專利名稱：采用核密度估計的閃電密度分布及ng值估計方法
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)強大之處是能將空間地理分布狀況及所具有的屬性進行數(shù)字存儲，建立數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，同時開發(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時雷電數(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雷電數(shù)據(jù)資料的統(tǒng)計效率。
背景技術(shù)：
自然界雷電的發(fā)生具有很強的隨機性、瞬時性和危險性，它與大氣強對流系統(tǒng)密切相關(guān)。雷電監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)主要由地面大氣電場監(jiān)測網(wǎng)、閃電定位監(jiān)測網(wǎng)、地面自動觀測站組成，這個網(wǎng)絡(luò)包含3-5個電場儀、覆蓋全省的9個閃電定位觀測點和1-2個自動氣象觀測站。在當(dāng)天雷電事件發(fā)生后，每個儀器都能即時地監(jiān)測到的每次雷電的原始數(shù)據(jù)信息(包括序號、時間、經(jīng)緯度、強度等信息)，并且以文本信息即時地更新傳到服務(wù)器中，有時每天的雷電次數(shù)少則幾條，而梅雨天的次數(shù)可能多達數(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，空間龐大且信息冗雜，而且其災(zāi)害分布形勢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利用計算機建立地理數(shù)據(jù)庫，將空間地理分布狀況及所具有的屬性進行數(shù)字存儲，建立數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，同時開發(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)測網(wǎng)絡(luò)的實時雷電數(shù)據(jù)信息，并通過GIS的強大的空間查詢分析和圖形可視化功能為雷電防護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雷電數(shù)據(jù)資料的統(tǒng)計效率。參考文獻[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，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.基于核密度估計的分布數(shù)據(jù)流離群點檢測.計算機研究與發(fā)展，2005，42 (9)[6]國網(wǎng)武漢高壓研究院.福建省雷電參數(shù)研究[R].武漢國網(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)明目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷提供一種，提供采用核密度估計的閃電密度分布及NG值統(tǒng)計方法，該方法有利于在雷電業(yè)務(wù)平臺中進行閃電分布密度圖及災(zāi)害指數(shù)NG的計算。本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案本發(fā)明采用核密度估計的閃電密度分布及NG值估計方法，包括以下步驟(1)讀取閃電資料數(shù)據(jù)庫中的時間、位置信息、屬性信息，形成點空間元素集合；(2)確定平滑帶寬，計算閃電密度計算尺度及密度函數(shù)，求出閃電密度集體；(3)將閃電點矢量圖層按照密度值進行渲染，按照條件區(qū)域進行適量圖層切割；(4)將矢量圖層?xùn)鸥窕?，并且按照上述條件區(qū)域進行柵格圖層切割；(5)計算用戶選擇的區(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)的實現(xiàn)方法是輸入時間跨度條件后，讀取閃電資料數(shù)據(jù)庫中相應(yīng)閃電的信息，形成對應(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，最終形成閃電點圖層。優(yōu)選地，步驟O)的實現(xiàn)方法是閃電集合S是閃電Si空間R上的離散點集，S = Is1, S2, ... , sn}，給定帶寬bandwidth或平滑量τ，計算點密度式中，帶寬參數(shù)τ >0，是一個以s為中心的圓的半徑；δ τ (s)代表了密度計算的尺度，k是一個概率密度函數(shù)即核心kernel密度函數(shù)；并將點密度添加到相應(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組件進行渲染，形成矢量面圖層。優(yōu)選地，步驟的實現(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接口實現(xiàn)；柵格分析環(huán)境參數(shù)，通過執(zhí)行IRasterAnalysisEnvironment接口實現(xiàn)對矢量圖層的柵格化。優(yōu)選地，步驟(5)的實現(xiàn)方法是將所有閃電與條件區(qū)域作交集運算，求得該區(qū)域的閃電總次數(shù)，并計算條件區(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為計算年限，P為區(qū)域面積。本發(fā)明可以對復(fù)雜且龐大的雷電災(zāi)害數(shù)據(jù)進行時域和空間分布特征分析，利用核密度估計法求得區(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)閃電的分布特征對確定閃電密度有重要意義，以便氣象預(yù)報人員能夠出色地完成閃電觀測及分析工作。通常雷電地基監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)由地面大氣電場監(jiān)測網(wǎng)、閃電定位監(jiān)測網(wǎng)、地面自動觀測站組成，但是粗糙的原始數(shù)據(jù)依然無法及時、便捷地提供給雷電防護人員觀測分析。


圖1:本發(fā)明原理圖。
具體實施例方式
權(quán)利要求
1.一種采用核密度估計的閃電密度分布及NG值估計方法，其特性在于，包括以下步驟(1)讀取閃電資料數(shù)據(jù)庫中的時間、位置信息、屬性信息，形成點空間元素集合；(2)確定平滑帶寬，計算閃電密度計算尺度及密度函數(shù)，求出閃電密度集體；(3)將閃電點矢量圖層按照密度值進行渲染，按照條件區(qū)域進行適量圖層切割；(4)將矢量圖層?xùn)鸥窕?，并且按照上述條件區(qū)域進行柵格圖層切割；(5)計算用戶選擇的區(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的閃電密度分布及NG值估計方法，其特征在于步驟(1)的實現(xiàn)方法是輸入時間跨度條件后，讀取閃電資料數(shù)據(jù)庫中相應(yīng)閃電的信息，形成對應(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，最終形成閃電點圖層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用核密度估計的閃電密度分布及NG值估計方法，其特征在于步驟⑵的實現(xiàn)方法是閃電集合S是閃電Si空間R上的離散點集，S = Is1, s2,..., sn}，給定帶寬bandwidth或平滑量τ，計算點密度1^As) τ VtJ式中，帶寬參數(shù)τ >0，是一個以s為中心的圓的半徑；δ τ(8)代表了密度計算的尺度，k是一個概率密度函數(shù)即核心kernel密度函數(shù)；并將點密度添加到相應(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的閃電密度分布及NG值估計方法，其特征在于步驟(3)的實現(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的閃電密度分布及NG值估計方法，其特征在于步驟(4)的實現(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接口實現(xiàn)；柵格分析環(huán)境參數(shù)，通過執(zhí)行 ^asterAnalysisEnvironment接口實現(xiàn)對矢量圖層的柵格化。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用核密度估計的閃電密度分布及NG值估計方法，其特征在于步驟(5)的實現(xiàn)方法是將所有閃電與條件區(qū)域作交集運算，求得該區(qū)域的閃電總次數(shù)，并計算條件區(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的閃電密度分布及NG值估計方法。本發(fā)明本方法實現(xiàn)①結(jié)合地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù)，構(gòu)建和維護雷電空間數(shù)據(jù)庫，并建立雷電實時定位監(jiān)測系統(tǒng)來獲取雷電發(fā)生的信息源，以空間要素形式實時地呈現(xiàn)閃電的定位分布；②利用核密度估計方法，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計算核密度估計的區(qū)域總面積(公里)以及年總閃電次數(shù)，求得對應(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)計方法實現(xiàn)雷電業(yè)務(wù)服務(wù)的根本目標(biāo)。
文檔編號G06F19/00GK102254090SQ20111015303
公開日2011年11月23日 申請日期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 申請人:南京信息工程大學(xué)