一种平流雾预报系统及预报方法与流程

本发明涉及气象应用领域，具体涉及一种平流雾预报系统及其预报方法。

背景技术：

平流雾，是当暖湿空气平流到较冷的下垫面上，下部冷却而形成的雾。平流雾往往具有突发性强、影响范围广、强度大、持续时间长等特点，对公路交通、航海等构成严重威胁。

目前平流雾预报主要采用激光雷达、能见度传感器等来测量，激光雷达测量距离仅为8-10km，其测量距离短，只能进行近距离观察。而平流雾的覆盖范围可能达到数百公里，按照目前的测量方法则需要布设多个激光雷达、能见度传感器，才能够保证对平流雾的有效测量及预报，但这无疑就增加了平流雾预报的成本,同时在广阔的海域部署激光雷达或能见度传感器也是不现实的。

有鉴于此，本发明人针对平流雾预报存在的诸多问题而深入构思，进而开发出本发明。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种测量范围广、测量成本低的平流雾预报系统及预报方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种平流雾预报系统，其包括两个以上的lora基站、一用于接入气象数据的气象数据接口和一数据分析服务器；

所述lora基站，用于发射和接收无线电信号，并采集其实际接收到的无线电信号的强度值rssi1，并将该无线电信号强度值rssi1传送至数据分析服务器；该lora基站建立在平流雾预报区域内，且两相邻lora基站之间的距离为5-100km；

所述气象数据接口用于接收平流雾预报区域内的气象数据，并传送至数据分析服务器；该气象数据包括湿度、风速和雨量；

所述数据分析服务器,根据获得的气象数据并结合两lora基站之间的接收到的无线电信号强度值rssi1，判断两lora基站之间的平流雾情况：当rssi1小于平流雾的预报阈值rssi0且无雨时，判断为两lora基站之间的区域内有平流雾，并获得平流雾浓度w；

计算平流雾的浓度w公式如下：

w＝rssi1-rssi0

平流雾的预报阈值rssi0＝α+logbasedd-logbasexx-logbaseyy

其中，α为rssi信号距离调整参数；d为两lora基站之间的距离；based为平流雾预报区域lora基站距离对数的底数；basex为平流雾预报区域的湿度调整因子对数的底数；x为平流雾预报区域的湿度值，basey为平流雾预报区域的风速调整因子对数的底数；y为平流雾预报区域的风速值。

一种平流雾预报方法，其包括以下步骤：

步骤1、在需要进行平流雾预报的区域内建立两个以上的lora基站，且两相邻的lora基站之间的距离设置为5-100km；利用气象数据接口获取平流雾预报区域内的气象数据；

步骤2、lora基站采集其实际接收到的无线电信号强度rssi1并传送至数据分析服务器，以及通过气象数据接口获取湿度、风速、雨量的气象数据并传送至数据分析服务器；通过30天以上的数据累计，且在30天以上的数据累计中至少要出现5-8次平流雾的天气，然后对采集的数据进行统计分析，求出平流雾的预报阈值rssi0求取模型中的参数α、based、basex、basey，由此确定rssi0的求取模型；

