CN116430127B - 一种降低雷电定位地闪误差的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种降低雷电定位地闪误差的方法，属于气象灾害防灾减灾技术领域。该方法首先根据多站雷电定位原理进行定位，初步确定雷击点位置坐标；基于真实地形与平坦地形地貌采用时域有限差分法，以确定的雷击点位置坐标，根据平坦地形及真实地形情况下不同测站磁场变化波形差异性，对测站进行聚类分析，由聚类分析结果筛选部分测站再次进行定位，通过聚类分析筛除了地波到达时间因地形地貌差异性导致的误差大的测站，进而提高雷电定位的精度，为后期事故事件分析提供参考和依据。
Description
技术领域
本发明属于气象灾害防灾减灾技术领域，具体涉及一种降低雷电定位地闪误差的方法。
背景技术
雷电灾害是一种非常严重的气象灾害，每年都会造成大量的人员伤亡以及高达数亿元的经济损失。随着社会的发展，气象、电力、民航、农林业等部门都对雷电定位提出了更高的要求。长通道地闪回击和云闪过程产生的电磁辐射主要集中在低频(LF)和甚低频段(VLF)，因此该频段的雷电电磁波被广泛应用于雷电定位中。
随着测量技术的发展和高速计算机的应用，世界各地都布置了高性能的雷电探测网，利用多个传感器提供的信号到达时间和到达方向信息，可计算出雷击的发生位置和时间，同时还可以估计雷电的强度、判断其极性。
多站雷电定位技术普遍采用的是时差定位法(TDOA，Time Difference OfArrival)，就是基于闪电电磁信号达到不同测站的时间差，然后利用双曲线交汇的原理进行定位。在TDOA定位技术中，测站间的距离是固定的，利用闪电信号到达两个测站的时间差可以构造出一条双曲线，多个测站构造出的多条双曲线必定相交于某一点，即为闪电辐射原点的位置。三站时间差可以通过双曲线法计算得到辐射源点的二维经纬坐标，四站时间差可以通过双曲面法计算得到辐射源点的三维空间坐标，对于五站时间差数据，通过求解非线性方程组计算得到辐射源点的三维空间坐标及发生时刻，更多的同步时间信息被用于定位结果的优化。
TDOA定位的准确性与时间测量的误差直接相关，地形或是环境干扰的影响可能导致米量级到千米量级的误差。时间测量的误差主要有以下4个来源：(1)地形引起的电磁信号到达时间的增长；(2)电磁信号沿有耗地表的传播速度小于真空中的光速；(3)GPS授时精度；(4)不同方法计算的到达时间。其中，地形引起的测时误差与地形的起伏程度有关，对于沿地表传播的长波信号，统计结果指出每100km由地形引起的测时误差约为1μs。地形引起的时间误差对定位结果存在较大的影响，这也导致了在地形较为崎岖的山区TDOA定位结果往往存在较大的偏差，特别是雷击点距离各测站的地形差异性较大时，真实雷击点到各探测站的电磁传播因地形差异大造成传播时延不同，导致到达时间因地形造成的误差变大，进而致使定位误差变大。因此如何克服现有技术的不足是目前气象灾害防灾减灾技术领域亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种降低雷电定位地闪误差的方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种降低雷电定位地闪误差的方法，包括如下步骤：
步骤1：通过雷电定位***，根据多站雷电定位原理进行定位，初步确定雷击点位置坐标；其中，确定雷击点位置坐标所采用的参与定位测站多于3站；
步骤2：基于真实地形与平坦地形地貌采用时域有限差分法，以确定的雷击点位置坐标，模拟在平坦地形及真实地形情况下雷击点到参与定位的雷电定位***测站的磁场波形，计算雷击点到参与定位的测站在真实地形与平坦地形条件下地波到达时间的差值；
步骤3：对雷击点到参与定位的测站在真实地形与平坦地形条件下地波到达时间的差值，采用聚类方法进行分析，根据分析结果，将参与定位测站分为一簇或若干簇以及不在任何簇的测站；
步骤4：剔除不在任何簇的测站，选择不少于3站的某簇进行再次按照步骤1进行定位；
