[發(fā)明專利]基于深度學(xué)習(xí)的干旱指數(shù)監(jiān)測方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110283892.0
• 申請日: 2021-03-17
• 公開（公告）號: CN112668705B
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 俞樂;黃小猛;周崢
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: G06N3/04
• 分類號: G06N3/04;G06N3/08;G06K9/62;G01W1/10;G01N33/24
• 代理公司: 北京鴻元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11327
• 代理人: 王迎;袁文婷

1.一種基于深度學(xué)習(xí)的干旱指數(shù)監(jiān)測方法，其特征在于，包括：

獲取監(jiān)測站點的觀測數(shù)據(jù)，并基于所述觀測數(shù)據(jù)獲取對應(yīng)的各參數(shù)信息，所述參數(shù)信息包括與所述觀測數(shù)據(jù)對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)SPI；

對所述各參數(shù)信息分別進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，獲取與所述各參數(shù)信息分別對應(yīng)的預(yù)處理數(shù)據(jù)；

對所述預(yù)處理數(shù)據(jù)以及與所述觀測數(shù)據(jù)對應(yīng)的輔助數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，并基于融合后的數(shù)據(jù)構(gòu)建數(shù)據(jù)集；其中，所述數(shù)據(jù)集包括訓(xùn)練集和測試集；

基于所述訓(xùn)練集和所述測試集訓(xùn)練并測試深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，直至所述深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型收斂在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，形成干旱指數(shù)監(jiān)測模型；

基于所述干旱指數(shù)監(jiān)測模型對待檢測區(qū)域的干旱指數(shù)進(jìn)行監(jiān)測；

其中，所述標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)SPI的獲取過程包括：

基于所述觀測數(shù)據(jù)獲取預(yù)設(shè)時間段內(nèi)降水量的Г分布的概率密度函數(shù)；

基于所述概率密度函數(shù)獲取所述標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)SPI；

其中，所述概率密度函數(shù)的公式表示為：

其中，，隨機變量x表示所述觀測數(shù)據(jù)中的降水量，β＞0，γ＞0，分別表示所述概率密度函數(shù)的尺度和形狀參數(shù)，β和γ采用極大似然 估計算法獲取，所述β和γ的公式表示為：

其中，，x_i表示降水量的資料樣本，表示降水量的預(yù)設(shè)年限的平均值，n表示所述監(jiān)測站點的個數(shù)。

2.如權(quán)利要求1所述的基于深度學(xué)習(xí)的干旱指數(shù)監(jiān)測方法，其特征在于，所述降水量小于預(yù)設(shè)值的Г分布的概率表達(dá)公式為：

對所述Г分布的概率進(jìn)行正態(tài)標(biāo)準(zhǔn)化處理的公式表示為：

求解得：

其中，，P表示降水量小于預(yù)設(shè)值的概率，Z表示所述標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)SPI，當(dāng)P＞0.5時，P=1.0-P，S=1；當(dāng)P≤0.5時，S=-1，c和d表示實驗獲取的經(jīng)驗參數(shù)。

3. 如權(quán)利要求2所述的基于深度學(xué)習(xí)的干旱指數(shù)監(jiān)測方法，其特征在于，基于所述概率密度函數(shù)獲取所述標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)SPI的過程包括：

基于所述概率密度函數(shù)確定所述降水量小于預(yù)設(shè)值的Г分布的概率；

對所述Г分布的概率進(jìn)行正態(tài)標(biāo)準(zhǔn)化處理，獲取所述標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)SPI。

4.如權(quán)利要求1所述的基于深度學(xué)習(xí)的干旱指數(shù)監(jiān)測方法，其特征在于，

所述參數(shù)信息還包括土壤有效含水量AWC、自校正帕默爾指數(shù)PDSI和平均季節(jié)綠度百分比PASG；

所述輔助數(shù)據(jù)包括生長季開始的異常值SOSA、全球土地覆蓋數(shù)據(jù)NLCD和農(nóng)業(yè)灌溉百分比數(shù)據(jù)IA。

5. 如權(quán)利要求4所述的基于深度學(xué)習(xí)的干旱指數(shù)監(jiān)測方法，其特征在于，

所述土壤有效含水量AWC的獲取公式表示為：

其中，W_FC表示田間持水量，W_PWP表示永久萎蔫點的重量含水量，Z表示深度，Z_r表示作物根的生長的深度，ρb表示容重，ρw表示水的密度。

6.如權(quán)利要求4所述的基于深度學(xué)習(xí)的干旱指數(shù)監(jiān)測方法，其特征在于，

所述自校正帕默爾指數(shù)PDSI的獲取過程包括：

基于所述觀測數(shù)據(jù)獲取與所述監(jiān)測站點對應(yīng)的氣候適宜降水量；

根據(jù)所述氣候適宜降水量和實際降水量，獲取水分虧缺量；

對所述水分虧缺量進(jìn)行氣候修正處理，獲取與所述水分虧缺量對應(yīng)的水分虧缺指數(shù)；

對所述水分虧缺指數(shù)進(jìn)行持續(xù)時間因子處理，獲取所述自校正帕默爾指數(shù)PDSI。