根据rssi1、气象数据以及是否平流雾天气的情况，构建预报阈值rssi0的求取模型，具体如下：

rssi0＝α+logbasedd–logbasexx–logbaseyy

其中，α为rssi信号距离调整参数；

d为两lora基站之间的距离；

based为平流雾预报区域lora基站距离对数的底数；basex为平流雾预报区域的湿度调整因子对数的底数；

x为平流雾预报区域的湿度值；

basey为平流雾预报区域的风速调整因子对数的底数；

y为平流雾预报区域的风速值；

步骤3、进行平流雾预报；

lora基站获取其实际接收到的无线电信号强度rssi1，并传送至数据分析服务器；通过气象数据接口获取平流雾预报区域的湿度、风速、雨量，并传送至数据分析服务器；

根据lora基站实际接收的无线电信号强度rssi1、气象数据并结合平流雾的预报阈值rssi0，依照平流雾的浓度公式：

w＝rssi1-rssi0，w表示平流雾的浓度；

当rssi1小于rssi0时获得平流雾浓度w,判断为两lora基站之间的区域内有平流雾,平流雾浓度w为雾浓度。

采用上述方案后，本发明采用无线通信信号受天气参数影响的原理，采集可能形成雾区的无线电传输信号，无线电信号受雾的影响将产生一定的雾衰减，该衰减值表现在无线电接收信号强度rssi上，如图2所示，从无线电接收信号强度rssi变化曲线同时参照测量区域内的湿度、风速、雨量等天气参数进行平流雾的预报。且在进行平流雾预报时采用传输距离远的lora基站进行无线电信号的发射与接收，在相同的测量范围内，需要布设的lora基站的数量就会减少，由此降低平流雾预报的成本。总之，本发明能够实现某一区域内的平流雾情况的有效预报，且其范围广、成本低。

附图说明

图1为本发明平流雾预报系统原理框图；

图2为rssi变化规律图；

图3为本发明第一实施例的平流雾预报系统原理框图；

图4为本发明第二实施例的平流雾预报系统原理框图；

图5为本发明第三实施例的平流雾预报系统原理框图。

具体实施方式

如图1所示，本发明揭示了一种平流雾预报系统，其包括两个以上的lora基站、一气象数据接口和一数据分析服务器。

其中，lora基站用于发射和接收无线电信号，并采集其实际接收到的无线电信号的强度值rssi1，并将该无线电信号强度值rssi1传送至数据分析服务器；该lora基站建立在平流雾预报区域内，且两相邻lora基站之间的距离为5-100km。

气象数据接口用于接收平流雾预报区域内的气象数据，并传送至数据分析服务器；该气象数据包括湿度、风速和雨量；

数据分析服务器,根据获得的气象数据并结合两lora基站之间的接收到的无线电信号强度值rssi1，判断两lora基站之间的平流雾情况：当rssi1小于平流雾的预报阈值rssi0且无雨时，判断为两lora基站之间的区域内有平流雾，并获得平流雾浓度w；

计算平流雾的浓度w公式如下：

w＝rssi1-rssi0

上述平流雾的预报阈值rssi0＝α+logbasedd-logbasexx–logbaseyy；

其中，α为rssi信号距离调整参数；d为两lora基站之间的距离；based为平流雾预报区域lora基站距离对数的底数；basex为平流雾预报区域的湿度调整因子对数的底数；x为平流雾预报区域的湿度值，basey为平流雾预报区域的风速调整因子对数的底数；y为平流雾预报区域的风速值。

基于上述平流雾预报系统，本发明还揭示了一种平流雾预报方法，其具体包括以下步骤：

步骤1、在需要进行平流雾预报的区域内建立两个以上的lora基站，且两相邻的lora基站之间的距离设置为5-100km；利用气象数据接口获取平流雾预报区域内的气象数据；

步骤2、lora基站采集其实际接收到的无线电信号强度rssi1并传送至数据分析服务器，以及通过气象数据接口获取湿度、风速、雨量的气象数据并传送至数据分析服务器；通过30天以上的数据累计，且在30天以上的数据累计中至少要出现5-8次平流雾的天气，然后对采集的数据进行统计分析，求出平流雾的预报阈值rssi0求取模型中的参数α、based、basex、basey，由此确定rssi0的求取模型；