如果有多簇内测站都不少于3站，则对该多簇中的每一簇内测站在真实地形与平坦地形条件下地波到达时间的差值进行聚集度分析，选择聚集度最高的簇再次按照步骤1进行定位，以确定雷击点位置坐标；
步骤5：重复步骤2至步骤4，直至确定的雷击点位置坐标不再发生变化。
进一步，优选的是，步骤1中，基于时差定位法原理初步确定雷击点的位置坐标。
进一步，优选的是，步骤2中，真实地形地貌数据采用DEM数据，数据范围涵盖雷电定位***所能测量的有效范围。
进一步，优选的是，步骤3中，所述的聚类方法为基于密度的聚类分析方法，邻域半径的计算方法为：采用雷击点到所有参与定位的测站在真实地形与平坦地形条件下地波到达时间的差值的绝对值，两两相差后求其绝对值的总和再计算平均值，即为邻域半径数值；最小数目点为能实现定位的测站个数。本发明采用的基于密度的聚类分析方法为现有方法，例如DBSCAN，本发明对此不做过多的赘述。
进一步，优选的是，步骤4中，聚集度分析的具体方法为：取簇内测站在真实地形与平坦地形条件下地波到达时间差值绝对值中的最大值与最小值，相加后的平均值为簇心值，簇内不同测站在真实地形与平坦地形条件下地波到达时间的差值的绝对值与簇心值再进行两两相差，对两两相差获得的差值的绝对值再进行平均，平均值越小，则聚集度越高。
进一步，优选的是，步骤4中，如果有多簇内测站都不少于3站，同时聚集度最高的簇有l个，l≥2，但这l个簇内测站数量不同，则从这l个簇中选择簇内测站数量多的簇再次按照步骤1进行定位，以确定雷击点位置坐标；当这l个簇中测站数量多的簇有m个，m≥2，则从这m个簇中任意选择一个簇再次按照步骤1进行定位，以确定雷击点位置坐标。
进一步，优选的是，步骤4中，如果有多簇内测站都不少于3站，同时聚集度最高的簇有n个，n≥2，但这n个簇内测站数量均相同，则从这n个簇中任意选择一个簇再次按照步骤1进行定位，以确定雷击点位置坐标。
本发明中，每次剔除的不在任何簇的测站，不再参与下一次的定位及聚类。
本发明提首先通过雷电定位***，根据多站雷电定位原理(参与定位测站多于3站)初步确定雷击点；其次基于真实地形与平坦地形地貌采用时域有限差分法(FDTD，Finite Difference Time Domain)，以雷击点为雷击发生位置，模拟在平坦地形及真实地形情况下雷击点到参与定位的雷电定位***测站的磁场变化波形，根据平坦地形及真实地形情况下不同测站磁场变化波形差异性，对测站进行聚类分析，由聚类分析结果筛选部分测站再次进行定位，通过聚类分析筛除了地波到达时间因地形地貌差异性导致的误差大的测站，由数据聚集度高的测站对雷击点再次进行定位，通过对地形地貌影响差异度大的测站的筛除，降低地波到达时间因地形地貌差异性导致的误差，进而提高雷电定位的精度。通过该方法，可以降低雷电定位误差，提高雷电定位的精度，为后期事故事件分析提供参考和依据。
本发明与现有技术相比，其有益效果为：
在利用探测网中各观测数据进行雷电定位计算时，观测量都会含有误差，对雷电目标的定位结果必然含有误差，当冗余观测量增加时，通过加权最小二乘法求得的雷电定位结果精度也将提高。但是，参与定位计算的观测量越多，出现粗差(较一般测量误差更大的误差)的概率也越大。粗差是由于局部电磁噪声、电波在复杂地形上的传播误差等造成的。这类粗差若不予以剔除，将造成巨大的雷电定位误差。对于粗差的剔除方法，一般采用统计校验及抗差估计的方法。统计校验虽然应用较广，但在测量数据中存在多个粗差时，效果不好。抗差估计的关键是构造有效的权函数，但找到适合的通用权函数构造困难，不便于工程实际应用。特别是在雷电探测领域，目前对于粗差剔除还没有较好的方法和手段。在中国的西南部高原山地居多，对雷电电磁信号的传播影响较大，雷电定位的误差也较大，经统计云南地区雷电定位的平均误差在1km上下，降低雷电定位的误差成为提高***定位精度的关键，本发明提供一种降低雷电定位地闪误差的方法，通过对地形地貌影响差异度大的测站的剔除，降低地波到达时间因地形地貌差异性导致的误差，进而提高雷电定位的精度，为后期事故事件分析提供参考和依据。
