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申请/专利权人：水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院

摘要：本发明提供了一种滞时内近实时卫星反演降水时空格局填补方法和系统，涉及降水定量模拟技术领域。该方法包括：获取预定流域近实时多源雨量、气象、地理空间信息，确定近实时卫星反演降水滞时；构建训练、测试、验证样本；对训练样本进行增广以提高样本数量；构建多个填补模型模拟得到预定流域所述降水时空格局；构建随机森林星地降水融合模型，对降水时空格局进行综合修正，获得滞时内近实时卫星反演降水时空格局。本发明针对当前近实时卫星反演降水存在滞时的问题，构建了滞时内降水时空格局填补和随机森系星地融合模型，模拟修正实现了滞时内近实时卫星反演降水时空格局的填补，将卫星反演降水由近实时提升至实时水准，提升了数据的可用性。

主权项：1.一种滞时内近实时卫星反演降水时空格局填补方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、获取预定流域地面雨量站点观测信息、多源近实时卫星反演栅格降水信息以及近实时多种气象要素同化信息，准备所需地理空间信息；匹配各信息的时空尺度；步骤11、获取预定流域地面雨量站点观测信息、多源近实时卫星反演栅格降水信息以及近实时多种气象要素同化信息，确定各信息的滞时分别为tgauge、trs、tas；所述气象要素同化信息包括该预定流域下的2米气温、2米比湿、10米风速、地面气压和小时短波辐射；步骤12、收集同一预定流域的数字高程DEM数据，以及该流域下所囊括的栅格中心的经纬度；步骤13、确定目标时间分辨率，对地面雨量站点观测信息、多源近实时卫星反演栅格降水信息、近实时多种气象要素同化信息进行累加或分解，以统一各信息的时间分辨率；步骤14、确定目标空间分辨率，将多源近实时卫星反演栅格降水信息、近实时多种气象要素同化信息、数字高程DEM数据在预定流域的空间尺度均统一为L×W，其中L为数据的水平方向栅格个数、W为数据的垂直方向栅格个数；步骤2、对所述多源近实时卫星反演栅格降水信息进行预处理，按照预设时间步长和滑动窗口将所述多源近实时卫星反演栅格降水信息划分为包括输入信息和目标信息在内的训练样本、测试样本、验证样本；步骤21、将多源近实时卫星反演栅格降水信息中降水小于0.1的数值设为0；步骤22、以一维视角进行样本构建，设定滑动窗口和滑动步长分别为twindow和tstep，将滑动窗口twindow在预设时段内沿时间变化的方向按照滑动步长tstep进行滑动，每滑动一次，滑动窗口twindow内囊括的多源近实时卫星反演栅格降水信息为一组样本，依此得到由若干组样本构成的初始样本；其中，twindow＞trs；步骤23、在二维视角下，将所述初始样本中栅格降水数值大于0.1的栅格数目占总栅格数目比重小于10%的子样本作为无效雨量，剔除囊括所述无效雨量的全部子样本，依此得到有效样本，有效样本数目为nsample；步骤24、从所述有效样本中筛选部分作为验证样本，在剩余有效样本中随机选择70%样本作为训练样本、30%样本为作为测试样本；步骤25、确定后trs个栅格降水作为填补模型的目标信息，并以所述训练样本、测试样本、验证样本内前twindow-trs个栅格降水信息作为填补模型的输入信息；步骤3、将所述训练样本中的输入信息和目标信息进行同步增广以提高样本数量；步骤31、将所述训练样本中的输入信息随机进行水平翻转、垂向翻转、任意方向移动变换d个单位的增广操作n次，并记录对输入信息的操作方式和顺序；步骤32、将所述训练样本中的目标信息按照所记录的操作方式和顺序进行增广，并与增广后的训练样本匹配组成增广训练样本；步骤4、根据所述多源近实时卫星反演栅格降水信息的种类个数，构建多个填补模型，利用所述填补模型模拟得到当前流域下的初始滞时内近实时卫星反演降水时空格局；所述填补模型的构建过程包括：将输入层规模设定为L×W×twindow-trs×nsample，并构建由若干子编码器构成的编码器；其中子编码器包括二维卷积层、激活层，其连接顺序为二维卷积层-激活层-二维卷积层-激活层；将输入层与编码器相连，编码器内部的各子编码器间通过最大池化层相连；输出层规模设定为L×W×trs×nsample，并构建与所述子编码器相对称的子解码器；其中子解码器包括二维卷积层、反卷积层和激活层，其连接顺序为二维卷积层-激活层-二维卷积层-激活层；将解码器与输出层相连，解码器内部的各子解码器间通过二维反卷积层和激活层相连接；构建末尾连接层；所述末尾连接层包括二维卷积层、反卷积层、激活层组成、最大池化层、Dropout层，其连接顺序为Dropout层-最大池化层-二维卷积层-激活层-二维卷积层-激活层-Dropout层-反卷积层-激活层；利用所述末尾连接层将编码器与解码器的最后一层直接相连，同时通过深度连接层将每个子编码器获得的特征与对称子解码器获得的特征相组合，得到所述填补模型；以所述增广训练样本和测试样本对填补模型进行训练；步骤5、构建随机森林星地降水融合模型，利用所述随机森林星地降水融合模型，基于所述地面雨量站点观测信息和所述近实时多种气象要素同化信息对步骤4中得到的初始滞时内近实时卫星反演降水时空格局进行综合修正。

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