[發(fā)明專利]仿真設備、仿真方法和存儲器介質

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201580045955.1
• 申請日: 2015-08-18
• 公開（公告）號: CN106605225A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發(fā)明（設計）人: 佐藤峰斗;荒木壯一郎
• 申請（專利權）人: 日本電氣株式會社
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G01N33/24;G01S17/88
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所11256
• 代理人: 王茂華,辛鳴

技術領域

本發(fā)明涉及一種在計算機中對在真實世界和假想情形中發(fā)生的現(xiàn)象進行數(shù)學地建模和數(shù)值地計算的仿真技術。

背景技術

仿真在計算機中對在真實世界和假想情形中發(fā)生的現(xiàn)象進行數(shù)學地建模和數(shù)值地計算。數(shù)學建模實現(xiàn)隨著如希望的那樣設置的時間和空間來執(zhí)行計算。這樣的仿真實現(xiàn)預測其中獲得實際結果有困難的情形(例如，在其中執(zhí)行觀測有困難的地方的情形)和將來可能出現(xiàn)的事件。用于計算的可變條件有意地實現(xiàn)研究在難以實際地觀測的情形中的特征和行為。可以投入這樣的仿真結果以用作在對因果關系的理論澄清、設計、計劃等中的指示符。

具體而言，仿真在其中在如下情形中在寬范圍內(nèi)連續(xù)地希望掌握和理解狀態(tài)的情況下有效，在該情形中，實際獲得的觀測數(shù)據(jù)具有條數(shù)少的數(shù)據(jù)和不僅空間上而且時間上偏移的分布。然而，仿真僅數(shù)學模仿現(xiàn)實，并且其準確度因此依賴于多么深入地理解和多么如實地模仿現(xiàn)實。因此，在以其實際觀測數(shù)據(jù)如以上描述的那樣數(shù)量小并且其被不完整地理解的現(xiàn)象為目標的情況下，模型變得包括不完整性。另外，由于離散地執(zhí)行計算，所以要求對目標域的分割和大量計算以在寬范圍內(nèi)連續(xù)地掌握它。然而，在實踐中，除了根據(jù)可允許計算時間和計算資源設置包括不完整性的計算條件之外別無選擇。這樣的不完整性減少仿真準確度。

因此，作為一種用于在具有這樣的不完整性的條件之下提高仿真準確度的方案，已知數(shù)據(jù)同化。數(shù)據(jù)同化是一種將從現(xiàn)實獲得的觀測數(shù)據(jù)并入到數(shù)值仿真中的方法。即使基于相同數(shù)學模型來執(zhí)行仿真，仍然根據(jù)前述內(nèi)部不完整性、給定的初始條件、邊界條件等來產(chǎn)生各種結果。數(shù)據(jù)同化從各種仿真結果搜索出最佳地說明在現(xiàn)實中獲得的觀測數(shù)據(jù)的結果，并且同時更新模型和條件。

經(jīng)常在地球科學和海洋學中使用的數(shù)據(jù)同化不僅已經(jīng)尤其地在氣象學中得到發(fā)展，而且已經(jīng)有助于提高日常天氣預報的準確度，而且已經(jīng)相繼地提出了它的新方法。這部分地因為涉及天氣的觀測技術的改進已經(jīng)使可獲得的觀測數(shù)據(jù)變得多樣化，并且數(shù)據(jù)量已經(jīng)不僅在空間上而且在時間上增加。

在天氣預報中，提高仿真的空間和時間準確度以準確地預測迅速地發(fā)展的雷雨云和降雨也是一個問題。作為一種用于應對這樣的問題的有關技術，已知在PTL 1中公開的一種天氣預測設備。該天氣預測設備使用由在許多位置放置的并且實現(xiàn)頻繁觀測的GPS接收器收集的可降水數(shù)據(jù)、由多普勒雷達收集的風向和風速數(shù)據(jù)以及由雷達-AMeDAS收集的降水強度數(shù)據(jù)。天氣預測設備接受實時或者準實時測量的上述數(shù)據(jù)，并且使用三維變分方法來執(zhí)行數(shù)據(jù)同化。作為用于應對以上描述的問題的另一種有關技術，已知在PTL 2中公開的一種同化設備和一種網(wǎng)格化設備。在來自多個觀測設備的多條數(shù)據(jù)異步時，同步設備借助插值處理在時間軸上重新組織多條觀測數(shù)據(jù)以同步多條觀測數(shù)據(jù)，從而使得多條觀測數(shù)據(jù)指示相同時間的多條觀測數(shù)據(jù)。網(wǎng)格化設備在目標域中重新組織在多個地方收集的經(jīng)同步的多條觀測數(shù)據(jù)，從而使得多條觀測數(shù)據(jù)被定位在水平空間中有固定距離間隔的網(wǎng)格點(格點)。

在由天氣或者海洋環(huán)境驟變引起的自然災害、人為事故等之后，要求在寬范圍內(nèi)準確地掌握土壤的狀態(tài)。為了實現(xiàn)該要求，通過使用寬測距觀測手段和用高準確度觀測和估計土壤的狀態(tài)變成一個問題。作為一種用于應對這樣的問題的有關技術，已知在PTL 3中公開的一種方法。雖然不是一種利用仿真的方法，但是該方法使用在三個或者更多時間收集的衛(wèi)星圖形來估計代表土壤的對應狀態(tài)的特征數(shù)量。關于更多細節(jié)，在沒有用于在現(xiàn)場中進行觀測和調查的足夠時間和成本或者迫近現(xiàn)場有危險時，該方法使用由在人造衛(wèi)星上裝配的合成孔徑雷達(SAR)等收集的圖像數(shù)據(jù)。該方法使用衛(wèi)星SAR圖像來實現(xiàn)迅速地、在寬范圍內(nèi)和安全地掌握土壤的狀態(tài)。作為具體示例，在PTL 3中描述了如下示例，在該示例中，基于在三個時間收集的衛(wèi)星圖像中記錄的土壤濕度含量指標值的改變，估計在海嘯出現(xiàn)之后在沿海區(qū)域中的土壤鹽度和排水能力：在海嘯出現(xiàn)之前；緊接其后；以及在數(shù)月以后。