附图说明
图1是应用实例1定位结果图；其中，(a)为初步确定雷击点位置坐标结果；(b)为本发明最终定位结果；
图2是应用实例2初步定位后雷击点到各测站真实地形与平坦地形条件下地波到达时间差值图；
图3是应用实例2定位结果图；其中，(a)为初步确定雷击点位置坐标结果；(b)为本发明最终定位结果。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用材料或设备未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。
实施例1
一种降低雷电定位地闪误差的方法，包括如下步骤：
步骤1：通过雷电定位***，根据多站雷电定位原理进行定位，初步确定雷击点位置坐标；其中，确定雷击点位置坐标所采用的参与定位测站多于3站；
步骤2：基于真实地形与平坦地形地貌采用时域有限差分法，以确定的雷击点位置坐标，模拟在平坦地形及真实地形情况下雷击点到参与定位的雷电定位***测站的磁场波形，计算雷击点到参与定位的测站在真实地形与平坦地形条件下地波到达时间的差值；
步骤3：对雷击点到参与定位的测站在真实地形与平坦地形条件下地波到达时间的差值，采用聚类方法进行分析，根据分析结果，将参与定位测站分为一簇或若干簇以及不在任何簇的测站；
步骤4：剔除不在任何簇的测站，选择不少于3站的某簇进行再次按照步骤1进行定位；
如果有多簇内测站都不少于3站，则对该多簇中的每一簇内测站在真实地形与平坦地形条件下地波到达时间的差值进行聚集度分析，选择聚集度最高的簇再次按照步骤1进行定位，以确定雷击点位置坐标；
步骤5：重复步骤2至步骤4，直至确定的雷击点位置坐标不再发生变化。
实施例2
一种降低雷电定位地闪误差的方法，包括如下步骤：
步骤1：通过雷电定位***，根据多站雷电定位原理进行定位，初步确定雷击点位置坐标；其中，确定雷击点位置坐标所采用的参与定位测站多于3站；
步骤2：基于真实地形与平坦地形地貌采用时域有限差分法，以确定的雷击点位置坐标，模拟在平坦地形及真实地形情况下雷击点到参与定位的雷电定位***测站的磁场波形，计算雷击点到参与定位的测站在真实地形与平坦地形条件下地波到达时间的差值；
步骤3：对雷击点到参与定位的测站在真实地形与平坦地形条件下地波到达时间的差值，采用聚类方法进行分析，根据分析结果，将参与定位测站分为一簇或若干簇以及不在任何簇的测站；
步骤4：剔除不在任何簇的测站，选择不少于3站的某簇进行再次按照步骤1进行定位；
如果有多簇内测站都不少于3站，则对该多簇中的每一簇内测站在真实地形与平坦地形条件下地波到达时间的差值进行聚集度分析，选择聚集度最高的簇再次按照步骤1进行定位，以确定雷击点位置坐标；
步骤5：重复步骤2至步骤4，直至确定的雷击点位置坐标不再发生变化。
步骤1中，基于时差定位法原理初步确定雷击点的位置坐标。
步骤2中，真实地形地貌数据采用DEM数据，数据范围涵盖雷电定位***所能测量的有效范围。
步骤3中，所述的聚类方法为基于密度的聚类分析方法，邻域半径的计算方法为：采用雷击点到所有参与定位的测站在真实地形与平坦地形条件下地波到达时间的差值的绝对值，两两相差后求其绝对值的总和再计算平均值，即为邻域半径数值；最小数目点为能实现定位的测站个数。
步骤4中，聚集度分析的具体方法为：取簇内测站在真实地形与平坦地形条件下地波到达时间差值绝对值中的最大值与最小值，相加后的平均值为簇心值，簇内不同测站在真实地形与平坦地形条件下地波到达时间的差值的绝对值与簇心值再进行两两相差，对两两相差获得的差值的绝对值再进行平均，平均值越小，则聚集度越高。
实施例3
一种降低雷电定位地闪误差的方法，包括如下步骤：
步骤1：通过雷电定位***，根据多站雷电定位原理进行定位，初步确定雷击点位置坐标；其中，确定雷击点位置坐标所采用的参与定位测站多于3站；
