[發明專利]一種基于GRU網絡模型的電離層TEC單點預測方法及系統

在審

• 申請號: 202010058571.6
• 申請日: 2020-01-19
• 公開（公告）號: CN113139327A
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 殷夢婷;鐘佳;李云龍;胡曉彥;鄒自明
• 申請（專利權）人: 中國科學院國家空間科學中心
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06N3/04;G06N3/08;G01D21/02
• 代理公司: 北京方安思達知識產權代理有限公司 11472
• 代理人: 楊青;陳琳琳

1.一種基于GRU網絡模型的電離層TEC單點預測方法，所述方法包括：

對收集的電離層電子濃度總含量數據、太陽指數數據和地磁指數數據進行預處理；

將預處理后的前5天的電離層電子濃度總含量、太陽指數數據和地磁指數數據輸入預先訓練好的電離層TEC預測模型組，輸出第6天的電離層電子濃度總含量。

2.根據權利要求1所述的基于GRU網絡模型的電離層TEC單點預測方法，其特征在于，所述對收集的電離層電子濃度總含量數據、太陽指數數據和地磁指數數據進行預處理，具體包括：

將電離層電子濃度總含量數據解析成網格數據；

按照經緯度將網格數據轉換成時間序列格式，包含時間、經度、緯度、電離層電子濃度總含量；

根據預先設定的經緯度網格點，提取網格點對應的電離層電子濃度總含量，時間分辨率插值為1小時；

對太陽指數數據和地磁指數數據的異常值進行處理后，將網格點對應的電離層電子濃度總含量、太陽指數數據和地磁指數數據，整理為基于同一時間，時序格式的預處理數據；

所述太陽指數數據具體包括：太陽活動大小標志SSN、太陽EUV輻射變化f10.7；

所述地磁指數數據具體包括：行星際磁場南向分量Bz、全球地磁擾動等級Kp、描述磁暴期間環電流變化Dst、行星性等效三小時幅度ap和極區地磁指數AE。

3.根據權利要求2所述的基于GRU網絡模型的電離層TEC單點預測方法，其特征在于，所述電離層TEC預測模型組包含若干個電離層TEC單點預測模型，每個電離層TEC單點預測模型對應一個緯度，均采用GRU網絡結構，將包含電離層電子濃度總含量、行星際磁場南向分量Bz、全球地磁擾動等級Kp、描述磁暴期間環電流變化Dst、極區地磁指數AE和太陽EUV輻射變化f10.7的參數組合作為預測模型的輸入參數，單點電離層TEC值作為預測模型的輸出。

4.根據權利要求3所述的基于GRU網絡模型的電離層TEC單點預測方法，其特征在于，所述方法還包括：對電離層TEC單點預測模型進行訓練的步驟，具體包括：

建立訓練集；

將訓練集數據輸入GRU網絡，調整神經元個數、激活函數和學習率，進行訓練，得到電離層TEC單點預測模型。

5.根據權利要求4所述的基于GRU網絡模型的電離層TEC單點預測方法，其特征在于，所述建立訓練集，具體包括：

按照確定的緯度對收集的電離層電子濃度總含量、太陽指數數據和地磁指數數據進行挑選組合；

將挑選后的參數組合數據轉換為時序格式的候選數據；

通過最大最小值歸一化，將電離層電子濃度總含量數據歸一化到0-1區間；

對候選數據進行滑動切分，每6天為一個片段，前5天的數據為一個訓練樣本數據，第6天的數據為訓練期望數據，得到該緯度的訓練樣本，構成訓練集。

6.一種基于GRU網絡模型的電離層TEC單點預測系統，其特征在于，所述系統包括：訓練好的電離層TEC預測模型組、預處理模塊和輸出模塊；

所述訓練好的電離層TEC預測模型組包括若干個并行的電離層TEC單點預測模型；

所述預處理模塊，用于對收集的電離層電子濃度總含量數據、太陽指數數據和地磁指數數據進行預處理；

輸出模塊，用于將預處理后的前5天的電離層電子濃度總含量、太陽指數數據和地磁指數數據輸入預先訓練好的電離層TEC預測模型組，輸出第6天的電離層電子濃度總含量。