[發明專利]基于LightGBM模型的水下三維溫鹽并行預報方法

在審

• 申請號: 202111261491.1
• 申請日: 2021-10-28
• 公開（公告）號: CN113946978A
• 公開（公告）日: 2022-01-18
• 發明（設計）人: 苑黎明;杜星悅;陳慶作;李甜甜;姜浩;唐炳玲;張寶強;趙明;錢漢明;林春霏;周春;劉聰;李同宇
• 申請（專利權）人: 中船海洋探測技術研究院有限公司;中國船舶重工集團公司第七0七研究所
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06K9/62;G06T3/40;G06F119/08
• 代理公司: 無錫華源專利商標事務所(普通合伙) 32228
• 代理人: 過顧佳

本發明公開了一種基于LightGBM模型的水下三維溫鹽并行預報方法，涉及海洋技術領域，該方法對獲取到的海表溫度歷史數據、海表高度歷史數據以及Argo浮標歷史數據進行數據預處理，篩選得到時空分辨率統一的海表溫度異常值、海表高度異常值和Argo浮標異常值后，構建訓練數據集并基于LightGBM模型進行并行訓練得到水下三維溫鹽預報模型用于水下三維溫鹽預報，該方法充分利用了豐富的海表衛星資料，通過并行算法實現水下三維溫鹽信息的分析預報，既保證了三維溫鹽信息的預報精度，又顯著提升了預報效率，突破了動力學和統計學反演水下三維溫鹽信息的限制。

技術領域

本發明涉及海洋技術領域，尤其是一種基于LightGBM模型的水下三維溫鹽并行預報方法。

背景技術

水下平臺任務規劃、隱蔽或安全航行以及聲納水聲探測、艦船航行、石油平臺和海上救援等均依賴大面積、精確的海洋三維溫鹽信息。由于海上調查試驗需要極大的人力和財力，且Argo浮標數量對于整個海洋仍較少，導致水下三維溫鹽信息缺乏甚至幾乎沒有。目前分析計算海洋三維溫鹽信息的方法主要包括動力學方法或統計分析方法，然而動力學方法存在黑箱性且實現難度和計算量都較大，而統計分析方法要依賴長時間歷史資料且海洋發展混沌性難以捕捉，因此三維溫鹽預報研究不足。

發明內容

本發明人針對上述問題及技術需求，提出了一種基于LightGBM模型的水下三維溫鹽并行預報方法，本發明的技術方案如下：

一種基于LightGBM模型的水下三維溫鹽并行預報方法，該方法包括：

獲取海表溫度歷史數據、海表高度歷史數據以及Argo浮標歷史數據；

對獲取到的海表溫度歷史數據、海表高度歷史數據以及Argo浮標歷史數據進行數據預處理，篩選得到時空分辨率統一的海表溫度異常值、海表高度異常值和Argo浮標異常值；

構建訓練數據集，訓練數據集包括若干組訓練樣本，每組訓練樣本的輸入為海表溫度異常值和海表高度異常值、輸出為同一時空維度下的水下一個深度層的Argo浮標異常值，訓練數據集中包括各個水下深度層的Argo浮標異常值；

利用訓練數據集基于LightGBM模型進行并行訓練得到水下三維溫鹽預報模型；

利用水下三維溫鹽預報模型基于海表實時溫度和海表實時高度進行水下三維溫鹽預報。

本發明的有益技術效果是：

本申請公開了一種基于LightGBM模型的水下三維溫鹽并行預報方法，該方法將人工智能和大數據分析方法應用于海洋環境研究，充分利用了豐富的海表衛星資料，通過并行算法實現水下三維溫鹽信息的分析預報，既保證了三維溫鹽信息的預報精度，又顯著提升了預報效率，突破了動力學和統計學反演水下三維溫鹽信息的限制，且并行算法的應用顯著提升預報效率。

附圖說明

圖1是本申請的水下三維溫鹽并行預報方法的方法流程示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的具體實施方式做進一步說明。

本申請公開了一種基于LightGBM模型的水下三維溫鹽并行預報方法，該方法包括如下步驟，請參考圖1所示的流程圖：

步驟1，獲取海表溫度歷史數據SST、海表高度歷史數據SSH以及Argo浮標歷史數據，本申請的獲取的歷史數據所跨越的時間區間根據實際需要設定。獲取到的Argo浮標歷史數據實際包含Argo浮標溫度歷史數據Argo_T以及Argo浮標鹽度歷史數據Argo_S，后續本申請提到的對Argo浮標歷史數據的處理，實際包括對這兩種數據的分別處理。本申請中的Argo浮標歷史數據使用的是Argo網格數據產品，也即呈規則網格分布的Argo數據。