[發明專利]一種基于三維干旱體結構的干旱事件識別方法

有效

• 申請號: 202010401408.5
• 申請日: 2020-05-13
• 公開（公告）號: CN111598999B
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發明（設計）人: 聞昕;涂玉虹;譚喬鳳;方國華;呂俞錫;陳然;黃顯峰
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06K9/62
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 徐紅梅

本發明公開了一種基于三維干旱體結構的干旱事件識別方法，包括計算干旱指標，確定干旱指標閾值；對干旱指標數據進行預處理，并將預處理后的干旱指標數據導入Voxler平臺；干旱指標數據網格化；三維干旱體結構提取；獲取干旱事件起始與結束時間；優化可視化表達效果。本發明方法從三維時空角度出發，基于時空聚類思想提出了一種完整提取干旱事件，構建三維干旱體結構，模擬干旱發展演變過程的方法，避免了干旱三維聚類算法識別過程中最小干旱面積A0參數選取的主觀性，克服了過去干旱識別中遺漏部分輕度干旱事件的缺陷，為完整、精確地識別干旱事件全過程提供了新的方法和技術，也為下一步全面解析和評價干旱時空演變特征打下了較好的基礎。

技術領域

本發明涉及干旱識別技術，具體涉及一種基于三維干旱體結構的干旱事件識別方法。

背景技術

目前，國內外對于干旱事件的識別大多數采用一維時間識別法，即由Yevjevich等(1967)提出的游程理論(Run Theory)，對干旱指標時間序列設定一個閾值，若連續小于該閾值則為負游程，從中提取出干旱歷時、干旱強度、干旱烈度等特征。也有部分研究在二維空間中進行干旱識別，通過不同時期的干旱指數空間分布掌握干旱演變趨勢與規律。例如Andreadis(2005)采用了連續多張空間相關聯的土壤濕度圖像，分析美國區域性干旱的時空發展過程，在干旱網格的3×3鄰域附近搜索并提取干旱斑塊，實現了干旱事件二維平面識別。Sheffield等(2009)采用空間聚類方法識別干旱斑塊，將干旱斑塊看做在空間上連續的區域，這些區域可以隨時間合并或分解，并使用SAD(烈度-面積-歷時)曲線在不同時間和空間范圍內識別全球大規模連續干旱事件。

以往大多數研究將三維時空連續的干旱事件簡化到一維時間和二維空間上進行識別，主要研究某一時間段內干旱的空間變異性和某一區域內干旱的時間動態變化，僅針對干旱在空間或時間維度上獨立的演變情況，導致無法完整、連續地描述干旱時空變化過程，研究耦合時間與空間維度的三維識別方法是新的研究熱點。

目前國內外對干旱三維時空識別方法的研究較少。許凱等(2015)提出三維聚類算法識別1961-2012年我國西南地區的干旱事件，通過空間連續性和時間連續性判別，對干旱事件的時空變化過程進行了三維完整刻畫，其他學者運用該識別方法取得了一些研究成果。例如，Herrera等(2017)應用三維聚類算法在全球范圍內識別了1979-2009年期間的1420個干旱聚類，并跟蹤了聚類中心的演化。Guo等(2018)運用三維聚類算法識別亞洲中部的干旱事件，構建緯度-經度-時間三維空間，識別出歷時不小于3個月的60多場干旱事件，研究其空間格局和時間演變。

然而，由于三維聚類算法在識別過程中過多的微小干旱事件會影響統計分析，在不影響大范圍干旱識別的前提下，會導致一些微小干旱事件無法被識別，需要將小于最小面積閾值A0的干旱斑塊濾除，A0會直接影響干旱時空連續性識別的結果，而該參數的選取具有一定的主觀性。

干旱事件通常具有一定的持續時間和影響范圍，呈現出“多要素”、“多屬性”和“多尺度”的特點，同時，不同要素、多種屬性、各時空尺度相互耦合，共同構成了干旱事件發展過程的時空變異特征，也進一步增加了該問題的維度和復雜程度。在以往的干旱識別方法中，從一維的游程理論、二維的空間搜索到三維的聚類算法，通常將干旱事件識別結果與歷史旱災記載或前人研究結果相對照，識別過程中為了不影響主要干旱事件的識別與統計分析，往往將小干旱事件予以濾除，因而不可避免地存在遺漏部分輕度干旱事件的缺陷。因此，無法精確地解析干旱事件全過程在不同時空尺度耦合下的演變和發展規律。

發明內容

發明目的：本發明的目的是提供一種完整提取干旱事件，構建三維干旱體結構，模擬干旱發展演變過程的方法，避免了干旱三維聚類法識別過程中最小干旱面積A0參數選取的主觀性。