一种降水量的奇异值检测方法、装置及设备

技术领域

本发明涉及雨量检测技术领域，具体为一种降水量的奇异值检测方法、装置及设备。

背景技术

受到极端天气的影响，经常会导致中小河流沿岸发生洪涝灾害。为了保障广大中小漂流沿岸和山区人民的生命和财产的安全，需要建设中小河流水文自报监测系统，以便及时发现降水异常。

一般的中小河流水文自报监测系统包含前端的RTU(中文全称为远程终端单元)设备、雨量筒、通讯前置软件、水文监测数据库。用户只需要在前端设置雨量计和后端的计算机，就可以搭建一套完整的水文雨量自动测报系统。雨量站在采集传输雨量值的过程中，可能会因为异常物干扰，设备存储和传输等原因出现奇异值(即与实际值不相符的值)。这种不可靠的奇异值会影响我们的洪水预报模型计算结果，降低洪水预警的准确性，存在较大风险。所以，对降水量的奇异值的检测，在中小河流水文自报监测系统中十分重要。

目前检测机制包括：

1)、雨量站本身有检测机制，如设定阀值，检测自己发送的值是否在设定范围之类。

2)、数据库入库检查，在接收数据入库后对数据和数据库设定的阀值进行对比。如果接收的值检测不符合要求。则将接收值作进行奇异值处理。

通过设定阈值的方式进行奇异值检测，可以有效的过滤部分奇异值，但是，如果出现差错的数据处于阈值范围内，或者阈值设置不准确，会影响数据判断的准确性，不利于根据降水量，由洪水预报模型计算出准确的预警结果。

3)、在使用雨量筒收集降雨的时候，往往在一个区域中放置多个雨量筒来进行收集雨水，这些雨量筒分布相对较为分散，收集之后需要进行雨水收集在平均，之后才能得到低于降雨量数据，但是无论分布安放多少个雨量筒，每一个雨量筒性对独立，在进行收集雨水的时候，受到风力或者是其他因素影响，本应该降落到雨量筒内的雨水无法进入，这便会导致采集的雨水数据有偏差，多组有细微偏差的数据整合之后便会增大误差量，影响判断结果。

发明内容

本发明的目的在于提供降水量的奇异值检测方法、装置及设备，以解决现有技术中通过设定阈值的方式进行奇异值检测时，如果出现差错的数据处于阈值范围内，或者阈值设置不准确，会影响数据判断的准确性，不利于根据降水量，由洪水预报模型计算出准确的预警结果的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种降水量的奇异值检测方法，所述降水量的奇异值检测方法包括：

步骤一、布置和安放雨量筒，在所要收集雨水的区域进行多点布置安放雨量筒，布置安放雨量筒的方式为：以矩形方阵的方式来进行布置和安放，并且采用方形的雨量筒来进行雨量收集，以矩形方阵为单位进行多点放置；

步骤二、获取雨量筒所采集的降水量以及所述雨量筒的位置；

步骤三、查找所述雨量筒的位置对应的气象数据，根据所述气象数据计算在所述雨量筒的位置对应的大气可降水量；

步骤四、将步骤二中每一个矩形方阵雨量筒中的雨水进行收集，并且进行计算，这里的计算方式以第二层到最内层收集到的降雨量来计算平均值，即得到矩形方阵区域中的降雨量；

步骤五、将所述大气可降水量与雨量筒所采集的降水量进行比较，根据所述比较结果确定雨量筒所采集的降水量是否为奇异值，获取所述大气可降水量与雨量筒所采集的降水量的雨量差值，将所述雨量差值与预设的差异阈值进行比较，如果所述雨量差值大于所述差异阈值，则雨量筒所采集的降水量为奇异值。

