一种卫星降水数据实时校正方法、装置及存储介质

1.本发明涉及一种卫星降水数据实时校正方法、装置及存储介质，属于卫星测量降水数据处理技术领域。


背景技术：

2.水文气象数据能够反映一定区域内水文气象特征，是分析当地暴雨和干旱情况的重要基础，而实时卫星降水数据又为台风、洪水等极端水文事件以及相应防控措施的制定提供了重要依据。
3.目前，实时卫星降水产品采用非直接测量降水的方式，但是，受限于传感器的系统误差、时空采样的影响以及反演算法的局限等因素，非直接测量降水使得实时卫星降水产品的测量精度较差。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供了基于屏幕内外行为的联合检测方法及系统。
5.第一方面，本发明提供了一种卫星降水数据实时校正方法，所述方法包括：
6.以目标格网为中心，设置目标格网的初始窗口，所述初始窗口至少包含1个气象台站；
7.收集所述初始窗口的历史数据对，所述历史数据对包括地面降水数据和卫星降水数据；
8.筛选所述历史数据对，获得合格数据对；
9.根据预先设定的标准，当所述合格数据对符合标准，确定目标格网的最终窗口；当所述合格数据对不符合标准，以目标格网为中心将窗口外扩设定像素，重复外扩操作，直至符合预先设定的标准；
10.计算所述最终窗口的地面降水数据累积概率密度函数和卫星降水数据累积概率密度函数；
11.根据最终窗口的地面降水数据累积概率密度函数和卫星降水数据累积概率密度函数之间的映射，实现目标格网卫星降水数据的实时校正。
12.进一步的，所述目标格网的初始窗口设置为以目标格网为中心，包含5
×
5个网格的窗口。
13.进一步的，所述合格数据对为地面降水数据和卫星降水数据均超过1mm/day的数据对。
14.进一步的，所述预先设定的标准为：合格数据对的对数与历史数据降水的天数之比位于20％以上。
15.进一步的，所述目标格网卫星降水数据的实时校正通过以下公式进行表示：
[0016][0017]
式中，和pi(t)分别表示在t时刻格网i校正后的卫星降水数据和原始卫星降水数据；表示格网i窗口内的地面降水数据的累积概率密度函数的逆运算，cdf
rt
代表格网i窗口内原始卫星降水数据的累积概率密度函数。
[0018]
第二方面，本发明提供了一种装置，包括处理器及存储介质；
[0019]
所述存储介质用于存储指令；
[0020]
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据第一方面所述方法的步骤。
[0021]
第三方面，本发明提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现第一方面所述方法的步骤。
[0022]
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明通过目标格网最终窗口的地面降水数据累积概率密度函数和卫星降水数据累积概率密度函数之间的映射，对卫星降水数据进行实时校正，提高了效率；同时，通过最终窗口内的合格数据对，计算累积概率密度函数，考虑了降水的空间变异性，提高了精度。
附图说明
[0023]
图1是本发明实施例提供的卫星降水数据实时校正方法流程图；
[0024]
图2是本发明实施例提供的校正后的csmw-rt与原始tmpa-rt的精度对比。
具体实施方式
[0025]
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0026]
在本发明的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
[0027]
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
[0028]
本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0029]
本发明提供了一种卫星降水数据实时校正方法、装置及存储介质，下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：
[0030]
实施例1：
[0031]
本发明实施例提供的一种卫星降水数据实时校正方法，通过目标格网最终窗口的
地面降水数据累积概率密度函数和卫星降水数据累积概率密度函数之间的映射，对卫星降水数据进行实时校正，提高了效率，增加了精度，具体包括以下内容：
[0032]
确定目标格网，以目标格网为中心，设置包含5
×
5个网格的目标格网的初始窗口，初始窗口也可以设置为包含3
×
3个网格；为了保证地面参考数据的可靠性，初始窗口内至少包含1个气象台站。
[0033]
初始窗口设置后，收集初始窗口中的历史数据对，历史数据对包括地面降水数据和卫星降水数据；对收集的历史数据对进行筛选，筛选出历史数据对所包含的地面降水数据和卫星降水数据均超过1mm/day的数据对，作为合格数据对。
[0034]
合格数据对获取后，当合格数据对的对数与历史数据降水的天数之比位于20％以上，确定目标格网的最终窗口；当合格数据对的对数与历史数据降水的天数之比小于20％，以目标格网为中心将窗口外扩设定像素，设定像素为1个像素，重复外扩操作，直至合格数据对的对数与历史数据降水的天数之比位于20％以上，例如，初始窗口为5
