【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及雷達(dá)探測領(lǐng)域，尤其涉及一種基于雙波長激光雷達(dá)的城市大氣通風(fēng)系數(shù)估計方法。
技術(shù)介紹
1、大氣通風(fēng)系數(shù)是衡量大氣中空氣流動性、混合程度和通風(fēng)能力的一個關(guān)鍵指標(biāo)，在氣象學(xué)、環(huán)境科學(xué)和空氣質(zhì)量管理中具有重要的研究意義。城市大氣通風(fēng)系數(shù)直接影響著城市中大氣中污染物的擴(kuò)散和傳輸過程。研究城市大氣通風(fēng)系數(shù)可以幫助評估空氣質(zhì)量和評估污染的擴(kuò)散范圍、持續(xù)時間，制定相應(yīng)的防控措施。此外，準(zhǔn)確估計大氣通風(fēng)系數(shù)在城市規(guī)劃和環(huán)境管理中具有重要意義。城市熱島效應(yīng)是指城市區(qū)域比周圍鄉(xiāng)村區(qū)域溫度更高的現(xiàn)象；城市的高密度建筑、交通和能源消耗會影響大氣通風(fēng)和流動，導(dǎo)致城市空氣流動性差、污染物濃度高。研究大氣通風(fēng)系數(shù)可以幫助了解城市熱島效應(yīng)的形成原因，并為改善城市空氣質(zhì)量提供建議，通過分析大氣通風(fēng)系數(shù)，可以識別城市中的高污染區(qū)域，為城市綠色基礎(chǔ)設(shè)施（如綠地、植被、透水鋪裝等）規(guī)劃提供依據(jù)，改善城市空氣流動性，有助于提高居民的生活。
2、目前，獲取大氣通風(fēng)系數(shù)的方法主要有以下幾種常規(guī)手段：（1）實地觀測與監(jiān)測，這一手段主要包括無線電探空、激光雷達(dá)和氣象衛(wèi)星等。無線電探空能夠提供不同高度的氣象參數(shù)數(shù)據(jù)，并且測量精度較高。然而，無線電探空存在一些局限性：觀測地點往往不位于城市核心區(qū)域，觀測的時間頻次較低，且測量的高度分辨率不夠細(xì)致。因此，單獨依賴無線電探空無法有效獲取高時空分辨率的城市大氣通風(fēng)系數(shù)。激光雷達(dá)通過反演技術(shù)獲取大氣風(fēng)場、水汽等氣象要素的分布，具有較高的空間分辨率。然而，激光雷達(dá)的反演數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性較差，尤其是在風(fēng)速等參數(shù)的估算上，其準(zhǔn)確
3、盡管上述方法有其各自的優(yōu)勢，但如何在當(dāng)前的城市大氣通風(fēng)系數(shù)估計中，考慮到城市特有因素（如地理環(huán)境、人口密度、工廠分布、城區(qū)與郊區(qū)的溫濕度差異等）對估計結(jié)果的影響是目前需要解決的問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供了一種基于雙波長激光雷達(dá)的城市大氣通風(fēng)系數(shù)估計方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的不足。
2、本專利技術(shù)的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：一種基于雙波長激光雷達(dá)的城市大氣通風(fēng)系數(shù)估計方法，所述估計方法包括：
3、s1、收集城市地區(qū)布設(shè)的雙波長激光雷達(dá)探測數(shù)據(jù)和運行參數(shù)數(shù)據(jù)、與激光雷達(dá)布設(shè)地點相近的高時間頻次的無線電探空數(shù)據(jù)、城市地理與環(huán)境數(shù)據(jù)、城區(qū)和郊區(qū)近地表的大氣溫度和大氣濕度數(shù)據(jù)、城市地區(qū)的社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，并通過梯度公式計算雙波長激光雷達(dá)探測數(shù)據(jù)的第一局部波動率；
4、s2、根據(jù)生成的第一局部波動率繪制變化特征曲線，找到變化特征曲線平緩區(qū)和突變區(qū)的過渡點，并結(jié)合聚類模型得到第二局部波動率的標(biāo)簽數(shù)據(jù)，檢查第二局部波動率的標(biāo)簽數(shù)據(jù)生成多個分段區(qū)域的第三局部波動率的標(biāo)簽數(shù)據(jù)，并構(gòu)建分段邊界優(yōu)化模型得到分段結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的數(shù)據(jù)；
5、s3、將分段結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的數(shù)據(jù)輸入到激光雷達(dá)水汽廓線求解模型中，根據(jù)設(shè)置的兩種方案得到對應(yīng)的水汽廓線數(shù)據(jù)，并結(jié)合s1收集的數(shù)據(jù)根據(jù)時空匹配算法得到時空匹配后的水汽廓線數(shù)據(jù)，基于最小二乘法得到經(jīng)過校正的激光雷達(dá)水汽廓線數(shù)據(jù)；
