專利名稱：采用核密度估計(jì)的閃電密度分布及ng值估計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于GIS與氣象信息技術(shù)交叉領(lǐng)域，地理信息系統(tǒng)(GIS)強(qiáng)大之處是能將空間地理分布狀況及所具有的屬性進(jìn)行數(shù)字存儲(chǔ)，建立數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，同時(shí)開發(fā)各種分析和處理功能，以便快速獲取信息，并將處理結(jié)果以地圖、圖元及數(shù)據(jù)的形式表示出來。因此， 處理海量且龐雜的實(shí)時(shí)雷電數(shù)據(jù)信息，需要通過準(zhǔn)確快捷的方法求得區(qū)域閃電密度分布及閃電NG值，為雷電防護(hù)的分析和決策提供了科學(xué)手段，大大提高了以多種形式對(duì)雷電數(shù)據(jù)資料的統(tǒng)計(jì)效率。
背景技術(shù)：
自然界雷電的發(fā)生具有很強(qiáng)的隨機(jī)性、瞬時(shí)性和危險(xiǎn)性，它與大氣強(qiáng)對(duì)流系統(tǒng)密切相關(guān)。雷電監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)主要由地面大氣電場(chǎng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)、閃電定位監(jiān)測(cè)網(wǎng)、地面自動(dòng)觀測(cè)站組成，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)包含3-5個(gè)電場(chǎng)儀、覆蓋全省的9個(gè)閃電定位觀測(cè)點(diǎn)和1-2個(gè)自動(dòng)氣象觀測(cè)站。在當(dāng)天雷電事件發(fā)生后，每個(gè)儀器都能即時(shí)地監(jiān)測(cè)到的每次雷電的原始數(shù)據(jù)信息(包括序號(hào)、時(shí)間、經(jīng)緯度、強(qiáng)度等信息)，并且以文本信息即時(shí)地更新傳到服務(wù)器中，有時(shí)每天的雷電次數(shù)少則幾條，而梅雨天的次數(shù)可能多達(dá)數(shù)萬條。因此，當(dāng)雷電的原始數(shù)據(jù)資料以文本記錄形式存放時(shí)，空間龐大且信息冗雜，而且其災(zāi)害分布形勢(shì)不具有直觀性和鮮明性。地理信息系統(tǒng)(GIQ是20世紀(jì)60年代中期興起的一門交叉邊緣學(xué)科。GIS利用計(jì)算機(jī)建立地理數(shù)據(jù)庫(kù)，將空間地理分布狀況及所具有的屬性進(jìn)行數(shù)字存儲(chǔ)，建立數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，同時(shí)開發(fā)各種分析和處理功能，以便快速獲取信息，并將處理結(jié)果以地圖、圖元及數(shù)據(jù)的形式表示出來。因此，結(jié)合雷電監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)雷電數(shù)據(jù)信息，并通過GIS的強(qiáng)大的空間查詢分析和圖形可視化功能為雷電防護(hù)的分析和決策提供了科學(xué)手段，一方面能夠利用GIS的地圖及圖層加載功能，實(shí)現(xiàn)雷電精確定位及資料回放顯示效果；另一方面能夠利用GIS的空間查詢分析及專題圖制作功能，實(shí)現(xiàn)雷電資料查詢顯示以及閃電密度分析功能，大大提高了以多種形式對(duì)雷電數(shù)據(jù)資料的統(tǒng)計(jì)效率。參考文獻(xiàn)[1]陳家宏，樊靈孟.雷電定位系統(tǒng)和雷電參數(shù)[C]. The 3rd Asian Light-ning Protection Forum. Taisei Corp, Tokyo, Japan,2005.[2]馮民學(xué)，焦雪等.江蘇省雷電分布特征分析[J].氣象科學(xué)，2009，^K2) 246-250[3]劉巖，王振會(huì)，張慧良等.2007年浙江地區(qū)梅雨期閃電特征的分析[J].氣象科學(xué)，2009，29 U) :225-228.[4]劉艷，馬勁松.核密度估計(jì)法在西藏人口空間分布研究中的應(yīng)用，西藏科技， 2007(4)，1498-1504[5]楊宜東，孫志輝，張凈.基于核密度估計(jì)的分布數(shù)據(jù)流離群點(diǎn)檢測(cè).計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展，2005，42 (9)[6]國(guó)網(wǎng)武漢高壓研究院.福建省雷電參數(shù)研究[R].武漢國(guó)網(wǎng)武漢高壓研究院，2006.[7]Krider E,Pifer A E,Vance D L. Lightuing direction finding system for forest fire detection.Ball Amer Metor SoC，1980,61:980-986.[8]B. W Silverman, Density Estimation for Statistics and Data Analysis, Momographs on Statistics and Applied Probability,1986.

