基于多源信息融合的雷电预警方法及系统与流程

本发明涉及雷电预警领域，特别是基于多源信息融合的雷电预警方法及系统。

背景技术：

1、雷电是大气中强烈的放电现象，常常伴随着台风、冰雹等强对流天气现象，对此类相关性灾害天气有重要指示作用，也对区域及全球气候特征有重要影响。此外，雷电具有瞬时高电压、大电流、强电磁辐射等特征，是一种典型的自然强电磁危害源，严重威胁着人类的生命财产安全。随着社会经济水平的不断提高，计算机信息技术的迅速发展，雷电灾害造成的损失以及社会影响大有上升趋势。雷电具有破坏性、随机性等特点，应对随机性是雷电预警产品防范雷电灾害的主动预防目标。闪电定位仪、大气电场仪和多普勒雷达作为雷电监测重要的手段和数据来源。因此，积极开展雷电监测预警工作，做好充分防范措施，具有十分重大的意义。

2、本发明的目的在于将雷电预警信息路径进行分级处理，使其规整化，对不同的区级进行相应的动作，在根据动作后的预报数据对系统进行修正，提高系统精度。

技术实现思路

1、鉴于上述存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明所要解决的问题在于如何使雷电预警系统的预警准确度更高。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：基于多源信息融合的雷电预警方法，其包括，采集雷达数据、大气数据和闪电数据；根据所采集的数据获得逐个时次的雷电预警信息，将各类预警信息进行分区域定级，根据级别进行相应的动作；动作后收集预报数据，根据预报数据编制雷电预警精度验证的混淆矩阵，求出fis指标，结合fis指标对预警系统进行修正。

4、作为本发明所述基于多源信息融合的雷电预警方法的一种优选方案，其中：所述逐个时次的雷电预警信息包括逐个时次的基于雷达数据信息的雷电预警信息、逐个时次的基于大气数据信息的雷电预警信息和逐个时次的基于闪电数据信息的雷电预警信息；所述逐个时次的基于雷达数据信息的雷电预警信息包括，对所采集到的雷达数据进行坐标变换，将垂直、水平及仰角三个方向上的位置信息进行插值化，求出三个方向上分别对于笛卡尔坐标系的内插权重，根据内插权重把来自各个雷达的反射率场插值到统一的笛卡尔网格后，再进行拼接形成3-d拼图网格，3-d拼图网格可呈现出逐个时次的基于雷达数据信息的雷电预警信息。

5、作为本发明所述基于多源信息融合的雷电预警方法的一种优选方案，其中：所述逐个时次的基于闪电数据信息的雷电预警信息包括，利用多重插补算法对所采集的闪电数据进行补缺处理，补缺所缺少的数据，形成闪电预警数据集，采用k-means聚类算法对簇形闪电数据进行规则化，最终形成逐个时次的基于闪电数据信息的雷电预警信息。

6、作为本发明所述基于多源信息融合的雷电预警方法的一种优选方案，其中：所述逐个时次的基于闪电数据信息的雷电预警信息包括，利用多重插补算法对所采集的闪电数据进行补缺处理，补缺所缺少的数据，形成闪电预警数据集，采用k-means聚类算法对簇形闪电数据进行规则化，最终形成逐个时次的基于闪电数据信息的雷电预警信息。

7、作为本发明所述基于多源信息融合的雷电预警方法的一种优选方案，其中：所述分区域定级包括，在地理信息系统上叠加逐个时次的基于雷达数据信息的雷电预警信息和逐个时次的基于大气数据信息的雷电预警信息，将基于雷达数据信息的雷电预警移动路径和逐个时次的基于大气数据信息的雷电预警移动路径的重叠区域记作区域a，将非重叠区域中基于雷达数据信息的雷电预警移动路径覆盖区域记作区域b，将非重叠区域中基于大气数据信息的雷电预警移动路径覆盖区域记作区域c；设逐个时次的基于闪电数据信息的雷电预警移动路径经过区域记作区域d，与区域a、b、c进行叠加，对雷电预警区域进行初始化分级，分级原则如下：将区域a与逐个时次的基于闪电监测数据信息的雷电预警移动路径重叠部分构成区域e，初始化为ⅰ级区域；将区域b与逐个时次的基于闪电监测数据信息的雷电预警移动路径重叠部分构成区域f，初始化为ⅱ级区域，将区域a除去区域e，剩下的区域记作区域k，初始化为区域ⅲ级区域；将区域c与逐个时次的基于闪电监测数据信息的雷电预警移动路径重叠部分构成区域g，记作ⅳ级区域；将区域b中除去区域f，剩下的区域记作区域h，记作ⅴ级区域；将区域c中除去区域g，剩下的区域记作区域i，将区域d中除去区域e、f、g，剩下的区域记作区域j，将区域i和区域j记作ⅵ级区域。

