[发明专利]基于变分自编码的台风云图外推方法、系统、设备和介质

说明书

本发明提供了基于变分自编码的台风云图外推方法、系统、设备及介质，所述方法包括：获取卫星云图数据和历史台风最佳路径数据，并根据卫星云图数据和历史台风最佳路径数据，构建台风云图外推数据集；根据台风云图外推数据集，构建得到台风云图外推预测模型；所述台风云图外推预测模型包括依次连接的变分自编码器、解码器和三维点云重采样器；获取待预测台风的初始卫星云图数据，并将初始卫星云图数据输入台风云图外推预测模型，得到对应的云图预测结果。本发明从“数据驱动”的角度出发，挖掘出卫星云图的多种潜在特征，不仅操作过程方便简单，而且能实现更高效、更精准地台风云图外推预测。

技术领域

本发明涉及台风预测技术领域，特别是涉及一种基于变分自编码的台风云图外推方法、系统、计算机设备和存储介质。

背景技术

台风在是热带海洋或亚热带洋上生成的具有气旋性漩涡结构的天气过程，其破坏力非常大，是造成沿海地区人员伤亡和财产损失的直接因素，对台风路径的有效预测是开展防台减灾工作，到达防灾减灾目的的重要基础。

目前，台风路径预报的主要是采用数值天气预报模式，即动力预报。该技术基于数学和物理方法，通过动力学和热力学的微分方程组定量描述天气流体的演变过程，并借助于超级计算机模拟和预测大气运动状态，预测各天气形势和各气象要素，从而实现台风路径预报。随着对台风中尺度系统的不断认识、对台风精细化结构演变特征及其机理的持续研究、以及对台风综合探测手段和计算机性能的进一步完善等，台风数值预报技术也取得较快的发展，台风路径预报误差也有所下降。

然而，现有基于数值天气预报技术在实际应用中仍存在以下不足：1)在硬件上依赖于高性能计算机，且消耗较长的计算时间；2)预报结果容易受到初始场的质量的影响；3)单个数值预报模式仍具有不确定性及系统误差；4)对于台风的微物理过程、各参数化方案的研究仍有一定的局限性，且根据最新的台风路径预报精度评定结果可知，基于数值天气预报技术的台风路径预报精度仍有一定的提升空间。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于变分自编码的台风云图外推方法，通过采用“变分自编码”对原始卫星云图进行特征学习输出具有隐含特征分布，在解码结构中对隐含特征分布进行重采样和解码重构实现对原始云图的重构得到重构特征后，再采用“三维点云重采样”对重构后的云图进行点云采样得到台风云图云图预测结果，有效解决现有数值天气预报技术应用缺陷，从“数据驱动”的角度出发，挖掘和研究卫星云图的多种潜在特征，实现更简单、高效且精准地台风路径预报。

为了实现上述目的，有必要针对上述技术问题，提供了一种基于变分自编码的台风云图外推方法、系统、计算机设备和存储介质。

第一方面，本发明实施例提供了一种基于变分自编码的台风云图外推方法，所述方法包括以下步骤：

获取卫星云图数据和历史台风最佳路径数据，并根据所述卫星云图数据和历史台风最佳路径数据，构建台风云图外推数据集；

根据所述台风云图外推数据集，构建得到台风云图外推预测模型；所述台风云图外推预测模型包括依次连接的变分自编码器、解码器和三维点云重采样器；

获取待预测台风的初始卫星云图数据，并将所述初始卫星云图数据输入所述台风云图外推预测模型进行云图外推预测，得到对应的云图预测结果。

进一步地，所述根据所述卫星云图数据和历史台风最佳路径数据，构建台风云图外推数据集的步骤包括：

将所述卫星云图数据添加对应的经纬度信息，得到预处理卫星云图数据；

根据所述历史台风最佳路径数据，得到对应的台风记录；所述台风记录包括台风最大风速、台风中心经纬度、台风最低中心气压、台风登陆位置、台风转向和台风移速；

将所述台风记录与所述预处理卫星云图数据按照预设规则进行匹配，得到各个台风记录的匹配卫星云图信息；所述预设规则为经纬度信息和时间信息一一对应；所述匹配卫星云图信息包括经纬度信息和时间信息；