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷提供一種，提供采用核密度估計(jì)的閃電密度分布及NG值統(tǒng)計(jì)方法，該方法有利于在雷電業(yè)務(wù)平臺(tái)中進(jìn)行閃電分布密度圖及災(zāi)害指數(shù)NG的計(jì)算。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案本發(fā)明采用核密度估計(jì)的閃電密度分布及NG值估計(jì)方法，包括以下步驟(1)讀取閃電資料數(shù)據(jù)庫(kù)中的時(shí)間、位置信息、屬性信息，形成點(diǎn)空間元素集合；(2)確定平滑帶寬，計(jì)算閃電密度計(jì)算尺度及密度函數(shù)，求出閃電密度集體；(3)將閃電點(diǎn)矢量圖層按照密度值進(jìn)行渲染，按照條件區(qū)域進(jìn)行適量圖層切割；(4)將矢量圖層?xùn)鸥窕?，并且按照上述條件區(qū)域進(jìn)行柵格圖層切割；(5)計(jì)算用戶選擇的區(qū)域面積及區(qū)域閃電次數(shù)，求出閃電NG值，最終密度圖與數(shù)字綜合展示。優(yōu)選地，步驟(1)的實(shí)現(xiàn)方法是輸入時(shí)間跨度條件后，讀取閃電資料數(shù)據(jù)庫(kù)中相應(yīng)閃電的信息，形成對(duì)應(yīng)的二維空間鏈表；再利用ArcGIS Engine 9. 2組件讀取二維空間鏈表，將數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)成GIS地圖元素，最終形成閃電點(diǎn)圖層。優(yōu)選地，步驟O)的實(shí)現(xiàn)方法是閃電集合S是閃電Si空間R上的離散點(diǎn)集，S = Is1, S2, ... , sn}，給定帶寬bandwidth或平滑量τ，計(jì)算點(diǎn)密度式中，帶寬參數(shù)τ >0，是一個(gè)以s為中心的圓的半徑；δ τ (s)代表了密度計(jì)算的尺度，k是一個(gè)概率密度函數(shù)即核心kernel密度函數(shù)；并將點(diǎn)密度添加到相應(yīng)閃電元素的字段 density 中，i = 1,2,…η。優(yōu)選地，步驟C3)的實(shí)現(xiàn)方法是根據(jù)閃電元素字段density，選擇色帶、區(qū)間值參數(shù)，利用ArcGIS Engine 9. 2組件進(jìn)行渲染，形成矢量面圖層。優(yōu)選地，步驟的實(shí)現(xiàn)方法是利用ArcGIS Engine 9. 2組件，設(shè)定分析環(huán)境參數(shù)，包括地理分析環(huán)境參數(shù)，通過執(zhí)行IGeoAnalysisEnvironment接口實(shí)現(xiàn)；柵格分析環(huán)境參數(shù)，通過執(zhí)行IRasterAnalysisEnvironment接口實(shí)現(xiàn)對(duì)矢量圖層的柵格化。優(yōu)選地，步驟(5)的實(shí)現(xiàn)方法是將所有閃電與條件區(qū)域作交集運(yùn)算，求得該區(qū)域的閃電總次數(shù)，并計(jì)算條件區(qū)域的總面積，即可求出閃電NG值NG = M/Y/P其中，M為閃電總次數(shù)，Y為計(jì)算年限，P為區(qū)域面積。本發(fā)明可以對(duì)復(fù)雜且龐大的雷電災(zāi)害數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)域和空間分布特征分析，利用核密度估計(jì)法求得區(qū)域內(nèi)閃電密度分布以及年平均地面落雷密度(NG)值，并借助強(qiáng)大的GIS 空間數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式，了解區(qū)域內(nèi)閃電的分布特征對(duì)確定閃電密度有重要意義，以便氣象預(yù)報(bào)人員能夠出色地完成閃電觀測(cè)及分析工作。通常雷電地基監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)由地面大氣電場(chǎng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)、閃電定位監(jiān)測(cè)網(wǎng)、地面自動(dòng)觀測(cè)站組成，但是粗糙的原始數(shù)據(jù)依然無法及時(shí)、便捷地提供給雷電防護(hù)人員觀測(cè)分析。


圖1:本發(fā)明原理圖。
具體實(shí)施例方式
權(quán)利要求