8、作为本发明所述基于多源信息融合的雷电预警方法的一种优选方案，其中：所述进行相应的动作包括，当信息路径处于ⅰ级区域内时，发出雷电报警，当信息路径处于ⅳ级区域内时，发出雷电报警并检修雷达系统；当信息路径处于ⅱ级与ⅲ级区域内时进行持续观测，若数据类型仍处于当前区域内没有发生跳区现象则进行雷电报警，若发生跳区现象，当跳至ⅴ级与ⅵ级区域内且数据路径处于稳定时则不报警，当跳至ⅰ级区域内时则进行雷电报警；当信息路径处于ⅴ级与ⅵ级区域内时进行持续观测，若数据类型仍处于当前区域内没有发生跳区现象则不作报警，当发生跳区现象且数据路径处于稳定时则进行雷电报警。

9、作为本发明所述基于多源信息融合的雷电预警方法的一种优选方案，其中：所述混淆矩阵包括，将某一坐标点发生雷电事件记作事件a，则混淆矩阵计算方法如下：当周边区域发生雷电，并发出预警，记作tpa；当周边区域发生雷电，但未发出预警，记作fna；当周边区域未发生雷电，但发出预警，记作fpa；当周边区域未发生雷电，也未发出预警，记作tna；计算分类事件识别的精准率和召回率，所述精准率precision，对事件a的具体计算公式如下：

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11、所述召回率recall，对事件a的具体计算公式如下：

12、

13、所述f1s包括，

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15、所述对预警系统进行修正包括，设定事件a的预警精度阈值为ψa，ψa默认值设置为0.8，随着精度增加ψa也增加，判断fisa连续x周期内是否满足事件a的预警精度阈值ψa，x默认值设置为5或10分钟，随着精度增加x也增加；当x周期内的fisa大于等于ψa则正常运行，若小于ψa则对预警数据进行修正。

16、本发明的另外一个目的是提供一种基于多源信息融合的雷电预警系统，此系统可将雷电预警信息路径进行分级处理，对雷电进行预警，再根据误报率对雷电预警系统进行修正。

17、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：基于多源信息融合的雷电预警方法的系统，包括：数据采集模块、区域分级模块和修正模块；所述数据采集模块用于采集数据，通过基于多源信息融合的雷电预警管理平台的雷电数据管理系统，采集雷达数据、大气数据和闪电数据；所述区域分级模块用于对数据路径进行分区分级，根据所采集的数据获得逐个时次的雷电预警信息，将各类预警信息进行分区域定级，将区域分成ⅰ级、ⅱ级、ⅲ级、ⅵ级、ⅴ级和ⅵ级这6个等级，根据级别进行相应的动作；所述修正模块用于修正预警系统，动作后收集预报数据，根据预报数据编制雷电预警精度验证的混淆矩阵，求出fis指标，结合fis指标对预警系统进行修正。

18、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述基于多源信息融合的雷电预警方法的步骤。

19、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述基于多源信息融合的雷电预警方法的步骤。

20、本发明有益效果为：本发明结合雷达、大气电场、闪电等多源数据信息，针对各类数据的优势和精度，实现对雷电预警进行分区分级初始化处理，制定雷电预测精度指标，并结合指标情况，调整雷电预警级别，融合多源监测数据的雷电预警方法可提高预警的准确度和稳定性。