一种基于天气雷达的森林火灾预警方法和系统与流程

本发明涉及灾害应急领域，具体涉及一种基于天气雷达的森林火灾预警方法和系统。

背景技术：

1、森林火灾是指在森林覆盖区域内，突发性且人为不可控的燃烧。森林火灾一旦发生，将会迅速蔓延并对森林资源以及人们的生产生活造成重大损失。因此，为了减少因森林火灾而造成的损失，需要加强相关森林防火措施。与此同时，对森林进行防火预警能够有效的保护生态环境。

2、森林防火现在主要依靠人工检测、视频监控、卫星图像等方式进行灾害预防。但这几种方式依然存在许多缺点。例如，人工监测存在着效率低下、成本高昂等缺点，并且该类灾害预防方法并不能有效的将整个森林覆盖区域纳入监测范围，因此存在着监测盲区。视频监控虽然采用了大量的摄像头，但由于摄像头在夜间无法探测到除可探测光谱之外的光照，因此也很难及时发现存在的火灾隐患。而卫星图像则是通过卫星拍摄的一系列卫星遥感图片，并依据卫星遥感图片中的热源点进行火灾判断，但这存在着一个明显的缺点：卫星遥感图像中的热源点并不一定是火灾发生点。只有当大片火灾发生时，卫星遥感图片中的热源点才会有明显的可识别性。综上所述，现有森林火灾预防方式普遍存在着效率低、覆盖范围小以及准确性较低等问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，为了解决森林火灾预警领域中火灾识别存在的识别效率低、覆盖范围小以及准确性低的问题，本发明提供了一种基于天气雷达的森林火灾预警方法和系统，基于雷达数据，通过一系列的雷达波过滤，将隐藏在雷达数据中的火灾回波分离出来，再结合卫星热点图，共同确定火灾发生位置。

2、能够充分解决上述火灾预防方法中存在的缺陷，有效的提升火灾预防的效率与准确性。同时该森林预警防火方法能够探测大范围的森林覆盖区域。

3、本发明采用x波段双偏振气象雷达的体扫数据作为基数据，对基数据中的晴空降水回波、杂波、降水回波、地物回波以及二次回波进行过滤操作，进而得到疑似火灾杂波及其位置，最后结合卫星热源图确认最终起火点。

4、本发明的技术方案如下：

5、一种基于天气雷达的森林火灾预警方法，包括：

6、s1：基数据输入：将x波段双偏振多普勒天气雷达体扫数据输入；

7、s2：火灾杂波过滤：对输入的体扫数据进行回波过滤；首先过滤数据中的晴空降水回波；然后过滤杂波；再过滤降水回波；最后过滤数据中的地物回波、二次回波；得到过滤后的疑似火灾回波；

8、s3：疑似火点定位、显示：将可疑火灾回波定位到预警回波图中，并将其显示为红色；

9、s4：辅助识别：利用卫星热点监测数据对疑似火点进行辅助识别；

10、s5：火情确认：对识别结果进行确认，若确认为森林火灾，则进行发布。

11、进一步地，s1中，输入的基数据具体选取方法为：

12、根据各资料库高度，选取临近该高度平面的上下两个仰角的相邻库上的数据，采用中值滤波后插值得到zcappi，形成格点场资料，各格点值为雷达反射率因子、径向速度、经纬度数据。

13、进一步地，s1中，x波段双偏振雷的雷达发射率的定义如下：

14、

15、其中：z表示雷达发射率，d为单位体积内降水质点的直径，n(d)为滴谱函数，表示在单位体积内直径介于d～(d+dd)范围内的粒子数；上式表示雷达发射率z与单位体积类降水质点的分布n(d)及质点的直径d有关，等于有效照射体积内所有散射粒子直径的六次方之和。