优选的，所述查找所述雨量筒的位置对应的气象数据，根据所述气象数据计算在所述雨量筒的位置对应的大气可降水量的步骤包括：

根据所述雨量筒的位置对应的气象数据，获取天顶总延迟，以及天顶静力延迟；

根据所述天顶总延迟和所述天顶静力延迟，计算天顶湿延迟；

根据所述天顶湿延迟计算所述大气可降水量。

优选的，所述根据所述天顶总延迟和所述天顶静力延迟，计算天顶湿延迟的步骤包括：

根据天顶总延迟与天顶静力延迟的差值，确定所述天顶湿延迟。

优选的，所述根据所述天顶湿延迟计算所述大气可降水量的步骤包括：

根据所述天顶湿延迟与预设的转换系数，计算得到大气可降水量。

一种降水量的奇异值检测装置，其特征在于，所述降水量的奇异值检测装置包括：

位置获取单元，用于获取雨量筒所采集的降水量以及所述雨量筒的位置；

大气可降水量计算单元，用于查找所述雨量筒的位置对应的气象数据，根据所述气象数据计算在所述雨量筒的位置对应的大气可降水量；

判断单元，用于将所述大气可降水量与雨量筒所采集的降水量进行比较，根据所述比较结果确定雨量筒所采集的降水量是否为奇异值；

所述判断单元包括：

雨量差值获取子单元，用于获取所述大气可降水量与雨量筒所采集的降水量的雨量差值；

奇异值确定子单元，用于将所述雨量差值与预设的差异阈值进行比较，如果所述雨量差值大于所述差异阈值，则雨量筒所采集的降水量为奇异值

优选的，所述大气可降水量计算单元包括：

获取子单元，用于根据所述雨量筒的位置对应的气象数据，获取天顶总延迟，以及天顶静力延迟；

第一计算子单元，用于根据所述天顶总延迟和所述天顶静力延迟，计算天顶湿延迟；

第二计算单元，用于根据所述天顶湿延迟计算所述大气可降水量。

优选的，所述第一计算子单元用于：根据天顶总延迟与天顶静力延迟的差值，确定所述天顶湿延迟。

一种降水量的奇异值检测设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至4任一项所述降水量的奇异值检测方法的步骤。

一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一项所述降水量的奇异值检测方法的步骤。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、该降水量的奇异值检测方法，采用矩阵式的雨量筒安放布置方式，并且降雨量采集的是第二圈至最中间的雨量筒降雨量数据，首先，矩阵式多个雨量筒的安放布置方式，可以更多的接收到降雨，其次，选取降雨量统计的雨量筒的方式，避免了由于风力一起其他因素影响造成雨量筒收集降雨量过多或者过少的情况出现，即第二圈至最中间的雨量筒所收集到的降雨量是可以排除掉一些外在因素干扰，确保收集的到的数据更加准确。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种降水量的奇异值检测方法的实现流程示意图；

图2是本发明实施例提供的一种降水量的奇异值检测方法的实现流程示意图；

图3是本发明实施例提供的降水量的奇异值检测装置的示意图；

图4是本发明实施例提供的降水量的奇异值检测的示意图；

图5位本发明雨量筒安放布置结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：请参阅图1-5为本申请实施例提供的一种降水量奇异值检测方法的实现流程示意图，详述如下：

在步骤S101中，获取雨量筒所采集的降水量以及所述雨量筒的位置；

具体的，所述雨量筒，是用于测量在某一段时间内的液体和固体降水总量的仪器。所述雨量筒可以将所采集的降水量通过远程通信模块，按照预定的时间周期发送至监测服务器，由服务器对采集的降水量进行分析和判断。

所述雨量筒上可以设置定位模块，比如可以为GPS定位模块，或者也可以为GPS定位模块与其它定位模块，比如无线通信模块的基站定位相结合。所述定位模块所采集的定位信号可以通过所述雨量筒的无线通信模块发送至监测服务器。

另外，由于雨量筒的安装和固定一般由工作人员完成，可以在安装时由工作人员携带高精度的定位设备完成对安装点的定位获取雨量筒的位置，并设定所述雨量筒的编号。将所述编号与位置的对应关系存储在服务器。当获取到所述雨量筒的编号时，即可相应的查找到所述雨量筒对应的位置。当雨量筒需要更换位置时，则相应的在服务器更新该雨量筒的编号与位置的对应关系即可。

另外，作为本申请可选的一种实施方式，也可以设定降水量阈值，当降水量超过该设定的降水量阈值时，则可以不需要根据所述雨量筒的位置对大气可降水量进行计算，或者可以采用大于预定时长的间隔获取所述雨量筒所采集的降水量。

