矩阵的形式进行识别汇总，其形式如下所示：
[0049][0050]
式中，s
cloud
为云层标识矩阵，s
i,j
为(i，j)位置处的云层标识变量，i＝1,2,
…
m；j＝1,2,
…
n；本发明通过比较在云层大气处的卫星亮温数据和地表附近大气温度，来判断同一空间平面位置是否有云层，这种方法可更为准确的识别云层，有效区分地表覆雪与云层，实际应用显示，本发明获得的云层识别结果与实际人工判断云层结果的吻合度达到94.1％，性能优越。
[0051]
实施例2：
[0052]
本发明提供的一种云层识别系统如图2所示，包括：
[0053]
模拟数据插入模块和云层识别模块；
[0054]
所述模拟数据插入模块，用于将地表附近气温模拟数据通过插值方法插入到卫星亮温数据的空间平面位置；
[0055]
所述云层识别模块，用于通过将地表附近气温模拟数据与卫星亮温数据的温度差与预先设置的温度差进行比较，获得云层识别结果。
[0056]
优选的，所述云层识别模块，具体用于：
[0057]
将同一空间平面位置的地表附近气温模拟数据与卫星亮温数据的温度差与预先设置的温度差进行比较；
[0058]
当同一空间平面位置的地表附近气温模拟数据与卫星亮温数据的温度差大于等于预先设置的温度差时，则所述同一空间平面位置有云层；
[0059]
当同一空间平面位置的地表附近气温模拟数据与卫星亮温数据的温度差小于预先设置的温度差时，则所述同一空间平面位置无云层；
[0060]
汇总所述同一空间平面位置的云层识别结果进行输出。
[0061]
优选的，所述模拟数据插入模块的空间平面位置为地表附近气温模拟数据和卫星亮温数据空间水平分辨率一致的空间平面位置。
[0062]
优选的，所述模拟数据插入模块的插值方法，包括：三次样条插值方法和双线性插值。
[0063]
优选的，所述模拟数据插入模块，按下式计算：
[0064][0065]
其中，f(l)为在l位置处插值的地表附近气温模拟数据，l为位置变量，mi′
,j
′
为(i
′
,j
′
)位置处的三次样条函数的二阶导函数，m
(i
′
,j
′
)+1
为与(i
′
,j
′
)相邻位置处的三次样条函数的二阶导函数，δh
′i′
,j
′
为在(i
′
,j
′
)位置与相邻位置的欧氏距离，li′
,j
′
为在(i
′
,j
′
)位置处的位置变量，l
(i
′
,j
′
)+1
为在(i
′
,j
′
)+1位置处的位置变量，ti′
,j
′
为在(i
′
,j
′
)位置处的地表附近气温模拟数据，t
(i
′
,j
′
)+1
为在(i
′
,j
′
)+1位置处的地表附近气温模拟数据。
[0066]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0067]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0068]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0069]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0070]
最后应当说明的是:以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:本领域技术人员阅读本发明后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。