【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及氣象數(shù)據(jù)處理與同化，具體涉及一種基于哨兵、風(fēng)云衛(wèi)星風(fēng)產(chǎn)品和era5數(shù)據(jù)融合方法、系統(tǒng)、終端及介質(zhì)。
技術(shù)介紹
1、在海上風(fēng)電場(chǎng)的前期規(guī)劃建設(shè)中，精確、全面地獲取風(fēng)資源數(shù)據(jù)是至關(guān)重要的。然而，傳統(tǒng)的觀測(cè)手段，如海上測(cè)風(fēng)塔，存在數(shù)據(jù)覆蓋面不足、代表性較差的問題，無法滿足大規(guī)模海上風(fēng)電場(chǎng)規(guī)劃的需求。同時(shí)，雖然漂浮式激光雷達(dá)能夠提供高精度的風(fēng)資源數(shù)據(jù)，但其高昂的成本和有限的探測(cè)時(shí)間限制了其廣泛應(yīng)用。
2、為解決上述問題，近年來，利用遙感衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)海上風(fēng)資源進(jìn)行評(píng)估的方法逐漸受到關(guān)注。然而，現(xiàn)階段衛(wèi)星資料融合中通常采用時(shí)空權(quán)重方法，即基于時(shí)空權(quán)重對(duì)待融合匹配網(wǎng)格數(shù)據(jù)集進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，得到研究區(qū)域?qū)?yīng)的海面風(fēng)場(chǎng)融合產(chǎn)品。但是，在實(shí)施過程中，該方法由于缺乏氣象背景場(chǎng)，沒有氣象背景場(chǎng)作為參考，不同衛(wèi)星數(shù)據(jù)之間的融合會(huì)因?yàn)槿狈y(tǒng)一的大氣物理基礎(chǔ)，導(dǎo)致融合結(jié)果不精確。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本專利技術(shù)提出一種基于哨兵、風(fēng)云衛(wèi)星風(fēng)產(chǎn)品和era5數(shù)據(jù)融合方法、系統(tǒng)、終端及介質(zhì)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的的技術(shù)問題。
2、本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案：
3、本實(shí)施例第一方面提供了一種基于哨兵、風(fēng)云衛(wèi)星風(fēng)產(chǎn)品和era5數(shù)據(jù)融合方法，包括：
4、獲取待觀測(cè)區(qū)域的哨兵衛(wèi)星海上風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)產(chǎn)品、風(fēng)云衛(wèi)星海上風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)產(chǎn)品和era5再分析數(shù)據(jù)；
5、將所述哨兵衛(wèi)星海上風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)產(chǎn)品和風(fēng)云衛(wèi)星海上風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)產(chǎn)品進(jìn)行預(yù)處理，得到哨兵預(yù)處理海上風(fēng)
6、采用所述哨兵預(yù)處理海上風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)、風(fēng)云預(yù)處理海上風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)和era5再分析數(shù)據(jù)進(jìn)行分析場(chǎng)構(gòu)建，得到待求解分析場(chǎng)；
7、基于三維同化方法將所述待求解的分析場(chǎng)進(jìn)行迭代優(yōu)化，得到基于哨兵衛(wèi)星、風(fēng)云衛(wèi)星和era5數(shù)據(jù)的融合風(fēng)場(chǎng)。
8、進(jìn)一步的，所述采用所述哨兵預(yù)處理海上風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)、風(fēng)云預(yù)處理海上風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)和era5再分析數(shù)據(jù)進(jìn)行分析場(chǎng)構(gòu)建，得到待求解分析場(chǎng)，包括：
9、將所述哨兵預(yù)處理海上風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)、風(fēng)云預(yù)處理海上風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)和era5再分析數(shù)據(jù)進(jìn)行空間匹配對(duì)齊，得到空間融合產(chǎn)品；
10、計(jì)算所述空間融合產(chǎn)品中的衛(wèi)星數(shù)據(jù)與era5再分析數(shù)據(jù)的風(fēng)速偏差；
11、對(duì)所述風(fēng)速偏差進(jìn)行多項(xiàng)式插值處理，得到插值風(fēng)速偏差；
12、采用插值風(fēng)速偏差與era5再分析數(shù)據(jù)的風(fēng)速值，計(jì)算出逐小時(shí)衛(wèi)星風(fēng)速數(shù)據(jù)；
13、采用構(gòu)建的觀測(cè)算子，將通過時(shí)空匹配進(jìn)行對(duì)齊的逐小時(shí)衛(wèi)星風(fēng)速數(shù)據(jù)與era5再分析數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，得到待求解的分析場(chǎng)。
14、進(jìn)一步的，所述將所述哨兵預(yù)處理海上風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)、風(fēng)云預(yù)處理海上風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)和era5再分析數(shù)據(jù)進(jìn)行空間匹配對(duì)齊，得到空間融合產(chǎn)品，包括：
