[發明專利]一種融合衛星遙感和移動通信基站信號的降雨觀測方法

有效

• 申請號: 201811608784.0
• 申請日: 2018-12-27
• 公開（公告）號: CN109697323B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 劉德地;尹家波
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G01W1/14
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 嚴彥

本發明公開了一種融合衛星遙感和移動通信基站信號的降雨觀測方法，包括對于目標區域內的每一個微波鏈路，均采用不同的雨衰雨強模型分別建立雨衰與雨強的聯系，并推求相應的鏈路降雨強度；對目標區域劃分網格，推求歷史時期不同雨衰雨強模型下的區域降雨量；通過衛星遙感的歷史時期的大尺度觀測數據優選雨衰雨強模型；采用優選的雨衰雨強模型，基于移動通信基站的實時動態雨衰數據，觀測高空間分辨率的實時雨強信息。本發明充分發揮衛星遙感觀測降雨技術和微波鏈路實時觀測雨強技術的優勢，提供了實時、動態、高精度的降雨觀測模式，可為防洪減災和流域規劃提供重要且可操作性強的參考依據。

技術領域

本發明涉及降雨觀測技術領域，具體地說涉及一種融合衛星遙感和移動通信基站信號的降雨觀測方法。

背景技術

降雨是農林、水利、水文、采礦等許多行業或領域重要的氣象監測數據，對于工農業生產、水利開發、江河防洪和工程管理等方面具有重要意義。當前，降雨觀測數據的合理精度是城市規劃、水資源開發、防洪預警等許多領域的重要需求，關系到生態環境的健康穩定和經濟社會可持續發展。

中國目前的降雨數據主要依賴衛星遙感、雷達和地面雨量站三種，但是它們在降雨觀測方面存在諸多不足。衛星遙感主要通過氣象衛星的搭載傳感器，實現對空中降雨的測量，但是衛星遙感技術存在空間分辨率低的問題，難以滿足實際要求；雷達測量也受到地形遮擋、雷達射線抬升的影響，而且需要定期維護、費用高昂，難以全面推廣使用；地面雨量站能夠提供高精度的地面點觀測降水，但是使用壽命短、價格昂貴、安裝維護復雜，難以在偏遠地區大批量使用。我國水利氣象農林各領域迫切需要實時降雨信息的方法，尤其是在偏遠地區，降雨基礎數據的嚴重缺乏制約了水資源開發和生態環境維護。

微波信號在近地層大氣中傳播時會受到大氣介質的影響而發生吸收、衰減、散射、極化以及傳播路徑的彎曲等,其中雨、雪等降水粒子對微波的影響尤為明顯。近年來，隨著移動通信技術的深入發展，移動通信基站具有高密度、低成本的優勢，有學者提出了利用微波信號的衰減特征反演降雨強度的方法。

例如：楊紅衛，何晨，諸鴻文等發表的基于人工神經網絡的毫米波雨衰減預報[J].上海交通大學學報，2001,35(1):13-16；在考慮電波雨衰減與工作頻率、仰角、降雨率、極化角等多個參數的綜合非線性映射的基礎上，建立了人工神經網絡的毫米波雨衰減預報模型。

印敏、姜世泰、高太長等發表的微波雨衰特性在降雨測量中的應用[J].氣象科技，2015,43(1):1-7；進行了15～20GHz頻段鏈路測量降雨的試驗研究，通過實際接收電平與基準接收電平的雨衰減差值反演了計算實際降雨量。

然而，現有文獻通常僅能獲得通信路徑上沿鏈路的降雨值，而水文氣象領域需要區域性降雨數據，現有方法難以滿足要求；同時，由于缺乏測量驗證數據，現有方法只能主觀地選取一種模型來建立雨強與雨衰的關系，存在較大的不確定性和任意性，不能解決區域性降雨觀測問題。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術存在的不足，基于移動通信基站的微波鏈路雨衰反演路徑降雨值，再通過網格加權鏈路法獲得區域降雨量，并通過衛星遙感的歷史時期的大尺度觀測數據優選雨衰雨強模型，提供一種融合衛星遙感和移動通信基站信號的降雨觀測方法。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為一種融合衛星遙感和移動通信基站信號的降雨觀測方法，包括以下步驟，

步驟1，對于目標區域內的每一個微波鏈路，均采用不同的雨衰雨強模型分別建立雨衰與雨強的聯系，并推求相應的鏈路降雨強度；

步驟2，對目標區域劃分網格，推求歷史時期不同雨衰雨強模型下的區域降雨量；

步驟3，通過衛星遙感的歷史時期的大尺度觀測數據優選雨衰雨強模型；

步驟4，采用優選的雨衰雨強模型，基于移動通信基站的實時動態雨衰數據，觀測高空間分辨率的實時雨強信息。