6、s4、通過ri指數(shù)計算公式計算s1收集數(shù)據(jù)不同高度處的ri指數(shù)，并根據(jù)判斷條件計算相應(yīng)數(shù)據(jù)，構(gòu)建原始特征數(shù)據(jù)集，根據(jù)互信息分析模型得到城市影響特征因子和氣象影響特征因子，并根據(jù)城市影響特征因子和氣象影響特征因子得到城市大氣混合高度的估算數(shù)據(jù)；
7、s5、將s1收集的數(shù)據(jù)輸入到雷達(dá)速度方位積分風(fēng)場反演模型中，得到不同距離不同高度處的水平風(fēng)速，構(gòu)建輸入數(shù)據(jù)集和輸出數(shù)據(jù)集輸入到分析模型中，得到的結(jié)果輸入到極端梯度上升模型中得到校正的激光雷達(dá)不同高度處的水平風(fēng)速；
8、s6、根據(jù)城市大氣混合層高度估算數(shù)據(jù)和校正的激光雷達(dá)不同高度處的水平風(fēng)速，根據(jù)大氣通風(fēng)系數(shù)計算公式計算得到城市大氣通風(fēng)系數(shù)的估計值。
9、所述雙波長激光雷達(dá)探測數(shù)據(jù)包括發(fā)射波長時探測的不同距離庫上的水汽拉曼散射回波強(qiáng)度數(shù)據(jù)、信噪比水平數(shù)據(jù)，以及發(fā)射波長時探測徑向速度數(shù)據(jù)；
10、所述雙波長激光雷達(dá)運行參數(shù)數(shù)據(jù)包括激光雷達(dá)波長、波束掃描方位角和仰角、掃描時間和周期、距離庫長度、儀器所在高度和經(jīng)緯度；
11、所述高時間頻次的無線電探空數(shù)據(jù)包括以較低時間間隔實測的不同時刻不同高度處的水汽混合比數(shù)據(jù)、溫度、濕度、氣壓、水平風(fēng)速、水平風(fēng)向、高度、經(jīng)緯度數(shù)據(jù)；
12、所述城市地理與環(huán)境數(shù)據(jù)包括坡度、坡向和海拔的城市地形數(shù)據(jù)，建筑物密度、材料、高度的城市建筑數(shù)據(jù)，交通密度、道路覆蓋率的道路與交通數(shù)據(jù)，綠化率、水面比率的綠地與水體分布數(shù)據(jù)；
13、所述社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)包括人口密度數(shù)據(jù)和工廠分布數(shù)據(jù)。
14、所述通過梯度公式計算雙波長激光雷達(dá)探測數(shù)據(jù)的第一局部波動率包括：
15、根據(jù)收集的雙波長激光雷達(dá)探測數(shù)據(jù)，取出波長為的水汽拉曼散射回波強(qiáng)度數(shù)據(jù)，記為，其中，i表示不同高度；
16、利用梯度公式計算的梯度，并設(shè)置窗口的寬度為，利用局部波動率計算公式，從第一個數(shù)據(jù)開始對窗口內(nèi)的數(shù)據(jù)計算的第一局部波動率，之后按m倍距離庫長的間隔來滑動此窗口，依次計算中每個窗口內(nèi)數(shù)據(jù)的第一局部波動率，直到整個數(shù)據(jù)的尾部。
17、所述根據(jù)生成的第一局部波動率繪制變化特征曲線，找到變化特征曲線平緩區(qū)和突變區(qū)的過渡點，并結(jié)合聚類模型得到第二局部波動率的標(biāo)簽數(shù)據(jù)具體包括以下內(nèi)容：
18、根據(jù)生成的第一局部波動率，統(tǒng)計出每個點與其他所有點的局部波動率差，找到局部波動率差最小的k個點，并將這k個局部波動率差按升序排列，以數(shù)據(jù)點的索引為橫軸，以計算的局部波動率差為縱軸，繪制出變化特征曲線；
19、找到變化特征曲線的平緩區(qū)和突變區(qū)的過渡點，將過渡點的索引位置設(shè)置為鄰域半徑ε，并設(shè)置最小鄰居數(shù)為n_m=2ε，根據(jù)所設(shè)置的鄰域半徑ε和最小鄰居數(shù)n_m兩個參數(shù)，將第一局部波動率數(shù)據(jù)輸入到基于密度的聚類模型中，運行聚類模型開始聚類分析，將數(shù)據(jù)劃分成低波動率區(qū)和高波動率區(qū)，分別計算低波動率區(qū)和高波動率區(qū)內(nèi)所有數(shù)據(jù)本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
