[发明专利]一种基于大数据的移动通信网降水分布及动态测量方法

权利要求书

1.一种基于大数据的移动通信网降水分布及动态测量方法，其特征是包括如下步骤：

(1)搭建连接移动终端基站的中心服务器，建立移动终端、基站与中心服务器之间数据通信的链路；

(2)实时采集各基站的发射功率P_station和基站接收到对应的各移动终端的功率P_phone；

(3)建立各移动终端与某基站的一一对应关系，基于此计算每个移动终端与基站通信之间的链路路径衰减ΔP_attenuation＝P_station-P_phone；

(4)基于地理信息系统(GIS)，计算移动终端及其对应基站的地理位置和相对距离，以基站发射功率为基准，计算自由空间传播损耗、建筑物、植被、不固定障碍等非气象因素引起每个移动终端信号的衰减ΔP_path；

(5)将链路路径衰减扣除掉非气象因素导致的衰减，计算得到每个移动终端雨致衰减ΔP_rain＝ΔP_attenuation-ΔP_path；

(6)对每个移动终端与基站之间的链路雨衰值进行距离订正，求解得到单位距离内移动终端信号的雨致衰减值ΔP_mean＝ΔP_rain/L；

(7)针对每个移动终端的移动情况和基站覆盖范围，对各移动终端信号的雨致衰减值进行归一化处理，对没有移动终端信号覆盖的格点进行插值处理，对有多个移动终端信号覆盖的格点进行权重估计处理，最终得到移动通信网全部或选择的部分移动终端信号覆盖范围内每一个格点的雨致衰减值ΔP_grid；

(8)步骤(2)—(7)实时进行，得到每个时刻的移动终端信号每一个格点衰减值，将这些信息嵌入到GIS地图中，并通过可视化界面显示移动终端信号衰减的区域分布及其随时刻的动态变化；移动终端信号的衰减特征值及其变化反映了信号覆盖范围内的降水状况。

2.根据权利要求1所述的基于大数据的移动通信网降水分布及动态测量方法，其特征在于：系统主要包括移动终端信号采集单元、专业降水资料获取单元、数据采集与处理单元、公共信息服务单元；其中，

移动终端信号采集单元实时采集所有移动终端的信号强度信息，并通过移动互联网传输到数据采集与处理单元；将基站的发射强度和移动终端信号的接收强度、地理位置等信息实时传输到采集与处理单元。

专业降水资料获取单元实时采集气象观测业务中降水观测仪器的资料，并通过互联网同步传输到数据采集与处理单元；现有气象业务中已经布设的自动雨量计和天气雷达等观测资料均可以通过无线和有线方式传输到采集与处理单元；

数据采集与处理单元采用大数据处理和信息挖掘技术，建立移动终端信号衰减特征与雨强分布的相关关系，并对移动终端信号衰减的区域分布、单点降雨强度、雷达反射率因子的区域分布等资料进行融合处理，反演得到降水区域分布及其动态；

公共信息服务单元以可视化界面的形式向公众提供公共气象服务。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：移动终端终端包括智能移动终端与非智能移动终端，无需额外增加气象传感器。雨致移动终端衰减信号提取算法主要是在基站信号和移动终端信号的基础上，通过剔除非气象因素影响、距离订正和归一化处理，得到雨致移动终端信号衰减特征，包括但不限于衰减量值、时间、梯度和整体波动等，基于此进一步得到雨致信号衰减的区域分布。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：大数据处理和信息挖掘算法主要是建立移动终端信号衰减特征(包括但不限于衰减量值、时间、梯度和整体波动等)与降水的相关关系，从海量移动终端衰减特征中挖掘有效降水信息。并与雨量计、天气雷达等专业气象资料进行融合分析，通过插值和最优化等方法，最终反演得到降水区域分布及其动态变化。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：公共信息服务单元主要由移动终端APP、电脑客户端及相应网站等可视化交互软件组成，结合GIS地图，将降水分布及其动态直观地展示给公众和用户。不同用户可以根据具体需求，通过可视化软件的交互和反馈，得到特殊定制的气象服务。利用互联网将降水分布及其动态变化发送到具有联网功能的移动终端或计算机，并通过可视化界面显示降水分布及其动态，以类似实时路况的直观方式为公众提供公共气象服务。