步骤2：基于真实地形与平坦地形地貌采用时域有限差分法，以确定的雷击点位置坐标，模拟在平坦地形及真实地形情况下雷击点到参与定位的雷电定位***测站的磁场波形，计算雷击点到参与定位的测站在真实地形与平坦地形条件下地波到达时间的差值；
步骤3：对雷击点到参与定位的测站在真实地形与平坦地形条件下地波到达时间的差值，采用聚类方法进行分析，根据分析结果，将参与定位测站分为一簇或若干簇以及不在任何簇的测站；
步骤4：剔除不在任何簇的测站，选择不少于3站的某簇进行再次按照步骤1进行定位；
如果有多簇内测站都不少于3站，则对该多簇中的每一簇内测站在真实地形与平坦地形条件下地波到达时间的差值进行聚集度分析，选择聚集度最高的簇再次按照步骤1进行定位，以确定雷击点位置坐标；
步骤5：重复步骤2至步骤4，直至确定的雷击点位置坐标不再发生变化。
步骤1中，基于时差定位法原理初步确定雷击点的位置坐标。
步骤2中，真实地形地貌数据采用DEM数据，数据范围涵盖雷电定位***所能测量的有效范围。
步骤3中，所述的聚类方法为基于密度的聚类分析方法，邻域半径的计算方法为：采用雷击点到所有参与定位的测站在真实地形与平坦地形条件下地波到达时间的差值的绝对值，两两相差后求其绝对值的总和再计算平均值，即为邻域半径数值；最小数目点为能实现定位的测站个数。
步骤4中，聚集度分析的具体方法为：取簇内测站在真实地形与平坦地形条件下地波到达时间差值绝对值中的最大值与最小值，相加后的平均值为簇心值，簇内不同测站在真实地形与平坦地形条件下地波到达时间的差值的绝对值与簇心值再进行两两相差，对两两相差获得的差值的绝对值再进行平均，平均值越小，则聚集度越高。
步骤4中，如果有多簇内测站都不少于3站，同时聚集度最高的簇有l个，l≥2，但这l个簇内测站数量不同，则从这l个簇中选择簇内测站数量多的簇再次按照步骤1进行定位，以确定雷击点位置坐标；当这l个簇中测站数量多的簇有m个，m≥2，则从这m个簇中任意选择一个簇再次按照步骤1进行定位，以确定雷击点位置坐标。
步骤4中，如果有多簇内测站都不少于3站，同时聚集度最高的簇有n个，n≥2，但这n个簇内测站数量均相同，则从这n个簇中任意选择一个簇再次按照步骤1进行定位，以确定雷击点位置坐标。
应用实例1
应用实例1一种降低雷电定位地闪误差的方法，包括如下步骤：
步骤1：通过雷电定位***，根据时差定位的无源定位原理进行定位，初步确定雷击点位置坐标；其中，确定雷击点位置坐标所采用的参与定位测站多于3站；
如图1所示，R1为雷电发生的位置，S1-S8为参与定位的测站，假设雷击点的平面坐标为(x，y)，测站的坐标为(xi，yi)(i＝1…8，测站编号)，t为雷电发生的时间，ti为雷电波到达第i个测站的时间，电磁波的传播速度为c，时间测量误差为εi(i＝1…8，)，根据到达时间可得到以下方程组：
由于地闪发生时间t未知，可将上述方程改写成双曲交会定位的形式：
根据双曲线定义，公式(2)中每一行都在平面上确定一条单叶双曲线，计算出这些双曲线的交点则可获得地闪的发生位置，再将求得的雷击点位置坐标代入方程(1)中即可推算出地闪的发生时间。方程解算过程中通常忽略测量εi，方程组解算出的雷击点位置坐标和时间将含有误差。在地球椭球面进行计算时，同样可以列出相应椭球面的地闪定位方程。
步骤2，基于真实地形与平坦地形地貌采用时域有限差分法(FDTD，Finite-Difference Time-Domain)，以确定的雷击点位置坐标，模拟在平坦地形及真实地形情况下雷击点到参与定位的雷电定位***测站的磁场波形，计算雷击点到参与定位的测站在真实地形与平坦地形条件下地波到达时间的差值；
时域有限差分方法是基于Maxwell方程组的数值模拟算法，其中后一时刻的瞬时场量是由前一时刻的瞬时场量计算而来，由此来逐步计算和模拟时间向前移动时电磁波在时空中的传播过程。如图1所示，S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8为8个测站，这里R1为真实的雷击发生点(菱形点)，根据步骤1到达时间法确定的雷击点为C1，此时C1距离R1点的距离为223.6米(如图1所示方形点)。以C1点为基点采用FDTD方法模拟C1到各测站在平坦地形及真实地形情况下的磁场波形，计算C1到8个站在真实地形与平坦地形条件下地波到达时间的差值表1所示。
