一种基于5G通信的远程雷电监测预警方法及系统与流程

本发明涉及雷电预警，具体为一种基于5g通信的远程雷电监测预警方法及系统。

背景技术：

1、雷电是一种常见的自然现象，同时也是一种潜在的灾害天气，对人类社会活动和基础设施安全构成威胁。随着技术的进步，雷电监测与预警系统的发展也在不断进步。传统的雷电监测系统主要依赖地面传感器、遥感技术和卫星数据，这些系统能够在一定程度上提供准确的数据和预警信息。然而，随着5g通信技术的兴起，新的可能性被打开。5g技术以其超高速度、大带宽和低延迟特性，为雷电监测提供了新的解决方案，特别是在数据传输和处理速度方面具有明显优势。

2、尽管现有的雷电监测系统在技术上已取得一定成就，但仍面临多个挑战。首先，传统系统在数据收集和处理的实时性方面常常不足，导致预警信息延迟，这在紧急情况下可能无法有效预防灾害。其次，现有的数据融合技术未能充分利用来自不同来源的数据，影响了监测数据的准确性和预警的可靠性。此外，大部分现有系统未能实现高精度的地理定位和时间同步，这限制了其在精细化管理和定位精确雷电活动方面的能力。因此，开发一个能够实时、高效和精确处理大量监测数据的系统是提高雷电预警准确性和响应速度的关键。

技术实现思路

1、鉴于上述存在的问题，提出了本发明。

2、因此，为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于5g通信的远程雷电监测预警方法，包括：在监测区域部署5g基站并部署边缘计算节点，边缘节点对监测数据进行初步处理，并上传至云端服务器；

3、将卫星遥感获取的全球雷电活动数据，通过5g网络传输至云端服务器，云端服务器将全球雷电活动数据与地面监测融合特征进行深度数据特征融合；

4、基于全球雷电活动数据和地面监测融合特征数据集构建雷电活动监测预警模型，云端服务器将深度融合特征输入至预警模型，获得雷电活动预警结果；

5、云端服务器根据雷电活动预警结果进行实时分析，根据分析结果发出雷电预警信息。

6、作为本发明所述的基于5g通信的远程雷电监测预警方法的一种优选方案，其中：所述监测数据包括闪电历史定位数据、雷达反射率数据、大气电场强度数据、温度廓线图；

7、所述闪电历史定位数据包括闪电发生时间、位置、极性、峰值电流；

8、所述雷达反射率数据包括大气中的水汽、云和降水的反射率信息；

9、所述大气电场强度数据包括电场强度时间序列及其空间分布；

10、通过温度廓线图获得对流有效位温的时空分布数据；

11、在5g网络覆盖范围内，部署多个雷电监测节点，每个监测节点配备毫米波雷达和光电传感器，实现对雷电放电过程的三维成像和特征检测，利用5g网络的时间同步功能，对分布式监测节点进行高精度时间对齐。

12、作为本发明所述的基于5g通信的远程雷电监测预警方法的一种优选方案，其中：所述初步处理包括，

13、对各类监测数据进行加权融合，得到加权融合特征；

14、原始加权融合计算公式如下：

15、

16、其中，yi是加权融合特征，wi是第i个监测数据的权重，xi是第i个监测数据；

17、对加权融合公式进一步推导获得：

18、

19、其中，αi是第i个监测数据对应的分布形状参数，βi是第i个监测数据对应的分布尺度参数，γ(xi,αi,βi)是监测分布函数；

20、所述监测分布函数的计算公式如下：

21、

22、

23、其中，e是自然对数的底数。

24、作为本发明所述的基于5g通信的远程雷电监测预警方法的一种优选方案，其中：所述深度数据特征融合包括，

25、对全球雷电活动数据进行数据预处理；

26、将预处理后的全球雷电活动数据和地面监测融合特征进行深度特征融合，具体计算公式如下：

27、

28、其中，si是第i个全球雷电活动数据特征，z是最终的深度融合特征，n是全球雷电活动数据特征的数量。

29、作为本发明所述的基于5g通信的远程雷电监测预警方法的一种优选方案，其中：所述构建雷电活动监测预警模型的步骤包括，

30、将全球雷电活动数据和地面监测融合特征数据集划分为训练集、验证集和测试集；

31、对雷电活动监测预警模型进行训练，并通过验证集调整拟合参数；

32、在测试集上评估融合网络的性能指标，并测试网络在不同地理区域和季节条件下的性能。

33、作为本发明所述的基于5g通信的远程雷电监测预警方法的一种优选方案，其中：所述雷电活动监测预警模型的计算公式如下：

34、

35、其中，p(x,y)是在位置(x,y)的雷电发生概率，a是模型敏感度参数，b是模型曲线形状参数。

36、作为本发明所述的基于5g通信的远程雷电监测预警方法的一种优选方案，其中：所述实时分析包括，

37、根据雷电活动预警结果进行预警等级划分，执行不同预警方案；

38、当p<0.3时，则判断预警等级为低，执行第一预警方案，实时监控监测区域内的天气变化和雷电活动情况，对可能受雷电影响的关键基础设施采取基本的防护措施，发布低预警级别的天气预警信息，提醒公众保持谨慎；