×
5个网格，则窗口扩大为7
×
7，9
×9……
直到窗口内有满足数量的合格数据对则停止扩大窗口。
[0035]
目标格网的最终窗口确定后，将窗口内的历史地面降水数据和历史卫星降水数据，分别按照各自降水量的大小，从小到大排列成时序上的数据流，在matlab软件中分别计算各自的累积概率密度函数。
[0036]
未来的卫星降水数据就可通过历史卫星降水数据以及地面降水数据的累积概率密度函数之间的映射计算来进行校正，校正后的卫星降水数据在网格i上(0.25
°
)在t时段具体的计算公式如下：
[0037][0038]
式中，和pi(t)分别表示在t时刻格网i校正后的卫星降水数据和原始卫星降水数据；表示格网i窗口内的地面降水数据的累积概率密度函数的逆运算，cdf
rt
代表格网i窗口内原始卫星降水数据的累积概率密度函数。
[0039]
卫星降水格网数据tmpa-rt(0.25
°
)与地面降水格网数据cgdpa(0.25
°
)，选择卫星每日降水数据是2008和2019年暖季(5-9月)的tmpa-rt，具有0.25
°
的空间分辨率；选择每日地面观测降水数据是2008和2019年暖季(5-9月)的cgdpa日数据，具有0.25
°
的空间分辨率；研究区是中国大陆；采用2008-2016年的历史卫星及地面降水数据通过本发明的方法建立两者各自的累积率密度函数，2017-2019年作为独立的验证期，对卫星及地面降水两者的历史累积概率密度模型进行匹配，以此订正该段时间的tmpa-rt日降水数据。2017-2019年的地面数据不参与建模，而是单独作为独立的验证数据去评价本发明的算法的适用性和可靠性。
[0040]
设置初始窗口：在每个目标格网上设置了包含了5
×
5个网格(1.25
°×
1.25
°
)的窗口；在每一个窗口中，为了保证地面参考数据cgdpa的可靠性，选择包含至少一个气象台站的格网，并且此格网上的cgdpa与tmpa-rt同时大于阈值为1mm/day的降水数据才有资格被选，配成一对。
[0041]
下载目标格网初始窗口数据：下载2008年至2019年暖季(5-9月)的tmpa-rt和cgdpa数据，由于cgdpa中存在小部分无效数据(数值都为-999)，因此需要对这部分数据进行删除，同时与这些被删cgdpa应时间的tmpa-rt也需删除。
[0042]
若目标格网初始窗口所包含的合格数据对的对数与历史数据降水的天数之比位于20％以上，则确定初始窗口大小即为目标格网的最终窗口尺寸大小；若小于20％，则以目标格网为中心将窗口外扩一个像素，例如初始窗口为5
×
5格网，若此窗口包含的合格历史降水数据对不足历史数据(2008-2016年的5-9月)天数的20％，则窗口扩大为7
×
7,9
×9……
直到窗口内有满足数量的合格数据对则停止扩大窗口。
[0043]
目标格网的最终窗口的尺寸确定后，将最终窗口内的历史地面降水数据和历史卫星降水数据分别按各自降水量的大小从小到大排列成时序上的数据列，接着分别计算每个窗口中历史tmpa-rt及cgdpa数据的累积概率密度。
[0044]
2017-2019年间的tmpa-rt就可通过历史tmpa-rt以及cgdpa的累积概率密度函数之间的映射计算来进行校正，因为2017-2019的cgdpa没有参与建模，因此可以作为独立的地面参考数据，来评价采用本发明方法校正后的tmpa-rt和校正前原设的tmpa-rt数据。
[0045]
如图2所示，建模期和验证期校正前后的tmpa-rt数据三个精度指标的时间序列，三个精度指标采用相对偏差(rb)、均方根误差(rmse)、相关系数(cc)；csmw-rt为经过本发明校正后的tmpa-rt数据。
[0046]
实施例2：
[0047]
本实施例提供了一种装置，包括处理器及存储介质；
[0048]
所述存储介质用于存储指令；
[0049]
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行实施例1所述方法的步骤。
[0050]
实施例3：
[0051]
本实施例提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现实施例1所述方法的步骤。
[0052]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0053]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0054]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0055]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一
个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0056]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。