表1
步骤3：对雷击点到参与定位的测站在真实地形与平坦地形条件下地波到达时间的差值，采用聚类方法进行分析，根据分析结果，将参与定位测站分为一簇或若干簇以及不在任何簇的测站；
采用DBSCAN聚类方法分析时的邻域半径采用定位的雷击点到所有参与定位的测站在真实地形与平坦地形条件下地波到达时间的差值的绝对值，两两相差后求其绝对值的总和再计算平均值，即为邻域半径数值。最小数目点为能实现定位的测站个数。根据表1计算邻域半径rt为2.34μs，最小数目点取3。
rt为邻域半径，tti，ttj为第i、第j个测站真实地形与平坦地形条件下地波到达时间差值的绝对值。
0039.步骤4：剔除不在任何簇的测站，选择不少于3站的某簇进行再次按照步骤1进行定位；这里簇的选择采用以下方法：即任意测站满足以下条件则为同一簇：
|tti-ttj|<<rt
本实例根据计算的邻域半径2.34μs，S1～S7在一个簇内，S8不在任何簇内，可以剔除S8，选择剩下测站S1～S7再次定位得到雷击点C2(如图1所示，方形点)，C2距离R1点的距离为164米。重复步骤2至步骤4，最终确定雷击点位置为C2。
应用实例2
同样地与应用实例1个相同的8测站，图2给出了一次雷电过程定位后定位的雷击点到各测站真实地形与平坦地形条件下地波到达时间差值，根据步骤1到达时间法确定的雷击点为C1，此时C1距离R1点的距离为1772.5米(如图3所示，R1为真实雷击点，菱形点，C1为到达时间法确定的雷击点，方形点)，此时计算邻域半径rt为3.56μs，S1～S4在一个簇内，S6～S8在一个簇内，S5不在任何簇内。簇心的计算方法为：
ttc为簇心数值，ttmax为簇内绝对值最大值，ttmin为簇内绝对值最小值。S1～S4所在簇的簇心为4.90μs，S6～S8所在簇的簇心为8.95μs。再由下式计算聚集度：
J为某簇的聚集度，n为簇内元素数量。通过上式计算的S1～S4的聚集度为0.331μs，S6～S8的聚集度为1.39μs。选择S1～S4再次进行定位，S1～S4再次定位得到雷击点C2，C2距离R1点的距离为86米(如图3所示，方形点)。重复步骤2至步骤4，最终确定雷击点位置为C2。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种降低雷电定位地闪误差的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：通过雷电定位***，根据多站雷电定位原理进行定位，初步确定雷击点位置坐标；其中，确定雷击点位置坐标所采用的参与定位测站多于3站；
步骤2：基于真实地形与平坦地形地貌采用时域有限差分法，以确定的雷击点位置坐标，模拟在平坦地形及真实地形情况下雷击点到参与定位的雷电定位***测站的磁场波形，计算雷击点到参与定位的测站在真实地形与平坦地形条件下地波到达时间的差值；
步骤3：对雷击点到参与定位的测站在真实地形与平坦地形条件下地波到达时间的差值，采用聚类方法进行分析，根据分析结果，将参与定位测站分为一簇或若干簇以及不在任何簇的测站；
步骤4：剔除不在任何簇的测站，选择不少于3站的某簇进行再次按照步骤1进行定位；
如果有多簇内测站都不少于3站，则对该多簇中的每一簇内测站在真实地形与平坦地形条件下地波到达时间的差值进行聚集度分析，选择聚集度最高的簇再次按照步骤1进行定位，以确定雷击点位置坐标；
步骤5：重复步骤2至步骤4，直至确定的雷击点位置坐标不再发生变化。
2.根据权利要求1所述的降低雷电定位地闪误差的方法，其特征在于，步骤1中，基于时差定位法原理初步确定雷击点的位置坐标。