1.一種采用核密度估計(jì)的閃電密度分布及NG值估計(jì)方法，其特性在于，包括以下步驟(1)讀取閃電資料數(shù)據(jù)庫(kù)中的時(shí)間、位置信息、屬性信息，形成點(diǎn)空間元素集合；(2)確定平滑帶寬，計(jì)算閃電密度計(jì)算尺度及密度函數(shù)，求出閃電密度集體；(3)將閃電點(diǎn)矢量圖層按照密度值進(jìn)行渲染，按照條件區(qū)域進(jìn)行適量圖層切割；(4)將矢量圖層?xùn)鸥窕?，并且按照上述條件區(qū)域進(jìn)行柵格圖層切割；(5)計(jì)算用戶選擇的區(qū)域面積及區(qū)域閃電次數(shù)，求出閃電NG值，最終密度圖與數(shù)字綜合展示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用核密度估計(jì)的閃電密度分布及NG值估計(jì)方法，其特征在于步驟(1)的實(shí)現(xiàn)方法是輸入時(shí)間跨度條件后，讀取閃電資料數(shù)據(jù)庫(kù)中相應(yīng)閃電的信息，形成對(duì)應(yīng)的二維空間鏈表；再利用ArcGIS Engine 9. 2組件讀取二維空間鏈表，將數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)成GIS地圖元素，最終形成閃電點(diǎn)圖層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用核密度估計(jì)的閃電密度分布及NG值估計(jì)方法，其特征在于步驟⑵的實(shí)現(xiàn)方法是閃電集合S是閃電Si空間R上的離散點(diǎn)集，S = Is1, s2,..., sn}，給定帶寬bandwidth或平滑量τ，計(jì)算點(diǎn)密度1^As) τ VtJ式中，帶寬參數(shù)τ >0，是一個(gè)以s為中心的圓的半徑；δ τ(8)代表了密度計(jì)算的尺度，k是一個(gè)概率密度函數(shù)即核心kernel密度函數(shù)；并將點(diǎn)密度添加到相應(yīng)閃電元素的字段 density 中，i = 1，2，…η。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用核密度估計(jì)的閃電密度分布及NG值估計(jì)方法，其特征在于步驟(3)的實(shí)現(xiàn)方法是根據(jù)閃電元素字段density，選擇色帶、區(qū)間值參數(shù)，利用 ArcGIS Engine 9. 2組件進(jìn)行渲染，形成矢量面圖層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用核密度估計(jì)的閃電密度分布及NG值估計(jì)方法，其特征在于步驟(4)的實(shí)現(xiàn)方法是利用ArcGIS Engine 9. 2組件，設(shè)定分析環(huán)境參數(shù)，包括地理分析環(huán)境參數(shù)，通過執(zhí)行IGeoAnalysisEnvironment接口實(shí)現(xiàn)；柵格分析環(huán)境參數(shù)，通過執(zhí)行 ^asterAnalysisEnvironment接口實(shí)現(xiàn)對(duì)矢量圖層的柵格化。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用核密度估計(jì)的閃電密度分布及NG值估計(jì)方法，其特征在于步驟(5)的實(shí)現(xiàn)方法是將所有閃電與條件區(qū)域作交集運(yùn)算，求得該區(qū)域的閃電總次數(shù)，并計(jì)算條件區(qū)域的總面積，即可求出閃電NG值NG = M/Y/P其中，M為閃電總次數(shù)，Y為計(jì)算年限，P為區(qū)域面積。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種采用核密度估計(jì)的閃電密度分布及NG值估計(jì)方法。本發(fā)明本方法實(shí)現(xiàn)①結(jié)合地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù)，構(gòu)建和維護(hù)雷電空間數(shù)據(jù)庫(kù)，并建立雷電實(shí)時(shí)定位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來獲取雷電發(fā)生的信息源，以空間要素形式實(shí)時(shí)地呈現(xiàn)閃電的定位分布；②利用核密度估計(jì)方法，求得區(qū)域閃電密度分布，再將用戶選擇的圖形區(qū)域作為條件層作切割，形成區(qū)域密度分布圖，并且能夠消除邊緣效應(yīng)。③計(jì)算核密度估計(jì)的區(qū)域總面積(公里)以及年總閃電次數(shù)，求得對(duì)應(yīng)區(qū)域的NG值，形成閃電密度圖和數(shù)值結(jié)合的氣象產(chǎn)品，最后通過共享網(wǎng)絡(luò)來發(fā)布和共享雷電資料分析產(chǎn)品，通過以上閃電密度統(tǒng)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)雷電業(yè)務(wù)服務(wù)的根本目標(biāo)。
文檔編號(hào)G06F19/00GK102254090SQ20111015303
公開日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月8日
發(fā)明者侯榮濤, 史鑫明, 朱斌 申請(qǐng)人:南京信息工程大學(xué)