15、基于最優(yōu)插值法模型，以所述era5再分析數(shù)據(jù)作為背景場(chǎng)，將所述哨兵預(yù)處理海上風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)、風(fēng)云預(yù)處理海上風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行空間差值融合，得到空間融合產(chǎn)品，所述era5再分析數(shù)據(jù)為與所述哨兵衛(wèi)星和風(fēng)云衛(wèi)星探測(cè)時(shí)間最近的era5再分析數(shù)據(jù)。
16、進(jìn)一步的，所述最優(yōu)插值法模型，表示為：
17、xa＝xb+k(y-hxb)
18、其中，xa為插值后的分析場(chǎng)，xb為背景場(chǎng)，k為增益矩陣，y為衛(wèi)星風(fēng)速觀測(cè)數(shù)據(jù)，h為觀測(cè)算子；
19、其中，增益矩陣：
20、k＝bht(hbht+r)-1
21、其中，b為era5數(shù)據(jù)誤差協(xié)方差矩陣，r為衛(wèi)星數(shù)據(jù)觀測(cè)誤差協(xié)方差矩陣，h為觀測(cè)算子，ht為觀測(cè)算子逆矩陣。
22、進(jìn)一步的，所述基于三維同化方法對(duì)所述待求解的分析場(chǎng)進(jìn)行迭代優(yōu)化，得到基于哨兵衛(wèi)星、風(fēng)云衛(wèi)星和era5數(shù)據(jù)的融合風(fēng)場(chǎng)，包括：
23、構(gòu)建包含待求解分析場(chǎng)、era5背景場(chǎng)、哨兵和風(fēng)云衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)、背景誤差協(xié)方差矩陣以及觀測(cè)誤差協(xié)方差矩陣的3d-var代價(jià)函數(shù)；
24、對(duì)所述3d-var代價(jià)函數(shù)進(jìn)行求導(dǎo)運(yùn)算，得到3d-var代價(jià)函數(shù)的梯度；
25、采用共軛梯度法對(duì)所述3d-var代價(jià)函數(shù)的梯度進(jìn)行迭代求解，更新所述待求解分析場(chǎng)，當(dāng)3d-var代價(jià)函數(shù)的梯度在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)時(shí)，得到基于哨兵衛(wèi)星、風(fēng)云衛(wèi)星和era5數(shù)據(jù)的融合風(fēng)場(chǎng)。
26、進(jìn)一步的，所述3d-var代價(jià)函數(shù)表示為：
27、
28、其中，x為待求解的分析場(chǎng)；xb為背景場(chǎng)；yo為觀測(cè)數(shù)據(jù)；b背景誤差協(xié)方差矩陣；r觀測(cè)誤差協(xié)方差矩陣，j(x)為代價(jià)函數(shù)值。
29、進(jìn)一步的，所述3d-var代價(jià)函數(shù)的梯度表示為：
30、
31、其中，表示3d-var代價(jià)函數(shù)的梯度值。
32、本實(shí)施例第二方面提供了一種基于哨兵、風(fēng)云衛(wèi)星風(fēng)產(chǎn)品和era5數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：
33、數(shù)據(jù)獲取模塊，獲取待觀測(cè)區(qū)域的哨兵衛(wèi)星海上風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)產(chǎn)品、風(fēng)云衛(wèi)星海上風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)產(chǎn)品和era5再分析數(shù)據(jù)；
34、數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊，將所述哨兵衛(wèi)星海上風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)產(chǎn)品和風(fēng)云衛(wèi)星海上風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)產(chǎn)品進(jìn)行預(yù)處理，得到哨兵預(yù)處理海上風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)和風(fēng)云預(yù)處理海上風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)；
35、分析場(chǎng)構(gòu)建模塊，采用所述哨兵預(yù)處理海上風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)、風(fēng)云預(yù)處理海上風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)和era5再分析數(shù)據(jù)進(jìn)行分析場(chǎng)構(gòu)建，得到待求解分析場(chǎng)；
36、分析場(chǎng)求解模塊，基于三維同化方法將所述待求解的分析場(chǎng)進(jìn)行迭代優(yōu)化，得到基于哨兵衛(wèi)星、風(fēng)云衛(wèi)星和era5數(shù)據(jù)的融合風(fēng)場(chǎng)。
37、本實(shí)施例第三方面提供了一種終端，包括處理器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備和存儲(chǔ)器，所述處理器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備和存儲(chǔ)器相互連接，其中，所述存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序包括程序指令，所述處理器被配置用于調(diào)用所述程序指令，執(zhí)行本實(shí)施例第一方面任一項(xiàng)所述的方法。
38、本實(shí)施例第四方面提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序包括程序指令，所述程序指令當(dāng)被處理器執(zhí)行時(shí)使所述處理器執(zhí)行如本實(shí)施例第一方面任一項(xiàng)所述的方法。
39、由上述技術(shù)方案可知，本專利技術(shù)的有益技術(shù)效果如下：
40、1.本專利技術(shù)解決了不同衛(wèi)星的觀測(cè)數(shù)據(jù)在空間、時(shí)間和頻率上存在差異問題，通過有效融合哨兵衛(wèi)星、風(fēng)云衛(wèi)星和era5再分析數(shù)據(jù)，從而增強(qiáng)空間和時(shí)間的連續(xù)性，少觀測(cè)誤差影響，生成一致性更高的分析場(chǎng)。
