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专利号: 2021102914661
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于关联规则的立体栅格气象要素短临预报方法,其特征在于,采用多元线性回归模型,利用DEM高程信息和栅格坐标搭建立体栅格,通过关联规则算法分别设置最小项支持度、频繁项集和最小信任度来产生时空关联规则,包括步骤如下:(1)数据预处理;(2)建立趋势面模型;(3)气象数据栅格化;(4)识别立体栅格内用户感兴趣的气象数据,并结合时间,记为独立事务;(5)挖掘关联规则;(6)根据步骤(5)得到的关联规则,实现短临预报;

所述步骤(5)中的关联规则为不同数据项目在时空间出现的相关性,是从大量数据中挖掘出时间、空间及气象要素间的关系;

所述步骤(2)中,获取某站点的坐标作为自变量,站点对应的趋势面拟合值作为因变量,建立两者间的多元线性回归关系如下:

2 2 2

Φ′=a0+a1Xr+a2Yr+a3Zr+a4Xr+a5Yr+a6Zr+a7XrYr+a8XrZr+a9YrZrΦ=Φ′+ε

其中,X轴方向坐标Xr,Y轴方向坐标Yr,Z轴方向坐标Zr作为自变量,站点对应的气象数据的观测值为Φ,趋势面的拟合值Φ′作为因变量,ε为观测值与趋势面拟合值的残差;

根据观测值与坐标间的关系来确定多项式系数a0~a9,使得残差平方和最小,得到地理空间的趋势面模型;

所述步骤(3)中,将选定区域的DEM高程信息及每个栅格的X坐标和Y坐标代入到趋势面模型,获得栅格图层,得到选定区域气象数据的空间分布;

所述步骤(5)中,采用关联规则算法挖掘关联规则,首先设置最小项支持度,属性有时间、空间、降水与温度,属性的值为属性变量,利用MSapriori算法设置各个属性变量的最小项支持度MIS(i),表达式为:其中,Sup[i]是系统属性i在事务数据库T中发生的频率;Count(i)表示系统属性i在事务数据库T中的支持数;Count(T)表示事务数据库T中记录的总数;P[i]为用户为每个属性变量设置的感兴趣等级;M(i)为级别个数,级别越高,用户对该属性变量的感兴趣值越大;V值为最小支持度的下限;

然后应用基于最小数据立方体的Apriori_Cube算法连接频繁项集,根据最小信任度原则从频繁项集的集合中产生时空关联规则,得到选定区域某时间段内气温变化、降水变化以及气温变化与降水变化间的关系;Dk表为包含所有长度为k的候选集,实现步骤如下:(51)通过算法搜索出各属性的1维频繁项集后,对其进行判断,若某个属性不存在1维频繁项集则说明属性层次定的过低,通过上钻提高属性层次,若某个属性上所有的1维项集都是频繁项集则说明属性层次定的过高,通过下钻降低维层次;接着根据D1表中MIS值的顺序查找第一个满足最小支持度的属性变量i,加入到产生长度为1的候选集F中,对于D1表中i的后续属性变量j,若Sup(j)≥MIS(i),将属性变量j也加入到候选集F中;

(52)按顺序遍历候选集F中的属性变量,若属性变量k满足Sup(j)≥MIS(k)且候选集F中k的后续属性变量l与k来自不同维度,且Sup(l)≥MIS(k),则将l与k加入到产生长度为2的候选集;

(53)其余长度为k>2的候选集的产生:先采用Apriori_Cube算法合并项集,再通过剪枝步骤完成;

(54)通过Dk表获取长度为k的候选集的任意子集c的支持度,若Sup(c)≥MIS(c[1]),则将c项集加入到最大频繁项集Lk中,最终获得最大频繁项集的集合L,其中c[1]为c的第一个元素。

2.根据权利要求1所述的基于关联规则的立体栅格气象要素短临预报方法,其特征在于,步骤(1)中,在预测时刻前获取某站点的高分辨率气温和降水数据,删除缺少属性值和孤立点的数据,填写空缺的值。

3.根据权利要求1所述的基于关联规则的立体栅格气象要素短临预报方法,其特征在于,步骤(4)中,在独立事务的基础上建立独立的数据库。