3.根据权利要求1所述的降低雷电定位地闪误差的方法，其特征在于，步骤2中，真实地形地貌数据采用DEM数据，数据范围涵盖雷电定位***所能测量的有效范围。
4.根据权利要求1所述的降低雷电定位地闪误差的方法，其特征在于，步骤3中，所述的聚类方法为基于密度的聚类分析方法，邻域半径的计算方法为：采用雷击点到所有参与定位的测站在真实地形与平坦地形条件下地波到达时间的差值的绝对值，两两相差后求其绝对值的总和再计算平均值，即为邻域半径数值；最小数目点为能实现定位的测站个数。
5.根据权利要求1所述的降低雷电定位地闪误差的方法，其特征在于，步骤4中，聚集度分析的具体方法为：取簇内测站在真实地形与平坦地形条件下地波到达时间差值绝对值中的最大值与最小值，相加后的平均值为簇心值，簇内不同测站在真实地形与平坦地形条件下地波到达时间的差值的绝对值与簇心值再进行两两相差，对两两相差获得的差值的绝对值再进行平均，平均值越小，则聚集度越高。
6.根据权利要求1所述的降低雷电定位地闪误差的方法，其特征在于，步骤4中，如果有多簇内测站都不少于3站，同时聚集度最高的簇有l个，l≥2，但这l个簇内测站数量不同，则从这l个簇中选择簇内测站数量多的簇再次按照步骤1进行定位，以确定雷击点位置坐标；当这l个簇中测站数量多的簇有m个，m≥2，则从这m个簇中任意选择一个簇再次按照步骤1进行定位，以确定雷击点位置坐标。
7.根据权利要求1所述的降低雷电定位地闪误差的方法，其特征在于，步骤4中，如果有多簇内测站都不少于3站，同时聚集度最高的簇有n个，n≥2，但这n个簇内测站数量均相同，则从这n个簇中任意选择一个簇再次按照步骤1进行定位，以确定雷击点位置坐标。
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Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003294824A (ja) * | 2002-03-29 | 2003-10-15 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | 落雷位置標定方法、装置、システム及びプログラム |
| CN108520023A (zh) * | 2018-03-22 | 2018-09-11 | 合肥佳讯科技有限公司 | 一种基于混合聚类算法的雷暴核识别及追踪方法 |
| CN109374986A (zh) * | 2018-09-19 | 2019-02-22 | 中国气象局气象探测中心 | 一种基于聚类分析与网格搜索的雷电定位方法及*** |
| CN112986698A (zh) * | 2020-10-22 | 2021-06-18 | 南京信息工程大学 | 一种三维闪电定位方法 |
| CN113158521A (zh) * | 2021-04-12 | 2021-07-23 | 南京信息工程大学 | 一种适用于真实地形的闪电探测网布局方法 |
| CN113850908A (zh) * | 2021-09-23 | 2021-12-28 | 云南电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种考虑路径延长因素的地闪回击定位数据的优化方法 |
| CN113901689A (zh) * | 2021-10-12 | 2022-01-07 | 云南电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种山区雷击定位方法及装置 |
| CN114444581A (zh) * | 2022-01-04 | 2022-05-06 | 国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司 | 一种地闪接地点辨识***及方法 |
| CN116008671A (zh) * | 2022-12-14 | 2023-04-25 | 南京信息工程大学 | 一种基于时差和聚类的闪电定位方法 |
