[發明專利]一種基于時空預測模型的短臨預報方法及系統

有效

• 申請號: 202011462133.2
• 申請日: 2020-12-09
• 公開（公告）號: CN112698427B
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發明（設計）人: 張紹康;寧錄游;邱升;寧家宏
• 申請（專利權）人: 最美天氣（上海）科技有限公司
• 主分類號: G01W1/10
• 分類號: G01W1/10;G01S13/95;G06N3/04
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 季永康

1.一種基于時空預測模型的短臨預報方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)將氣象雷達回波數據數值進行歸一化處理；其中該歸一化處理公式為：

其中s是歸一化后的強度值，r是氣象雷達回波強度值；

(2)對歸一化處理后的氣象雷達回波數據進行切割，形成切割好的區域塊數據，步驟包括：將切割區域分為預測區域和膨脹區域，其中，預測區域是實際使用區域，膨脹區域則為重疊區域，為不使用區域；

(3)將切割好的預測區域塊數據按時序進行打包步驟包括：將前預設時段的氣象雷達回波數據作為輸入，與其相鄰的后預設時段的氣象雷達回波數據作為輸出，進行打包以作為訓練樣本，對時空預測模型進行訓練，得到訓練好的時空預測模型；

其中該時空預測模型為使用時空記憶單元組成的4層時空預測神經網絡，所述時空預測模型的表達式為：

其中，sklstm為網絡的神經單元；t為時刻；l為空間層級；

為當前時空的隱藏信息；為當前時空的時間記憶；為當前時空的空間記憶；Xt為當前時刻的樣本信息；為上一時刻的隱藏信息；為上一時刻的時間記憶；為最后一層的空間記憶；為上一層的隱藏信息；為上一層的空間記憶；

(4)將以前若干時間段的氣象雷達回波數據輸入所述訓練好的時空預測模型，生成未來若干時間段的氣象雷達回波數據作為區域預測結果；

(5)對每個區域的區域預測結果進行組合，形成全國預測結果。

2.根據權利要求1所述的短臨預報方法，其特征在于，所述步驟(2)中采用膨脹預測法對氣象雷達回波數據進行切割，且在對數據進行切割之前還包括對原始數據進行擴充的步驟。

3.根據權利要求1所述的短臨預報方法，其特征在于，所述時空預測模型使用的時空記憶單元包括時間記憶單元，所述時間記憶單元的表達公式為：

f_t＝1-i_t

其中，記憶門i_t由輸入信息X_t、上一時刻的時間記憶上一時刻的隱藏信息共同決定；W_i、W_c為權值；b_i、b_c為偏執量；ft遺忘門為輸入的取反；為新的時間記憶；為下一時刻輸入的時間記憶。

4.根據權利要求1所述的短臨預報方法，其特征在于，所述時空預測模型使用的時空記憶單元包括空間記憶單元，所述空間記憶單元的表達公式為：

f_t′＝1-i_t′

其中，記憶門i′_t由輸入信息X_t、上一層的空間記憶上一層的隱藏信息共同決定；W_i′、W′_c為權值；b′_i、b′_c為偏執量； f_t ′ 遺忘門為輸入的取反；為新的空間記憶；為下一層輸入的空間記憶。

5.根據權利要求1所述的短臨預報方法，其特征在于，所述時空預測模型使用的時空記憶單元包括隱藏信息處理單元，所述隱藏信息處理單元的表達公式為：

其中，輸出門o_t由輸入信息X_t、下一時刻輸入的時間記憶以及下一層輸入的空間記憶共同決定；W_o、W_h為權值；b_o為偏執量；為當前時空的隱藏信息。