在步骤S102中，查找所述雨量筒的位置对应的气象数据，根据所述气象数据计算在所述雨量筒的位置对应的大气可降水量；

所述气象数据的获取，可以通过气象平台或者公开网站对接获取。比如可以通过气象服务器提供的访问接口获取气象数据。所述气象数据可以包括气温、气压和湿度等数据。

所述气象数据可以包括大气湿度、大气压、大气密度和水汽含量等值。可以通过无线电探测、卫星红外线探测和微波探测等无线电探测法来获取，也可通过GPS手段来遥感获取。通过无线电探测法来获取的气象数据的精度较好，垂直分辨率高，但地区覆盖不均匀。通过卫星遥感技术可以获得较为均匀的覆盖，以及较好的水平分辨率，但垂直分辨率和时间分辨率较低。

另外，当GPS发出的信号穿过大气层中对流层时，受到对流层的折射影响，GPS信号要发生弯曲和延迟，其中信号的延迟量很大。在GPS气象学中，所要求得的量就是大气折射量，通过计算可以得到所需要的大气折射量，然后通过大气折射率与大气折射量之间的函数关系求得大气折射率，大气折射率是气温T、气压P和水气压力e的函数，因此，可以通过获取对流层的天顶总延迟、天顶静力延迟，从而使得进一步解算得到天顶湿延迟，根据所解算出的天顶湿延迟，结合预定的转换系数，即可解算得到大气可降水量。

在步骤S103中，将所述大气可降水量与雨量筒所采集的降水量进行比较，根据所述比较结果确定雨量筒所采集的降水量是否为奇异值。

所述大气可降水量与雨量筒所采集的降水量进行比较时，可以根据历史统计数据对比较结果进行优化，包括优化天顶湿延迟的转换系数、大气可降水量与雨量筒所采集的降水量进行比较的差值是否属于正常值的差值范围等。

其中，将步骤S102解算得到的所述大气可降水量，以及步骤S101得到的雨量筒所采集的降水量，进行差值计算，得到两所述大气可降水量与雨量筒所采集的降水量的雨量差值，将所述雨量差值与预设的差异阈值进行比较，如果大于所述差异阈值，则所述雨量筒所采集的降水量可能为奇异值，可发出数据出现异常的报警信号，提醒工作人员对该数据进行确认，比如可以通过现场图像确认、现场人员确认的方式。

通过获取雨量筒的位置，根据所述雨量筒的位置确定对应的气象数据，并根据所述气象数据确定所述雨量筒的位置对应的大气可降水量，从而将雨量筒采集的降水量与计算的大气可降水量进行比较，判断所述雨量筒所采集的降水量是否为奇异值，从而可以准确有效的辨别雨量筒所采集的降水量是否为奇异值，由洪水预报模型计算出准确的预警结果。

图2为本申请实施例提供的一种降水量的奇异值检测方法的实现流程示意图，详述如下：

在步骤S201中，获取雨量筒所采集的降水量以及所述雨量筒的位置；

在步骤S202中，根据所述雨量筒的位置对应的气象数据，获取天顶总延迟，以及天顶静力延迟；

其中，所述天顶总延迟的解算，可以将解算所需要的数据文件，包括IGS 预报精密星历文件(或者也可以为广播星历文件)、本地和联测的IGS跟踪站GPS观测数据、本地GPS跟踪站的气象观测数据、地球自转参数文件、卫星信息文件、天线相伴中心改正文件、卫星轨道文件供稿GAMIT软件中的原始数据目录中，然后运行GAMIT软件进行解算，得到天顶总延迟。

可以基于Hopfield模型，或者基于Saastmoinen模型，或者基于Black模型获取天顶静力延迟，根据时间情况选择模型求解天顶静力延迟(大气干延迟)其中：

Hopfield模型天顶静力延迟ρ公式为：

其中，H

Saastmoinen模型天顶静力延迟ρ公式为：

其中，P

在步骤S203中，根据所述天顶总延迟和所述天顶静力延迟，计算天顶湿延迟；

根据步骤S202所计算得到的天顶总延迟和所述天顶静力延迟，取两者的差值，即可得到天顶湿延迟，即：

天顶湿延迟＝天顶总延迟-天顶静力延迟。

由于气象经验模型计算天顶湿延迟时需要知道地面水汽压，这样不但增加了对地面气象要素需求的数量，也增大了气象要素观测误差对天顶湿延迟计算精度的影响(因为相对湿度误差会造成天顶湿延迟误差)，造成天顶湿延迟的计算精度不高。因此，为了提高计算精度，本申请不使用经验模型直接计算天顶湿延迟，而是用天顶总延迟与天顶静力延迟的差值来简介计算天顶湿延迟。

