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1、(10)申请公布号 CN 104199126 A (43)申请公布日 2014.12.10 CN 104199126 A (21)申请号 201410378569.1 (22)申请日 2014.08.01 201410177915.X 2014.04.29 CN G01W 1/00(2006.01) G01W 1/14(2006.01) (71)申请人 中国人民解放军理工大学气象海洋 学院 地址 211101 江苏省南京市中华门外双龙街 60 号 (72)发明人 印敏 高太长 刘西川 姜世泰 王培章 孙梯全 梁妙元 (74)专利代理机构 南京天翼专利代理有限责任 公司 32112 代理人 朱戈。
2、胜 朱芳雄 (54) 发明名称 一种通过微波链路网络监测雨区分布的方法 (57) 摘要 本发明提供了一种通过微波链路网络监测雨 区分布的方法， 步骤包括 ： 首先建立微波链路网 络拓扑结构 ； 再根据建立的网络拓扑结构判断微 波监测链路上是否存在降雨 ； 然后再通过判断结 果获得静态雨区分布 ； 最后再根据时间先后生成 雨区运动轨迹。本发明的监测雨区分布的方法能 够有效地对雨区分布进行实时监测， 方便监测部 门掌握实时雨区分布情况。 (66)本国优先权数据 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利。
3、要求书2页 说明书4页 附图1页 (10)申请公布号 CN 104199126 A CN 104199126 A 1/2 页 2 1. 一种通过微波链路网络监测雨区分布的方法， 其特征在于 ： 包括如下步骤， 步骤 1， 建立监测区域的微波链路网络拓扑结构， 将监测区域均分为 m 行 n 列个网格区 域， 各个网格区域的行边 aij和列边 bpq分别代表各个微波监测链路， 其中， m 2， n 2， i 1,2,3,m+1， j 1,2,3,n， p 1,2,3,n+1， q 1,2,3,m ； 步骤 2， 判断各个微波监测链路上是否存在降雨， 根据平均路径降雨量公式 计算各个行边 aij对应。
4、的平均路径降雨量为 ： 计算各个列边 bpq对应的平均路径降雨量为 ： 其中，和分别为微波监测链路的行边和列边的长度，和分别为行边 aij 和列边 bpq对应的微波监测链路的雨致衰减， k 和 为数律参数， 由微波频率、 雨滴大小或 雨滴温度查表取值， 若某个网格区域的行边 aij对应的平均路径降雨量则该网格区 域的行边 aij对应的微波监测链路上存在降雨， 若某个网格区域的列边 bpq对应的平均路径 降雨量则该网格区域的列边 bpq对应的微波监测链路上存在降雨 ； 步骤3， 获取雨区分布， 将每个网格区域划分成四个面积相等的方格， 若则将与 行边 aij相邻的方格记为 Xij， 每个方格内的。
5、降雨量均为若则将与列边 bpq相邻 的方格记为 Ypq， 每个方格内的降雨量均为若 Xij与 Ypq存在重合方格， 则重合方格的降 雨量为所有存在降雨量的方格共同组成雨区分布。 2. 根据权利要求 1 所述的通过微波链路网络监测雨区分布的方法， 其特征在于 ： 还包 括， 步骤 4， 生成雨区运动轨迹， 每间隔一段时间重复判断各个微波监测链路上是否存在降 雨， 并重新获取雨区分布， 再将所有历史雨区分布复现在相应的网格区域上， 从而得到雨区 的运动轨迹。 3. 根据权利要求 1 或 2 所述的通过微波链路网络监测雨区分布的方法， 其特征在于 ： 所述网格区域为正方形区域。 4. 根据权利要求 。
6、1 或 2 所述的通过微波链路网络监测雨区分布的方法， 其特征在于 ： 所述监测区域为市区雨区时， m 3， n 3。 5. 根据权利要求 1 或 2 所述的通过微波链路网络监测雨区分布的方法， 其特征在于 ： 权 利 要 求 书 CN 104199126 A 2 2/2 页 3 所述监测区域为市区雨区时，和都设为 5km。 权 利 要 求 书 CN 104199126 A 3 1/4 页 4 一种通过微波链路网络监测雨区分布的方法 技术领域 0001 本发明提供了一种监测雨区分布的方法， 尤其是一种通过微波链路网络对雨区分 布进行监测的方法。 背景技术 0002 降雨是影响自然环境、 社会生。