1.一種基于雙波長激光雷達(dá)的城市大氣通風(fēng)系數(shù)估計方法，其特征在于：所述估計方法包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雙波長激光雷達(dá)的城市大氣通風(fēng)系數(shù)估計方法，其特征在于：所述雙波長激光雷達(dá)探測數(shù)據(jù)包括發(fā)射波長時探測的不同距離庫上的水汽拉曼散射回波強(qiáng)度數(shù)據(jù)、信噪比水平數(shù)據(jù)，以及發(fā)射波長時探測徑向速度數(shù)據(jù)；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于雙波長激光雷達(dá)的城市大氣通風(fēng)系數(shù)估計方法，其特征在于：所述通過梯度公式計算雙波長激光雷達(dá)探測數(shù)據(jù)的第一局部波動率包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于雙波長激光雷達(dá)的城市大氣通風(fēng)系數(shù)估計方法，其特征在于：所述根據(jù)生成的第一局部波動率繪制變化特征曲線，找到變化特征曲線平緩區(qū)和突變區(qū)的過渡點，并結(jié)合聚類模型得到第二局部波動率的標(biāo)簽數(shù)據(jù)具體包括以下內(nèi)容：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于雙波長激光雷達(dá)的城市大氣通風(fēng)系數(shù)估計方法，其特征在于：所述檢查第二局部波動率的標(biāo)簽數(shù)據(jù)生成多個分段區(qū)域的第三局部波動率的標(biāo)簽數(shù)據(jù)，并構(gòu)建分段邊界優(yōu)化模型得到分段結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的數(shù)據(jù)具體包括以下內(nèi)容：
6.根據(jù)權(quán)利
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于雙波長激光雷達(dá)的城市大氣通風(fēng)系數(shù)估計方法，其特征在于：所述通過RI指數(shù)計算公式計算S1收集數(shù)據(jù)不同高度處的RI指數(shù)，并根據(jù)判斷條件計算相應(yīng)數(shù)據(jù)具體包括以下內(nèi)容：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于雙波長激光雷達(dá)的城市大氣通風(fēng)系數(shù)估計方法，其特征在于：所述構(gòu)建原始特征數(shù)據(jù)集，根據(jù)互信息分析模型得到城市影響特征因子和氣象影響特征因子，并根據(jù)城市影響特征因子和氣象影響特征因子得到城市大氣混合高度的估算數(shù)據(jù)具體包括以下內(nèi)容：
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于雙波長激光雷達(dá)的城市大氣通風(fēng)系數(shù)估計方法，其特征在于：所述S5具體包括以下內(nèi)容：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于雙波長激光雷達(dá)的城市大氣通風(fēng)系數(shù)估計方法，其特征在于：所述估計方法包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雙波長激光雷達(dá)的城市大氣通風(fēng)系數(shù)估計方法，其特征在于：所述雙波長激光雷達(dá)探測數(shù)據(jù)包括發(fā)射波長時探測的不同距離庫上的水汽拉曼散射回波強(qiáng)度數(shù)據(jù)、信噪比水平數(shù)據(jù)，以及發(fā)射波長時探測徑向速度數(shù)據(jù)；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于雙波長激光雷達(dá)的城市大氣通風(fēng)系數(shù)估計方法，其特征在于：所述通過梯度公式計算雙波長激光雷達(dá)探測數(shù)據(jù)的第一局部波動率包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于雙波長激光雷達(dá)的城市大氣通風(fēng)系數(shù)估計方法，其特征在于：所述根據(jù)生成的第一局部波動率繪制變化特征曲線，找到變化特征曲線平緩區(qū)和突變區(qū)的過渡點，并結(jié)合聚類模型得到第二局部波動率的標(biāo)簽數(shù)據(jù)具體包括以下內(nèi)容：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于雙波長激光雷達(dá)的城市大氣通風(fēng)系數(shù)估計方法，其特征在于：所述檢查第二局部波動...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：羅繼成，
申請(專利權(quán))人：成都遠(yuǎn)望科技有限責(zé)任公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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