41、2.本專利技術(shù)通過3d-var(三維變分同化)方法融合哨兵、風(fēng)云衛(wèi)星數(shù)據(jù)和era5再分析數(shù)據(jù)生成的高空間分辨率數(shù)據(jù)，在海上風(fēng)電場(chǎng)站址時(shí)可以更精確地識(shí)別風(fēng)速較高的區(qū)域，避免因低分辨率數(shù)據(jù)帶來的誤判，從而優(yōu)化風(fēng)電場(chǎng)的布局和設(shè)計(jì)；同時(shí)可為風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電能力預(yù)測(cè)提供支持，幫助制定更加科學(xué)合理的發(fā)電規(guī)劃和電網(wǎng)接入策略。
42、3.本專利技術(shù)能提升對(duì)深遠(yuǎn)海風(fēng)資源評(píng)估精準(zhǔn)性，對(duì)于深遠(yuǎn)海區(qū)域風(fēng)資源評(píng)估面臨觀測(cè)數(shù)據(jù)缺乏以及復(fù)雜氣象條件。哨兵衛(wèi)星數(shù)據(jù)、風(fēng)云衛(wèi)星數(shù)據(jù)能夠在多云、多霧等復(fù)本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于哨兵、風(fēng)云衛(wèi)星風(fēng)產(chǎn)品和ERA5數(shù)據(jù)融合方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于哨兵、風(fēng)云衛(wèi)星風(fēng)產(chǎn)品和ERA5數(shù)據(jù)融合方法，其特征在于，所述采用所述哨兵預(yù)處理海上風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)、風(fēng)云預(yù)處理海上風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)和ERA5再分析數(shù)據(jù)進(jìn)行分析場(chǎng)構(gòu)建，得到待求解分析場(chǎng)，包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于哨兵、風(fēng)云衛(wèi)星風(fēng)產(chǎn)品和ERA5數(shù)據(jù)融合方法，其特征在于，所述將所述哨兵預(yù)處理海上風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)、風(fēng)云預(yù)處理海上風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)和ERA5再分析數(shù)據(jù)進(jìn)行空間匹配對(duì)齊，得到空間融合產(chǎn)品，包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于哨兵、風(fēng)云衛(wèi)星風(fēng)產(chǎn)品和ERA5數(shù)據(jù)融合方法，其特征在于，所述最優(yōu)插值法模型，表示為：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于哨兵、風(fēng)云衛(wèi)星風(fēng)產(chǎn)品和ERA5數(shù)據(jù)融合方法，其特征在于，所述基于三維同化方法對(duì)所述待求解的分析場(chǎng)進(jìn)行迭代優(yōu)化，得到基于哨兵衛(wèi)星、風(fēng)云衛(wèi)星和ERA5數(shù)據(jù)的融合風(fēng)場(chǎng)，包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于哨兵、風(fēng)云衛(wèi)星風(fēng)產(chǎn)品和ERA5數(shù)據(jù)融合方法，其特征在于，所述3D-Var代價(jià)函數(shù)表示為：<...
【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于哨兵、風(fēng)云衛(wèi)星風(fēng)產(chǎn)品和era5數(shù)據(jù)融合方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于哨兵、風(fēng)云衛(wèi)星風(fēng)產(chǎn)品和era5數(shù)據(jù)融合方法，其特征在于，所述采用所述哨兵預(yù)處理海上風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)、風(fēng)云預(yù)處理海上風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)和era5再分析數(shù)據(jù)進(jìn)行分析場(chǎng)構(gòu)建，得到待求解分析場(chǎng)，包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于哨兵、風(fēng)云衛(wèi)星風(fēng)產(chǎn)品和era5數(shù)據(jù)融合方法，其特征在于，所述將所述哨兵預(yù)處理海上風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)、風(fēng)云預(yù)處理海上風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)和era5再分析數(shù)據(jù)進(jìn)行空間匹配對(duì)齊，得到空間融合產(chǎn)品，包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于哨兵、風(fēng)云衛(wèi)星風(fēng)產(chǎn)品和era5數(shù)據(jù)融合方法，其特征在于，所述最優(yōu)插值法模型，表示為：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于哨兵、風(fēng)云衛(wèi)星風(fēng)產(chǎn)品和era5數(shù)據(jù)融合方法，其特征在于，所述基于三維同化方法對(duì)所述待求解的分析場(chǎng)進(jìn)行迭代優(yōu)化，得到基于哨兵衛(wèi)星、風(fēng)云衛(wèi)星和era5數(shù)據(jù)的融合風(fēng)場(chǎng)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：龍海川，袁楨宜，張恒進(jìn)，李延，劉煜，王曉理，袁令，郭子億，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中船海裝風(fēng)電有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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