7、活、 农业生产、 交通运输以及飞机起降、 导弹发射等 各种行动的重要气象因素， 降雨的时空分布异常往往引发洪涝灾害、 山体滑坡、 泥石流、 城 市内涝等自然灾害， 给我国带来严重的人员和经济损失。 0003 虽然， 雨量计、 天气雷达、 卫星遥感等降雨测量手段已经广泛应用， 但是降雨在城 市 / 山区等区域存在极为复杂的时空变化。雨量计测量精度较高， 但是需要人员定期维护 和校正， 站点分布不均匀， 空间分辨率较低， 即使在城市等站点相对密集的地区， 仍难以监 测到降水的精细变化。天气雷达虽然可以估计大范围的降雨场分布， 但是在高仰角条件下 只能测量到部分降水体或云体， 在低仰角条件下受地物回。
8、波影响， 因而在城市和山区的测 量效果有限。测雨卫星只能自上而下测量云顶或穿透云顶， 与降落到地表附近的实际降水 之间存在较大差别， 难以根据回波反演准确的降水分布。 0004 天气雷达和测雨卫星受到测量原理和扫描方式的限制， 所发射的电磁波信号往往 难以直接与降落到地表附近的降水粒子进行完全作用， 成为限制区域降水测量效果进一步 提高的主要原因。但是， 地表附近实际降雨量的测量、 雨区分布、 雨区运动轨迹对于降水预 报、 防灾减灾十分重要。 目前， 还缺乏有效的针对近地面实际降水量和雨区动态分布状况的 测量手段。 发明内容 0005 本发明的目的在于提供一种有效的监测雨区分布的方法， 能够实。
9、时监测雨区的分 布情况。 0006 为了实现上述发明目的， 本发明提供了一种通过微波链路网络监测雨区分布的方 法， 包括如下步骤， 0007 步骤 1， 建立监测区域的微波链路网络拓扑结构， 将监测区域均分为 m 行 n 列个网 格区域， 各个网格区域的行边aij和列边bpq分别代表各个微波监测链路， 其中， m2， n2， i 1,2,3,m+1， j 1,2,3,n， p 1,2,3,n+1， q 1,2,3,m ； 0008 步骤 2， 判断各个微波监测链路上是否存在降雨， 根据平均路径降雨量公式 计算各个行边 aij对应的平均路径降雨量为 ： 0009 说 明 书 CN 1041991。
10、26 A 4 2/4 页 5 0010 计算各个列边 bpq对应的平均路径降雨量为 ： 0011 0012 其中，和分别为微波监测链路的行边和列边的长度，和分别为行 边 aij和列边 bpq对应的微波监测链路的雨致衰减， k 和 为数律参数， 由微波频率、 雨滴大 小或雨滴温度查表取值， 若某个网格区域的行边 aij对应的平均路径降雨量则该网 格区域的行边 aij对应的微波监测链路上存在降雨， 若某个网格区域的列边 bpq对应的平均 路径降雨量则该网格区域的列边 bpq对应的微波监测链路上存在降雨 ； 0013 步骤 3， 获取雨区分布， 将每个网格区域划分成四个面积相等的方格， 若 则将与行。
11、边 aij相邻的方格记为 Xij， 每个方格内的降雨量均为若则将与列边 bpq相邻的方格记为Ypq， 每个方格内的降雨量均为若Xij与Ypq存在重合方格， 则重合方 格的降雨量为所有存在降雨量的方格共同组成雨区分布。 0014 采用微波链路的雨衰特性监测各个微波链路上是否存在降雨， 并计算各个微波链 路相邻的方格的降雨量， 从而有效地对雨区分布进行实时监测。 0015 作为本发明的进一步改进方案， 还包括， 0016 步骤 4， 生成雨区运动轨迹， 每间隔一段时间重复判断各个微波监测链路上是否存 在降雨， 并重新获取雨区分布， 再将所有历史雨区分布复现在相应的网格区域上， 从而得到 雨区的运动。
12、轨迹。 0017 采用每间隔一段时间重新获取雨区分布， 并将所有历史雨区分布复现在相应的网 格区域上， 从而获得雨区的运动轨迹。 0018 作为本发明的进一步限定方案， 网格区域为正方形区域。采用正方形区域对监测 区域进行划分， 比长方形区域或不规则形状区域更容易对雨区进行定位分析。 0019 作为本发明的进一步限定方案， 监测区域为市区雨区时， m 3， n 3。当监测区 域为市区雨区时， 可以将 m 和 n 都设定为 3， 即将监测区域分成 3 行 3 列一共 9 个面积相同 的网格区域， 如果城市面积较大， 可将 m 和 n 设定为更大值。 0020 作为本发明的进一步限定方案， 监测区。