| CN116243056A (zh) * | 2023-01-04 | 2023-06-09 | 云南电力试验研究院(集团)有限公司 | 一种用于雷电定位的地波识别方法和*** |
-
2023
- 2023-06-14 CN CN202310705222.2A patent/CN116430127B/zh active Active
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003294824A (ja) * | 2002-03-29 | 2003-10-15 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | 落雷位置標定方法、装置、システム及びプログラム |
| CN108520023A (zh) * | 2018-03-22 | 2018-09-11 | 合肥佳讯科技有限公司 | 一种基于混合聚类算法的雷暴核识别及追踪方法 |
| CN109374986A (zh) * | 2018-09-19 | 2019-02-22 | 中国气象局气象探测中心 | 一种基于聚类分析与网格搜索的雷电定位方法及*** |
| CN112986698A (zh) * | 2020-10-22 | 2021-06-18 | 南京信息工程大学 | 一种三维闪电定位方法 |
| CN113158521A (zh) * | 2021-04-12 | 2021-07-23 | 南京信息工程大学 | 一种适用于真实地形的闪电探测网布局方法 |
| CN113850908A (zh) * | 2021-09-23 | 2021-12-28 | 云南电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种考虑路径延长因素的地闪回击定位数据的优化方法 |
| CN113901689A (zh) * | 2021-10-12 | 2022-01-07 | 云南电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种山区雷击定位方法及装置 |
| CN114444581A (zh) * | 2022-01-04 | 2022-05-06 | 国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司 | 一种地闪接地点辨识***及方法 |
| CN116008671A (zh) * | 2022-12-14 | 2023-04-25 | 南京信息工程大学 | 一种基于时差和聚类的闪电定位方法 |
| CN116243056A (zh) * | 2023-01-04 | 2023-06-09 | 云南电力试验研究院(集团)有限公司 | 一种用于雷电定位的地波识别方法和*** |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| A Lightning Location Algorithm Based on Clustering Analysis;Tao Li 等;2018 1st International Cognitive Cities Conference (IC3);63-68 * |
| 乌鲁木齐地区山体地形对地闪回击定位精度的影响;杨敢 等;电瓷避雷器(第03期);42-48 * |
| 昆明地区连绵起伏山体对地闪回击定位精度影响的模拟研究;吉德志 等;电波科学学报;第36卷(第02期);79-186+312 * |
| 海南地区山体地形对地闪回击定位精度的影响;邹斌 等;科学技术与工程;第21卷(第28期);11989-11998 * |
Also Published As
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