在步骤S204中，根据所述天顶湿延迟计算所述大气可降水量；

根据所述天顶湿延迟，与转换系数相乘，即可得到大气可降水量。为了进一步优化所述大气可降水量的精度，可以对每次测量的大气可降水量，以及平均大气可降水量通过平均偏差法、均方差方法或相关系数法对所述大气可降水量进行优化。

在步骤S205中，将所述大气可降水量与雨量筒所采集的降水量进行比较，根据所述比较结果确定雨量筒所采集的降水量是否为奇异值。

本申请通过获取天顶总延迟和天顶静力延迟，经过解算后得到天顶湿延迟，并将天顶湿延迟转换为大气可降水量，与雨量筒所采集的降水量进行比较，从而确定所采集的降水量是否出现偏差，及时的过滤掉奇异值。并且通过天顶总延迟和天顶静力延迟计算出天顶湿延迟的方式，可进一步提高比较的精度。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

图3为本申请实施例提供的一种降水量的奇异值检测装置的结构示意图，详述如下：

本申请所述降水量的奇异值检测装置，包括：

位置获取单元301，用于获取雨量筒所采集的降水量以及所述雨量筒的位置；

大气可降水量计算单元302，用于查找所述雨量筒的位置对应的气象数据，根据所述气象数据计算在所述雨量筒的位置对应的大气可降水量；

判断单元303，用于将所述大气可降水量与雨量筒所采集的降水量进行比较，根据所述比较结果确定雨量筒所采集的降水量是否为奇异值。

优选的，所述大气可降水量计算单元包括：

获取子单元，用于根据所述雨量筒的位置对应的气象数据，获取天顶总延迟，以及天顶静力延迟；

第一计算子单元，用于根据所述天顶总延迟和所述天顶静力延迟，计算天顶湿延迟；

第二计算单元，用于根据所述天顶湿延迟计算所述大气可降水量。

优选的，所述第一计算子单元用于：根据天顶总延迟与天顶静力延迟的差值，确定所述天顶湿延迟。

图3所述降水量的奇异值检测装置，与图1-2所述的降水量奇异值检测方法对应。

图4是本发明一实施例提供的降水量的奇异值检测设备的示意图。如图4 所示，该实施例的降水量的奇异值检测设备4包括：处理器40、存储器41以及存储在所述存储器41中并可在所述处理器40上运行的计算机程序42，例如降水量的奇异值检测程序。所述处理器40执行所述计算机程序42时实现上述各个降水量的奇异值检测方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤101 至103。或者，所述处理器40执行所述计算机程序42时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图3所示模块301至303的功能。

示例性的，所述计算机程序42可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器41中，并由所述处理器40执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序42在所述降水量的奇异值检测设备4中的执行过程。例如，所述计算机程序42可以被分割成位置获取单元、大气可降水量计算单元和判断单元，各单元具体功能如下：

位置获取单元，用于获取雨量筒所采集的降水量以及所述雨量筒的位置；

大气可降水量计算单元，用于查找所述雨量筒的位置对应的气象数据，根据所述气象数据计算在所述雨量筒的位置对应的大气可降水量；

判断单元，用于将所述大气可降水量与雨量筒所采集的降水量进行比较，根据所述比较结果确定雨量筒所采集的降水量是否为奇异值。

所述降水量的奇异值检测设备4可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述降水量的奇异值检测可包括，但不仅限于，处理器40、存储器41。本领域技术人员可以理解，图4仅仅是降水量的奇异值检测设备4的示例，并不构成对降水量的奇异值检测设备4的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述降水量的奇异值检测还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器40可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor， DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

所述存储器41可以是所述降水量的奇异值检测设备4的内部存储单元，例如降水量的奇异值检测设备4的硬盘或内存。所述存储器41也可以是所述降水量的奇异值检测设备4的外部存储设备，例如所述降水量的奇异值检测设备4上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器41还可以既包括所述降水量的奇异值检测设备4的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器41用于存储所述计算机程序以及所述降水量的奇异值检测所需的其他程序和数据。所述存储器41还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、 U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。