13、域为市区雨区时，和都设为 5km。 当监测区域为市区雨区时， 可以将和都设为 5km， 完全能够满足微波链路的监测要 求。 0021 本发明的有益效果在于 ： (1) 采用微波链路的雨衰特性监测各个微波链路上是否 存在降雨， 并计算各个微波链路相邻的方格的降雨量， 从而有效地对雨区分布进行实时监 测 ； (2) 采用每间隔一段时间重新获取雨区分布， 并将所有历史雨区分布复现在相应的网 格区域上， 从而获得雨区的运动轨迹。 说 明 书 CN 104199126 A 5 3/4 页 6 附图说明 0022 图 1 为本发明的方法流程图 ； 0023 图 2 为本发明的监测区域划分示意图 ； 002。
14、4 图 3a 为本发明的行边雨区分布示意图 ； 0025 图 3b 为本发明的列边雨区分布示意图 ； 0026 图 3c 为本发明的重合雨区分布示意图 ； 0027 图 4 为本发明的雨区运动轨迹示意图。 具体实施方式 0028 如图 1、 2、 3a、 3b、 3c 和 4 所示， 本发明的通过微波链路网络监测雨区分布的方法， 包括如下步骤， 0029 步骤 1， 建立微波链路网络拓扑结构， 微波链路的网络拓扑设计是利用微波链路监 测雨区动态分布的基础， 合理的网络拓扑有较高的监测效率， 本发明将监测区域均分为 m 行 n 列个网格区域， 网格区域的形状可以设定为正方形， 便于计算和划分， 。
15、各个网格区域的 行边 aij和列边 bpq分别代表各个微波监测链路， 其中， m 2， n 2， i 1,2,3,m+1， 表示网格区域的行边的所在行， j 1,2,3,n， 表示网格区域的行边的所在列， p 1,2,3,n+1， 表示网格区域的列边所在列， q 1,2,3,m， 表示网格区域的列边所在 行， 当监测区域为市区雨区时， 可以将 m 和 n 都设定为 3， 即将监测区域分成 3 行 3 列一共 9 个面积相同的网格区域， 共计 24 条微波监测链路， 每条微波监测链路由一对收发终端组 成， 链路长度约 5km， 如果城市面积较大， 可将 m 和 n 设定为更大值 ； 0030 步。
16、骤 2， 判断各个微波监测链路上是否存在降雨， 本发明的平均路径降雨量测量 是基于雨衰模型的， 可测信号类型为信号衰减量， 对于不超过 55GHz 频率的微波链路， 在 每条微波链路的信号发射端保持发射功率不变时， 接收端记录信号的接收电平也是不变 的， 先选择下雨前的接收电平作为基准电平， 再利用基准电平和降雨时接收电平的差值计 算降雨导致的信号衰减， 并根据频段选择合适的系数 k 和 ， 再根据平均路径降雨量公式 计算各个行边 aij对应的平均路径降雨量为 ： 0031 0032 计算各个列边 bpq对应的平均路径降雨量为 ： 0033 0034 其中，和分别为微波监测链路的行边和列边的长。
17、度， 本发明的 说 明 书 CN 104199126 A 6 4/4 页 7 网格区域为正方形区域， 所有和的长度相等， 且和的长度可以根据需要进 行调整，和分别为行边aij和列边bpq对应的微波监测链路的雨 致衰减， k 和 为数律参数， 由微波频率、 雨滴大小或雨滴温度查表取值， 若某个网格区域 的行边aij对应的平均路径降雨量则该网格区域的行边aij对应的微波监测链路上 存在降雨， 若某个网格区域的列边bpq对应的平均路径降雨量则该网格区域的列边 bpq对应的微波监测链路上存在降雨 ； 0035 步骤 3， 获取雨区分布， 将每个网格区域划分成四个面积相等的方格， 如图 3a 所 示， 。
18、若则将与行边aij相邻的方格记为Xij， 每个方格内的降雨量均为如图3b所 示， 若则将与列边 bpq相邻的方格记为 Ypq， 每个方格内的降雨量均为如图 3c 所示， 若 Xij与 Ypq存在重合方格， 则重合方格的降雨量为所有存在降雨量的 方格共同组成雨区分布。 0036 为了进一步获得雨区的运动轨迹， 本发明还包括， 0037 步骤 4， 生成雨区运动轨迹， 每间隔一段时间重复判断各个微波监测链路上是否存 在降雨， 并重新获取雨区分布， 再将所有历史雨区分布复现在相应的网格区域上， 从而得到 雨区的运动轨迹， 由图4可以看出， 初始时刻雨区分布在区域X12区域， 间隔一段时间后雨区 分布移动到Y31区域， 再间隔一段时间后雨区分布移动到X23区域， 再间隔一段时间后雨区分 布移动到 Y42区域。 说 明 书 CN 104199126 A 7 1/1 页 8 图 1 图 2 图 3a 图 3b 图 3c 图 4 说 明 书 附 图 CN 104199126 A 8 。