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专利号: 2025116131966
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:2026-08-19
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于虚拟测风激光雷达的风场超分辨率方法,其特征在于,包括:根据计算流体力学模型模拟三维瞬态湍流风场,得到包含建筑周围气流影响的三维尾流风场;

根据三维尾流风场模拟测风激光雷达的径向投影视角将预设高度的风场切片转化为对应的径向速度场;

基于所述径向速度场,根据预设径向距离分辨率和扫描步进角通过模拟结构化的雷达扫描过程生成模拟扫描风场数据;

基于所述径向速度场,根据预设径向距离分辨率和扫描步进角通过随机采样生成随机采样风场数据;

基于所述随机采样风场数据与所述径向速度场构建训练数据对,利用训练数据对训练现代生成式去噪模型;

将模拟扫描风场数据输入训练好的现代生成式去噪模型进行稀疏观测引导的迭代去噪重建,得到物理结构一致且完整的重建径向风场。

2.根据权利要求1所述的基于虚拟测风激光雷达的风场超分辨率方法,其特征在于,根据计算流体力学模型模拟三维瞬态湍流风场,得到包含建筑周围气流影响的三维尾流风场,包括:利用大涡模拟方法模拟目标立方体建筑周围瞬态湍流风场,得到包含三个笛卡尔速度分量的三维尾流风场,所述三个笛卡尔速度分量分别为x轴方向、y轴方向、z轴方向的速度分量;

其中,预设目标立方体建筑周围瞬态湍流风场的边长、计算域、大气边界层流场条件以及入口边界的参考风速。

3.根据权利要求1所述的基于虚拟测风激光雷达的风场超分辨率方法,其特征在于,根据三维尾流风场模拟测风激光雷达的径向投影视角将预设高度的风场切片转化为对应的径向速度场,包括:从三维尾流风场中提取预设高度的风场切片;

根据预设高度的风场切片模拟测风激光雷达的径向投影视角;

基于测风激光雷达的径向投影视角,根据预设的雷达视角、雷达距离以及径向速度计算公式将所述预设高度的风场切片转化为对应的径向速度场。

4.根据权利要求3所述的基于虚拟测风激光雷达的风场超分辨率方法,其特征在于,所述径向速度计算公式表示为:;

式中, 表示径向速度,表示测风激光雷达扫描的径向方向,表示x轴方向的速度分量, 表示余弦函数, 表示测风激光雷达观测的方位角,表示y轴方向的速度分量,表示正弦函数,表示测风激光雷达的仰角, 表示z轴方向的速度分量。

5.根据权利要求1所述的基于虚拟测风激光雷达的风场超分辨率方法,其特征在于,基于所述径向速度场,根据预设径向距离分辨率和扫描步进角通过模拟结构化的雷达扫描过程生成模拟扫描风场数据,包括:基于所述径向速度场,根据预设径向距离分辨率和扫描步进角,模拟结构化的稀疏扫描过程,并考虑激光束与目标立方体建筑相交时产生的遮挡效应,生成模拟扫描风场数据。

6.根据权利要求1所述的基于虚拟测风激光雷达的风场超分辨率方法,其特征在于,基于所述径向速度场,根据预设径向距离分辨率和扫描步进角通过随机采样生成随机采样风场数据,包括:基于所述径向速度场,根据预设径向距离分辨率和扫描步进角,通过忽略考虑激光束与目标立方体建筑相交时产生的遮挡效应随机采样不同数量的点作为稀疏输入,与径向速度场构成训练数据对,生成随机采样风场数据。

7.根据权利要求1所述的基于虚拟测风激光雷达的风场超分辨率方法,其特征在于,所述现代生成式去噪模型为条件概率扩散模型。

8.根据权利要求1所述的基于虚拟测风激光雷达的风场超分辨率方法,其特征在于,利用训练数据对训练现代生成式去噪模型,包括:从所述训练数据对中选取一组径向速度场和对应的随机采样风场数据;

随机采样一个时间步,并根据预设的噪声向所述径向速度场添加对应时间步的噪声,得到含噪风场样本;

将所述含噪风场样本、对应时间步以及对应时间步的随机采样风场数据,输入所述现代生成式去噪模型,训练所述现代生成式去噪模型预测在指定时间步添加的噪声;

根据均方根误差损失函数计算预测噪声与真实噪声之间的损失值,并通过反向传播和梯度下降优化现代生成式去噪模型的参数,得到训练好的现代生成式去噪模型。

9.根据权利要求1所述的基于虚拟测风激光雷达的风场超分辨率方法,其特征在于,将模拟扫描风场数据输入训练好的现代生成式去噪模型进行稀疏观测引导的迭代去噪重建,得到物理结构一致且完整的重建径向风场,包括:重复执行以下步骤进行稀疏观测引导的迭代去噪重建,直至满足迭代终止条件:在每个反向扩散时间步中,将时间步为 时刻的扰动样本与模拟扫描风场数据沿通道维度进行拼接,得到联合输入特征;

利用预训练的现代生成式去噪模型基于所述联合输入特征预测时间步为 时刻的噪声分量;

从时间步为 时刻的扰动样本中减去预测的时间步为 时刻的噪声分量,得到时间步为时刻的扰动样本;

通过逐时间步反向迭代去噪,在迭代终止时得到物理结构一致且完整的重建径向风场。

10.一种应用权利要求1‑9任一项所述方法的基于虚拟测风激光雷达的风场超分辨率系统,其特征在于,包括:三维尾流风场生成模块,用于根据计算流体力学模型模拟三维瞬态湍流风场,得到包含建筑周围气流影响的三维尾流风场;

径向速度场生成模块,用于根据三维尾流风场模拟测风激光雷达的径向投影视角将预设高度的风场切片转化为对应的径向速度场;

模拟扫描风场数据生成模块,用于基于所述径向速度场,根据预设径向距离分辨率和扫描步进角通过模拟结构化的雷达扫描过程生成模拟扫描风场数据;

随机采样风场数据模块,用于基于所述径向速度场,根据预设径向距离分辨率和扫描步进角通过随机采样生成随机采样风场数据;

模型训练模块,用于基于所述随机采样风场数据与所述径向速度场构建训练数据对,利用训练数据对训练现代生成式去噪模型;

径向风场重建模块,用于将模拟扫描风场数据输入训练好的现代生成式去噪模型进行稀疏观测引导的迭代去噪重建,得到物理结构一致且完整的重建径向风场。