39、当0.3<p<0.7时，则判断预警等级为中，执行第二预警方案，加强对监测区域内天气变化和雷电活动的监视频率，对可能遭受较大雷电影响的关键基础设施采取进一步的防护加固措施，发布中预警级别的天气预警信息，根据预警结果的时间序列变化趋势，动态调整防护等级；

40、当p>0.7时，则判断预警等级为高，执行第三预警方案，实时跟踪监测区域内的雷电活动，预判可能产生的破坏力，对极有可能遭受雷电严重破坏的关键基础设施采取最高等级的防护措施，发布高预警级别的天气预警信息，提醒公众采取相应的避险行动，根据雷电活动的持续时间和强度变化，动态评估并适时调整防护等级。

41、本发明的另外一个目的是提供一种基于5g通信的远程雷电监测预警系统，为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于5g通信的远程雷电监测预警系统，包括：基础设施部署模块、数据采集融合模块、数据预处理模块、深度特征融合模块、模型训练优化模块、预警模型计算模块以及实时预警响应模块；

42、所述基础设施部署模块用于在监测区域部署5g基站，部署边缘计算节点，用于对监测数据进行初步预处理并快速上传至云端服务器；

43、所述数据采集融合模块用于通过卫星遥感获取全球雷电活动数据，通过5g网络传输至云端服务器，采集地面监测数据，在云端服务器端将全球雷电活动数据与地面监测数据进行深度数据特征融合；

44、所述数据预处理模块用于对地面监测数据进行加权融合，得到加权融合特征，对全球雷电活动数据进行预处理，为后续深度融合做准备；

45、所述深度特征融合模块用于将预处理后的全球雷电活动数据与地面监测加权融合特征进行深度特征融合；

46、所述模型训练优化模块用于将融合后的数据划分为训练集、验证集和测试集，训练雷电活动监测预警模型，并在验证集上调整模型参数，在测试集上评估模型性能，并测试不同区域和季节的适用性；

47、所述预警模型计算模块用于将深度融合特征输入预警模型，计算每个位置的雷电发生概率；

48、所述实时预警响应模块用于根据雷电发生概率，划分预警等级，针对不同预警等级，执行相应的预警响应方案。

49、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述基于5g通信的远程雷电监测预警方法的步骤。

50、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述基于5g通信的远程雷电监测预警方法的步骤。

51、本发明的有益效果：本发明通过边缘计算进行的初步数据处理提高了数据处理的效率和速度，确保了数据传输的及时性和准确性，同时这种配置利用了5g网络的低延迟特性，增强了监测系统的实时反应能力；深度数据特征融合能够提供更全面的预警信息，使预警更加精准，全球与地面数据的结合也增强了预警系统对不同地区和不同类型雷电活动的适应性和预测能力；通过机器学习模型的应用，能够基于大量历史和实时数据对雷电概率进行精确预测，此模型的使用大幅提升了预警系统的响应速度和准确性，使得预警信息更具前瞻性和针对性；通过实时分析和动态预警机制确保了社会公众和关键基础设施的安全，通过不同预警等级的实施，可以根据雷电威胁的严重性采取相应的防护措施，最大程度地减少雷电灾害的潜在损害。

技术特征：

1.一种基于5g通信的远程雷电监测预警方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的基于5g通信的远程雷电监测预警方法，其特征在于：所述监测数据包括闪电历史定位数据、雷达反射率数据、大气电场强度数据、温度廓线图；

3.如权利要求1所述的基于5g通信的远程雷电监测预警方法，其特征在于：所述初步处理包括，

4.如权利要求1所述的基于5g通信的远程雷电监测预警方法，其特征在于：所述深度数据特征融合包括，

5.如权利要求1所述的基于5g通信的远程雷电监测预警方法，其特征在于：所述构建雷电活动监测预警模型的步骤包括，

6.如权利要求5所述的基于5g通信的远程雷电监测预警方法，其特征在于：所述雷电活动监测预警模型的计算公式如下：

7.如权利要求1所述的基于5g通信的远程雷电监测预警方法，其特征在于：所述实时分析包括，

8.一种采用如权利要求1～7任一所述的基于5g通信的远程雷电监测预警方法的系统，其特征在于，包括：基础设施部署模块、数据采集融合模块、数据预处理模块、深度特征融合模块、模型训练优化模块、预警模型计算模块以及实时预警响应模块；

9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的基于5g通信的远程雷电监测预警方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的基于5g通信的远程雷电监测预警方法的步骤。

技术总结
本发明公开了一种基于5G通信的远程雷电监测预警方法及系统，涉及雷电预警技术领域，包括：在监测区域部署5G基站并部署边缘计算节点，边缘节点对监测数据进行初步预处理，并上传至云端服务器；将卫星遥感获取的全球雷电活动数据，通过5G网络传输至云端服务器，云端服务器将全球雷电活动数据与地面监测融合特征进行深度数据特征融合；构建雷电活动监测预警模型，云端服务器将深度融合特征输入至预警模型，获得雷电活动预警结果；云端服务器根据雷电活动预警结果进行实时分析，根据分析结果发出雷电预警信息。本发明通过深度数据特征融合能够提供更全面的预警信息，使预警更加精准，最大程度地减少雷电灾害的潜在损害。

技术研发人员：黄志都,李珊,黄维,李林穗,崔志美,奉斌,欧阳健娜
受保护的技术使用者：广西电网有限责任公司电力科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23