[發明專利]基于云團邊緣識別的云團位移矢量計算方法及裝置

在審

• 申請號: 202011218307.0
• 申請日: 2020-11-04
• 公開（公告）號: CN112419407A
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 梅生偉;張雪敏;周子杰;甄釗;楊瀅璇
• 申請（專利權）人: 清華大學;國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院;國家電網有限公司;中國電力科學研究院有限公司
• 主分類號: G06T7/73
• 分類號: G06T7/73;G06T7/66;G06T7/11;G06T7/13;G06T5/30
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 李文清

本發明實施例提供一種基于云團邊緣識別的云團位移矢量計算方法及裝置，該方法包括：從當前云圖中分割出云團區域；提取每個云團區域的外邊緣；在每個云團區域的外邊緣上確定沿所述外邊緣分布的各塊區域的中心點，并根據各塊區域的中心點確定各塊區域的位置；根據各塊區域的位置，基于塊匹配算法計算各塊區域的位移矢量。本發明實施例使得各個云團不同位置的位移矢量信息得以表達，并提高計算效率與精度。

技術領域

本發明涉及位移矢量計算技術領域，尤其涉及一種基于云團邊緣識別的云團位移矢量計算方法及裝置。

背景技術

光伏功率預測主要有四種分類方式，即預測時間尺度、預測空間尺度、預測過程和預測方法。云團的遮擋是影響光伏出力的主要因素。當光伏電站上空存在云團遮擋時，部分光照無法穿過云層，進而導致電站光伏板接收的太陽輻照度減少，使得該電站的光伏功率出現驟降。云團的移動和生消形變是導致光伏出力出現不確定波動的根本原因之一。基于云圖對云團位移矢量進行計算與預測，是光伏功率預測的重要環節。

目前主要的云團位移矢量計算方法包括兩個步驟，云團識別和云位移矢量計算。云團識別的主要目的是將代表云團的像素與背景區分開，進而排除像素亮度差異對位移矢量計算的干擾，其實質上是一個將灰度圖或者彩色圖轉化為二值圖像的過程。云位移矢量計算是算法的核心環節，由于云團在運動過程中存在生消形變，因此傳統的運動矢量計算方法，如計算重心移動距離等往往不再適用。

目前，基于云圖數據的云運動矢量計算方法主要有塊匹配法、Lucas–Kanade光流法和相位相關算法三種。塊匹配法是運動估計的常用方法，廣泛應用于二維圖像數據的運動分析。其基本原理是基于當前幀中一定大小的分區域，按照一定的度量方法，在當前幀的前后幀的一定范圍內尋找最佳匹配分區域。其中，互相關系數(Cross-correlationCoefficient，CCC)、絕對值差值總和(Sum of Absolute Valued Differences，SAVD)和平方差值總和(Sum of Squared Difference，SSD)是三種常用的度量方法。Lucas–Kanade光流法是一種光流估計的差分方法，它計算了兩幀圖像在t到t+δt時間內每個像素點位置的移動，廣泛應用于圖像速度計算當中。相位相關算法是一種利用傅立葉變換的性質的圖像配準方法。圖像的特征矩陣經過傅立葉變換后，時域上的相關運算就可以轉化為頻域上的運算。圖像發生平移時，對應的幅值譜不變，相位相關算法就是根據這一原理提出的。

上述三種云位移矢量計算方法存在著三方面的缺陷。第一，計算效率較低，當前的三種計算方法均是對云圖全域進行位移矢量計算，計算的數據量相對較大，特別是對像素點眾多的衛星云圖而言，分析一張云圖的時間極長，無法滿足超短期預測實時性的要求。第二，計算精度較低，由于云團在運動過程中存在著生消形變現象，且這三種算法在計算位移矢量時無法準確定位云團位置，因此得到的位移矢量結果往往與實際存在較大偏差。第三，得到的信息量少，Lucas–Kanade光流法和相位相關算法得到的是整張云圖的位移矢量結果，塊匹配法得到的是云圖各緊列的塊區域的位移矢量值，而云圖內各云團是隨機分布的，且各云團間及同一云團不同區域的速度都有所不同，目前算法得到的信息并無法反映這一現象。

發明內容

本發明實施例提供一種基于云團邊緣識別的云團位移矢量計算方法及裝置，用以解決現有技術中云位移矢量計算的效率低、精度低，且得到的信息量少的缺陷，實現獲取云團不同位置的位移矢量，并提高了計算效率和精度。

本發明實施例提供一種基于云團邊緣識別的云團位移矢量計算方法，包括：

從當前云圖中分割出云團區域；

提取每個云團區域的外邊緣；

在每個云團區域的外邊緣上確定沿所述外邊緣分布的各塊區域的中心點，并根據各塊區域的中心點確定各塊區域的位置；

根據各塊區域的位置，基于塊匹配算法計算各塊區域的位移矢量。