16、进一步地，s2中，杂波过滤流程如下：

17、s2.1：把极坐标下的雷达反射率体扫资料经过中值滤波质量控制后插值到统一的笛卡尔坐标系下的网格点上；

18、s2.2：过滤晴空回波：以小于15dbz并且大于29000距离库为阈值过滤晴空回波；

19、s2.3：过滤杂波：采用9个库中7个无回波进行杂波判别并过滤：

20、s2.4：过滤降水回波：查找当前观测体扫数据前15min内，最近本次观测的1个观测体扫数据，同时读取2个体扫数据，分析这2个观测体扫数据距离雷达天线某高度上是否有降水回波，如果有降水回波就认为该次体扫数据的低层回波是降水回波，将其过滤；分析方法为：当高、低层都有回波时，认为低层是降水回波；当高层无回波，而低层有回波时，认为是疑似火灾回波；

21、s2.5：过滤二次回波：设置相邻库径向速度绝对值差为2.5m·s-1的阈值过滤二次回波；

22、s2.6：过滤地物回波：设置径向速度的绝对值小于0.5m·s-1为阈值过滤地物回波；

23、s2.7：最后得到滤出的疑似火灾烟尘回波。

24、进一步地，s4中，辅助识别步骤如下：

25、s4.1：利用实时卫星热源图中的热源点与疑似火灾杂波经纬度进行比对；

26、s4.2：若热源点与火灾杂波位置图为同一经纬度位置，且位置处于森林地带，则将其识别为森林火灾起火点。

27、进一步地，s5中，火情确认的具体流程如下：

28、若步骤s4中识别出火灾起火点，则将火灾起火点进行预警，并将相关火灾发生情况发送给相关灾害应急部门。

29、本发明还涉及的一种预警系统，适用于上述的方法，包括采集器和处理器，采集器采集x波段双偏振多普勒天气雷达体扫数据、卫星热点监测数据；处理器包括火灾杂波过滤模块、疑似火点定位和显示模块、辅助识别模块和信息发送模块；

30、火灾杂波过滤模块对输入的体扫数据进行回波过滤；首先过滤数据中的晴空降水回波；然后过滤杂波；再过滤降水回波；最后过滤数据中的地物回波、二次回波；最后的得到过滤后的可疑火灾回波；

31、疑似火点定位和显示模块将可疑火灾回波定位到预警回波图中，并将其显示为红色；

32、辅助识别模块利用卫星热点监测数据对疑似火点进行辅助识别；

33、信息发送模块对确认的森林火灾进行发布。

34、本发明还涉及的一种电子设备，包括存储器、处理器以及在存储器上，并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。

35、本发明还涉及的一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现如上述方法的步骤。本发明通过对气象雷达数据收集并对其进行过滤操作，依次滤除其中的晴空降水回波、杂波、降水回波、地物回波以及二次回波，最后得到疑似火灾回波及其位置，最后结合卫星热源图，确认最终火灾发生位置，确认火情，并将其进行通告发布。

技术特征：

1.一种基于天气雷达的森林火灾预警方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s1中，输入的基数据具体选取方法为：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s1中，x波段双偏振雷的雷达发射率的定义如下：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s2中，杂波过滤流程如下：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s4中，辅助识别步骤如下：

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s5中，火情确认的具体流程如下：

7.一种预警系统，其特征在于：适用于权利要求1-6任一项所述的方法，包括采集器和处理器，采集器采集x波段双偏振多普勒天气雷达体扫数据、卫星热点监测数据；处理器包括火灾杂波过滤模块、疑似火点定位和显示模块、辅助识别模块和信息发送模块；

8.一种电子设备，其特征在于：包括存储器、处理器以及在存储器上，并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1至6中任一项所述方法的步骤。

9.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于：其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1至6中任一项所述方法的步骤。

技术总结本发明涉及一种基于天气雷达的森林火灾预警方法和系统，属于灾害应急领域，包括：输入基数据；火灾杂波过滤；疑似火点定位、显示；辅助识别；火情确认。本发明通过对X波段双偏振天气雷达体扫数据进行回波过滤处理，并进一步利用过滤处理后的数据进行火灾识别，能够精确识别森林火灾发生位置，及时将火灾情况进行上报处理。本发明具有较高的实用性、准确性，可有效提升森林火险预警能力。技术研发人员：徐八林,张国兴,彭启洋,刘红俊,徐舒扬,赵庆,舒斌,和楷承,莫旭昱,解莉燕受保护的技术使用者：云南省大气探测技术保障中心技术研发日：技术公布日：2024/5/29