一种通过城市汽车雨刮器工作情况来测定城市降雨时空分布的方法与流程

本发明涉及城市降雨时空分布测定，尤其涉及一种通过城市汽车雨刮器工作情况来测定城市降雨时空分布的方法。

背景技术：

1、近百年来全球气候变暖的趋势十分显著，随着人类对我们赖以生存的地球环境的深入研究，气候变化已成为目前国际上普遍关注的热点问题。在全球气候变暖的大背景下，气候特征也发生了显著的变化，降雨作为反映气候变化的显著指标，势必会受到影响；近年来许多地区极端降雨事件频发，引发了严重的洪涝灾害；因此对降雨变化特征的研究具有重要意义，也受到了广泛关注。

2、随着全球经济快速发展，工业化程度不断提高，城市化的浪潮正以不可抵挡的趋势蔓延全球；城市作为现代社会政治、经济、文化的核心，人口急剧膨胀，规模不断扩大，城市数量也在迅速增多。随着经济社会的快速发展，城市化发展水平也在不断提高；而随着城市化发展，人类活动加剧城市下垫面性质改变，各种因素共同作用于大气，使大气边界层的性质发生变化，不可避免的会影响区域的气候状况，产生了城市热岛效应和雨岛效应；其中又以对降雨量的影响最大；

3、降雨量的多少不仅直接影响到工农业生产、交通运输、林业、生态、环境等，也不同程度地影响人类的生活；当发生洪涝灾害时，会对社会经济生活造成严重影响。

4、降雨量在城市的分布，即城市降雨时空分布图，该图的测定结果可以为城市防洪排涝应急调度提供技术支持，也可为城市的交通出行提供指导，为城市的防灾减灾和安全保障提供支撑；

5、现有技术对于城市降雨时空分布的测定方法，一般通过在城市中布设的自动雨量站进行降雨情况的监测，但是现有技术的自动雨量站只能监测城市内局部地区的降雨情况，空间代表性差，无法高精度的反映城市降雨时空分布的状况；

6、现有技术还有采用遥感降雨数据进行城市降雨时空分布测定的，但是该现有技术只能应用于大范围区域降雨的监测，对于城市降雨时空分布的监测，存在空间精度不够的情况；

7、现有技术还有采用气象雷达技术，通过利用雷达反射和散射特性监测和分析雷达信号反射和衰减的趋势，实现对局部空间范围内降雨的监测，但是该现有技术测量精度受多种因素的影响，并且雷达系统的成本高、维护困难。

8、因此，本领域技术人员致力于开发一种通过城市汽车雨刮器工作情况来测定城市降雨时空分布的方法，旨在解决现有技术中存在的缺陷问题。

技术实现思路

1、有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是目前现有技术中，自动雨量站只能监测城市内局部地区的降雨情况，空间代表性差，无法高精度的反映城市降雨时空分布的状况；遥感降雨数据空间精度不够的情况；气象雷达技术测量精度受多种因素的影响，并且成本高、维护困难。

2、为实现上述目的，本发明一种通过城市汽车雨刮器工作情况来测定城市降雨时空分布的方法，包括如下步骤：

3、步骤1、建立自动雨刮器工作速度与城市降雨量大小的实时换算关系；

4、步骤2、将步骤1换算得到的城市降雨量上传至网络中心；

5、步骤3、基于步骤1、2，完成城市区域降雨时空分布特征的分析；

6、步骤4、基于步骤3的分析结果，完成城市交通出行指示与防洪排涝预警；

7、所述步骤1中的自动雨刮器即汽车车辆上可根据实时降雨强度，动态调整雨刮工作速度的自动雨挂器；

8、所述自动雨刮器的工作速度与实时降雨强度之间存在换算关系；

9、所述自动雨刮器监测城市降雨强度使用的是摄像头采集视频，对实时视频中的多个连续帧图像求平均，获得平均图像；

10、所述自动雨刮器的摄像头采集到平均图像后，对图像进行全局增强，增强雨滴与背景的差别；随后对雨滴进行分割，并进行雨滴形态学上的处理，即可得到雨滴区域的像素数及分布情况了；即得到的雨滴像素占图像像素的百分比，即可得到雨滴像素占比与降雨强度之间的换算关系；