根据rssi1、气象数据以及是否平流雾天气的情况，构建预报阈值rssi0的求取模型，具体如下：

rssi0＝α+logbasedd–logbasexx–logbaseyy

其中，α为rssi信号距离调整参数；

d为两lora基站之间的距离；

based为平流雾预报区域lora基站距离对数的底数；basex为平流雾预报区域的湿度调整因子对数的底数；

x为平流雾预报区域的湿度值；

basey为平流雾预报区域的风速调整因子对数的底数；

y为平流雾预报区域的风速值；

步骤3、进行平流雾预报；

lora基站获取其实际接收到的无线电信号强度rssi1，并传送至数据分析服务器；通过气象数据接口获取平流雾预报区域的湿度、风速、雨量，并传送至数据分析服务器；

根据lora基站实际接收的无线电信号强度rssi1、气象数据并结合平流雾的预报阈值rssi0，依照平流雾的浓度公式：

w＝rssi1-rssi0，w表示平流雾的浓度

当rssi1小于rssi0时获得平流雾浓度w,判断为两lora基站之间的区域内有平流雾,平流雾浓度w为雾浓度。

本发明采用无线通信信号受天气参数影响的原理，采集可能形成雾区的无线电传输信号，无线电信号受雾的影响将产生一定的雾衰减，该衰减值表现在无线电接收信号强度rssi上，从无线电接收信号强度rssi变化曲线同时参照测量区域内的湿度、风速、雨量等天气参数进行平流雾的预报。且在进行平流雾预报时采用传输距离远的lora基站进行无线电信号的发射与接收，在相同的测量范围内，需要布设的lora基站的数量就会减少，由此降低平流雾预报的成本。

在实际的平流雾预报时，可以仅布设两个lora基站来预测两个lora基站之间的平流雾情况，也可以布设三个以及三个以上的lara基站来预测更大区域的平流雾情况。以下将列举一实施例对本发明进行进一步的解释说明，在该实施例中，平流雾预测区域内布设了五个lora基站。

如图3所示，五个lora基站分别为第一lora基站、第二lora基站、第三lora基站、第四lora基站和第五lora基站，其中，第二lora基站、第三lora基站、第四lora基站、第五lora基站分别布设在第一lora基站的东南西北四个方向，且其与第一lora基站的距离为50km。第二lora基站、第三lora基站、第四lora基站和第五lora基站用于发射无线电信号，而第一lora基站用于接收无线电信号，且第一lora基站连接数据分析服务器，同时该数据分析服务器还连接气象数据接口。

在进行平流雾预报时，第二lora基站、第三lora基站、第四lora基站和第五lora基站发射无线电信号，该无线电信号携带有相应的lora基站id，第一lora基站接收其余四个lora基站的无线电信号并获取相应的无线电信号强度值rssi12、rssi13、rssi14、rssi15，其中，rssi12为接收到的第二lora基站发射的无线电信号强度值，rssi13为接收到的第三lora基站发射的无线电信号强度值，rssi14为接收到的第四lora基站发射的无线电信号强度值，rssi15为接收到的第五lora基站发射的无线电信号强度值。第一lora基站将获取的无线电信号强度值rssi12、rssi13、rssi14、rssi15发送至数据分析服务器。

同时，通过气象数据接口获取平流雾预测区域内的同时段的湿度、风速、雨量等气象观测信息，并将湿度、风速、雨量传送至数据分析服务器。数据分析服务器根据这些气象观测信息以及两lora基站之间的无线电信号强度值获取出第一lora基站与其余lora基站之间的平流雾预报阈值rssi02、rssi03、rssi04、rssi05。

然后，将无线电信号强度rssi12与平流雾预报阈值rssi02进行比较，即可知第一lora基站与第二lora基站之间是否有雾；将无线电信号强度rssi13与平流雾预报阈值rssi03进行比较，即可知第一lora基站与第三lora基站之间是否有雾；将无线电信号强度rssi14与平流雾预报阈值rssi04进行比较，即可知第一lora基站与第四lora基站之间是否有雾；将无线电信号强度rssi15与平流雾预报阈值rssi05进行比较，即可知第一lora基站与第五lora基站之间是否有雾。若第一lora基站与其余四个lora基站之间均判断为有雾，那么，这五个lora基站所涵盖的区域内就判断为有雾。

上述实施例是将第二至第五lora基站设置为用于发射无线电信号的，而第一lora基站是用来接收无线电信号的。而在具体的平流雾预报过程中，如图4所示，也可以将第二至第五lora基站设置为用来接收无线电信号，而第一lora基站用来发射无线电信号，此时，第二至第五lora基站连接数据分析服务器，通过获取第二至第五lora基站接收到的无线电信号强度也可以进行平流雾预测。当然，如图5所示，也可以将第一至第五lora基站均设置为既用于发射无线电信号也用来接收无线电信号，此时，五个lora基站均连接数据分析服务器，任意两个lora基站之间均可进行平流雾判断，该情况下，平流雾的预报会更加准确一些。

以上所述，仅是本发明实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。