(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211115779.2 (22)申请日 2022.09.14 (71)申请人 中国气象局气象探测中心 地址 100081 北京市海淀区中关村南大街 46号中国气象局北区32号101室 (72)发明人 丁明明　朱永超　吴东丽　杨大生　 刘聪　张全军　张静　石耀辉　 令聪靖　侯飙　 (74)专利代理 机构 北京一枝笔知识产权代理事 务所(普通 合伙) 11791 专利代理师 张庆瑞 (51)Int.Cl. G01S 7/41(2006.01) G01S 13/88(2006.01) G01S 13/95(2006.01)G06N 20/00(2019.01) (54)发明名称 基于机器学习利用天气雷达识别生物回波 方法及系统 (57)摘要 本发明公开了一种基于机器学习利用天气 雷达识别生物回波方法及系统， 该方法包括： 利 用天气雷达获取雷达基数据， 其中所述天气雷达 为双偏振多普勒雷达； 对雷达基数据文件进行解 析， 获得不同仰角的反射率因子、 差分反射率、 差 分相位、 相关系数； 利用预设的提取对应数据纹 理的方法对反射率因子和差分相位进行处理， 得 到反射率因子纹理数据和差分相位纹理数据； 根 据特征数据的表现形式， 判断是否属于生物回波 的特征数据， 完成数据集制作， 并训练得到天气 雷达回波提取生物回波模型； 利用该模型对待检 测数据进行识别， 得到识别结果。 由于双偏振多 普勒雷达相比于多普勒单偏振雷达具有更多的 偏振变量， 实现了对天气雷达回波中生物回波的 识别与提取。 权利要求书3页 说明书9页 附图2页 CN 115480229 A 2022.12.16 CN 115480229 A 1.一种基于 机器学习利用天气雷达识别生物回波方法， 其特 征在于， 所述方法包括： 利用天气雷达获取 雷达基数据， 其中所述天气雷达为双偏振多普勒雷达； 对雷达基数据文件进行解析， 获得不同仰角的反射率因子REF、 差分反射率ZDR、 差分相 位PHI、 相关系数RHO； 利用预设的提取对应数据纹理的方法对反射率因子REF和差分相位PHI进行处理， 得到 反射率因子纹 理SDREF数据和差分相位纹 理SDPHI数据； 利用生物回波和气 象回波在选用的反射率因子REF、 差分反射率ZDR、 相关系数RHO、 反 射率因子纹理SDREF、 差分相位纹理SDPHI这五种特征数据上的表现形式， 判断是否属 于生 物回波的特 征数据， 完成数据集制作； 根据制作完成的数据集， 训练得到天气雷达回波提取生物回波模型； 利用所述天气雷达回波提取生物回波模型对待检测数据进行识别， 得到识别结果。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述利用预设的提取对应数据纹理 的方法 对反射率因子REF和差分相位PHI进行处理， 得到反射率因子纹理SDREF数据和差分相位纹 理SDPHI数据， 具体包括： 其中， 和 分别为所取窗口内数值的平均值， REFij和PHIij分别为对应每个采样 点的原始数值， 选用的窗口宽度为0.5km， padding设置为1， m作为采样点的个数， 计算方法 如公式(3)所示： m＝(2*pad ding+1)2 (3)。 3.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 生物回波和气象回波在选用的特征数据 上 具有不同的表现形式， 具体如下： 反射率因子REF： 通常生物回波的在反射率因子上的数值绝大多低于30dBZ， 极少情况 下， 其反射率因子数值会超过40dBZ， 不同于气象回波， 气象回波可以很轻易达到40dBZ以 上； 差分反射率ZDR： 生物回波的差分反射率通常最大可达到7dB； 而气象回波相对较小， 通 常在3dB以下； 相关系数RHO： 生物回波和气象回波在相关系数上具有显著性差异， 一般气象回波的相 关系数在0.9及0.9以上， 生物回波的相关系数几乎全部都在0.85以下； 反射率因子纹理SDREF： 由于生物回波的反射率因子在相邻距离库之间的变化波动比 较平缓， 因此生物 回波的反射率因子纹理数值较小， 一般在2.5以下， 而气象回波的反射率 因子纹理可以达 到7以上； 差分相位纹理SDPHI： 生物回波的差分相位在相邻距离库上的波动较大， 而气象回波的 差分相位在相邻距离库上的波动较小， 生物 回波的差分相位纹理值一般在40以下， 气象回权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115480229 A 2波的差分相位纹 理值最高可达70以上。 4.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 根据制作完成的数据集， 训练得到天气雷 达回波提取生物回波模型， 具体包括： 根据制作完成的数据集， 采用极限梯度提升树的方法训练得到天气雷达回波提取生物 回波模型。 5.一种基于 机器学习利用天气雷达识别生物回波系统， 其特 征在于， 所述系统包括： 数据获取单元， 用于利用天气雷达获取雷达基数据， 其中所述天气雷达为双偏振多普 勒雷达； 数据解析单元， 用于对雷达基数据文件进行解析， 获得不同仰角的反射率因子REF、 差 分反射率ZDR、 差分相位PHI、 相关系数RHO； 数据处理单元， 用于利用预设的提取对应数据纹理的方法对反射率因子REF和差分相 位PHI进行处 理， 得到反射 率因子纹 理SDREF数据和差分相位纹 理SDPHI数据； 数据判断单元， 用于利用生物回波和气象回波在选用的反射率因子REF、 差分反射率 ZDR、 相关系数RHO、 反射率因子纹理SDREF、 差分相位纹理SDPHI这五种特征数据上的表现形 式， 判断是否属于生物回波的特 征数据， 完成数据集制作； 模型训练单元， 用于根据制作完成的数据集， 训练得到天气雷达回波提取生物回波模 型； 结果识别单元， 用于利用所述天气雷达回波提取生物回波模型对待检测数据进行识 别， 得到识别结果。 6.根据权利要求5所述的系统， 其特 征在于， 数据处 理单元， 具体用于： 其中， 和 分别为所取窗口内数值的平均值， REFij和PHIij分别为对应每个采样 点的原始数值， 选用的窗口宽度为0.5km， padding设置为1， m作为采样点的个数， 计算方法 如公式(3)所示： m＝(2*pad ding+1)2                    (3) 。 7.根据权利要求5所述的系统， 其特征在于， 生物回波和气象回波在选用的特征数据 上 具有不同的表现形式， 具体如下： 反射率因子REF： 通常生物回波的在反射率因子上的数值绝大多低于30dBZ， 极少情况 下， 其反射率因子数值会超过40dBZ， 不同于气象回波， 气象回波可以很轻易达到40dBZ以 上； 差分反射率ZDR： 生物回波的差分反射率通常最大可达到7dB； 而气象回波相对较小， 通 常在3dB以下； 相关系数RHO： 生物回波和气象回波在相关系数上具有显著性差异， 一般气象回波的相权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115480229 A 3