11、所述自动雨刮器即可根据雨滴像素占比，选择工作速度；

12、所述步骤1即，借助现有的汽车厂商安装的自动雨刮器，完成了雨刮器工作速度与降雨强度的换算，即实现的汽车车辆所在区域的局部小范围降雨强度监测；

13、步骤2、将步骤1换算得到的城市降雨量上传至网络中心；

14、所述步骤2将汽车车辆所在区域的局部小范围降雨强度的实时监测数据，并附上汽车车辆的gps定位信息上传至该城市网络中心；

15、所述城市网络中心可以单方面的接受汽车车辆的降雨强度数据与gps信息数据上传；

16、所述城市网络中心可以将接受到的城市降雨强度信息，按上传时间线进行汇总；

17、步骤3、基于步骤1、2，完成城市区域降雨时空分布特征的分析；

18、所述步骤3中的城市区域降雨时空分布特征，是基于步骤1通过换算得到的实时降雨强度和步骤2汇总得到的基于城市gps地理信息图所进行的；

19、所述步骤3，会将网络中心的所有实时城市降雨数据，反映到城市的地理地图信息上，降雨的实时数据，会在城市地图上详细展现；

20、所述步骤3对城市区域降雨时空分布的特征包括降雨量的多时间尺度分析、各等级降雨年内分配特征分析；

21、所述步骤3中的降雨量的多时间尺度分析，是采用在时域和频域上都具有良好局部化功能的小波分析；

22、所述降雨过程包含有多时间尺度变化特征，且是一个连续变化的过程，所以可以选用连续小波变换来进行分析；

23、所述步骤3中的小波分析，在给出降雨量随时间序列变化的正负和振幅，还具有相位信息，有利于分析研究；

24、所述步骤3的各等级降雨年内分配特征分析，可以根据各等级是否在年内平均分配，还是在雨季集中分布，而确立防涝救灾的关键时间段，提高防范的等级；

25、步骤4、基于步骤3的分析结果，完成城市交通出行指示与防洪排涝预警

26、所述步骤4是基于城市gps地理信息图所绘制得到的，城市区域降雨时空分布特征汇总图所进行的城市交通出行指示与防洪排涝预警；

27、所述步骤4中的城市交通出行指示，是基于城市区域降雨时空分布特征汇总图，对城市中的下穿隧道，以及城市低洼易积水的区域进行降雨量的汇总与指示；

28、所述步骤4中，若在城市下穿隧道区域的实时降雨量达到了最大排水径流，则可能导致下穿隧道积水，无法通行；则可以对涉水区域进行预警，帮助规划城市可通行道路；

29、所述步骤4中，不同城市区域排水设施标准不一致，部分城市区域设备老化，排水能力差，河道排涝泄洪能力不足，易发生倒灌关闭；

30、所述步骤4，对于城市区域实时降雨量大的区域，可及时安排人员前往协助排洪，防止发生内涝；

31、所述步骤4中，若城市局部累积降雨量达到阈值，则极大概率表示，该城市极大概率会在一段时间后，达到洪水风险的阈值，可以提前进行洪水预警，实现最快程度的预警；

32、进一步地，所述步骤2上传的信息，是通过汽车车辆自身与互联网通信的接口实现的；

33、进一步地，所述步骤3的城市降雨时空分布特征的分析，所接收到的汽车车辆的降雨强度数据与gps信息数据越多，则分析数据越贴近实际降雨时空分布情况；

34、进一步地，所述步骤3进行降雨量的多时间尺度分析时，需要先对降雨数据进行对称延展以消除或减小边界效应，然后计算延展后的小波变化系数；

35、采用以上方案，本发明公开的通过城市汽车雨刮器工作情况来测定城市降雨时空分布的方法，具有以下优点：

36、(1)本发明的通过城市汽车雨刮器工作情况来测定城市降雨时空分布的方法，基于城市中保有量极大的汽车，通过自动雨刮器的工作速度与降雨强度的换算，实现降雨在局部小范围的监测，并在有尽可能多的车辆具备此功能时，实现了基于汽车雨刮器工作情况来测定城市降雨时空的获取，可以全面监测城市降雨情况，空间代表性好，以较低的成本实现了高精度反映城市降雨时空分布的状况，空间精度高；

37、(2)本发明的通过城市汽车雨刮器工作情况来测定城市降雨时空分布的方法，可以实现低成本、快速化、多点位、光覆盖的城市降雨监测，通过对城市区域降雨时空分布特征的分析，可以为城市交通出行指示和防洪排涝进行预警，为城市雨期交通出行，和防洪重点进行指引，为城市暴雨洪涝减灾防灾提供技术支撑。

38、综上所述，本发明公开的通过城市汽车雨刮器工作情况来测定城市降雨时空分布的方法，通过自动雨刮器的工作速度与降雨强度的换算，实现降雨在局部小范围的监测，可以全面监测城市降雨情况，空间代表性好，以较低的成本实现了高精度反映城市降雨时空分布的状况，空间精度高；通过对城市区域降雨时空分布特征的分析，可以为城市暴雨洪涝减灾防灾提供技术支撑。

39、以下将结合具体实施方式对本发明的构思、具体技术方案及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。