本申請涉及人工智能，特別是涉及一種火星沙塵活動預(yù)測方法、裝置、設(shè)備及介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、作為火星上最重要的大氣現(xiàn)象，沙塵暴通過輻射加熱和大氣環(huán)流的再分配影響大氣環(huán)流。沙塵暴對火星探測的危害包括減少著陸器接收到的太陽輻射、降低太陽能電池板的發(fā)電效率以及降低火星大氣圖像的質(zhì)量。此外，沙塵暴還會通過吸收太陽輻射來改變火星大氣的溫度和動態(tài)?；鹦谴髿庵械膲m埃會散射、吸收和再輻射太陽輻射，從而影響火星大氣的熱結(jié)構(gòu)和大尺度大氣環(huán)流。在全球規(guī)模的沙塵暴期間，與沒有大量沙塵的相同季節(jié)相比，中層大氣的溫度可升高40k以上，地表溫度和氣壓也會受到強(qiáng)烈影響。塵暴還有助于大氣潮汐和行星波激發(fā)?；鹦菈m埃的年變化有一定規(guī)律，但塵埃的日變化情況更為復(fù)雜。由于火星塵埃對火星探測的有害影響以及對火星大氣的深刻影響，了解火星塵?；顒泳哂兄匾饬x。

2、然而，傳統(tǒng)的統(tǒng)計分析無法準(zhǔn)確捕捉沙塵的變化規(guī)律，因此無法預(yù)測多尺度的沙塵活動(從沙塵暴到全球沙塵暴)。火星上的沙塵暴分為局部沙塵暴、區(qū)域沙塵暴和全球沙塵暴。局部和區(qū)域性沙塵暴全年都可能發(fā)生并被觀測到，在某些年份，多個區(qū)域性沙塵暴可能爆發(fā)并合并成全球性沙塵暴。另一方面，全球沙塵暴集中在火星近日點附近，此時大氣中快速移動的塵埃會吸收陽光并被加熱，從而引起隆起。大規(guī)模、長時間的塵暴會對大氣能見度、熱結(jié)構(gòu)和環(huán)流產(chǎn)生重要影響。shirley考慮了與火星軌道運動有關(guān)的變量，預(yù)測了下一次火星全球沙塵暴。montabon等人討論了基于火星大氣動力學(xué)功能知識和過去塵?；顒佑^測的結(jié)果，但都無法準(zhǔn)確預(yù)測塵暴的發(fā)生。由于觀測資料的匱乏，對火星上短期塵?；顒拥念A(yù)測更是乏善可陳，導(dǎo)致人們對塵埃提升機(jī)制、輻射/動力反饋以及塵埃相互作用缺乏深入了解。這種稀缺性導(dǎo)致難以通過傳統(tǒng)氣象手段預(yù)測沙塵活動。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、基于此，有必要針對上述技術(shù)問題，提供一種結(jié)構(gòu)簡單，計算速度快，能夠有效預(yù)測沙塵活動的火星沙塵活動預(yù)測方法、裝置、設(shè)備及介質(zhì)。

2、一種火星沙塵活動預(yù)測方法，所述方法包括：

3、獲取訓(xùn)練集，所述訓(xùn)練集為二維時間序列數(shù)據(jù)；

4、構(gòu)建沙塵活動預(yù)測預(yù)訓(xùn)練模型，所述沙塵活動預(yù)測預(yù)訓(xùn)練模型包括編碼器與解碼器；所述編碼器包括若干深度逐層加深的convgru層，并且上一convgru層的輸出為下一convgru層的輸入，最終所述編碼器輸出一個中間隱藏層；所述解碼器包括若干深度逐層減少的convgru層，所述中間隱藏層作為所述解碼器中的各convgru層的輸入；所述解碼器的convgru層層數(shù)比所述編碼器的convgru層層數(shù)少；

5、將所述二維時間序列數(shù)據(jù)按順序輸入編碼器中的各convgru層中，對所述沙塵活動預(yù)測預(yù)訓(xùn)練模型進(jìn)行訓(xùn)練，得到訓(xùn)練好的沙塵活動預(yù)測模型；

6、通過所述訓(xùn)練好的沙塵活動預(yù)測模型對未來火星沙塵的預(yù)測。

7、其中一個實施例中，所述訓(xùn)練集包括有全球沙塵暴時段和無全球沙塵暴時段；所述有全球沙塵暴時段和所述無全球沙塵暴時段的數(shù)據(jù)比例為1:1。

8、其中一個實施例中，對所述訓(xùn)練集進(jìn)行預(yù)處理；

9、將所述有全球沙塵暴時段和所述無全球沙塵暴時段的數(shù)據(jù)進(jìn)行物理要素劃分；

10、所述物理要素包括：氣壓、溫度、風(fēng)速、風(fēng)向及天空光學(xué)厚度；

11、將所述氣壓、所述溫度、所述風(fēng)速、所述風(fēng)向及所述天空光學(xué)厚度進(jìn)行輸入維度的劃分。

12、其中一個實施例中，所述輸入維度包括預(yù)測時間序列長度、批次大小、色彩通道、長與寬。

13、其中一個實施例中，所述編碼器的各convgru層均具有與所述輸入維度相對應(yīng)的輸入通道。

14、其中一個實施例中，所述編碼器包括4層convgru層，所述解碼器包括3層convgru層。

15、其中一個實施例中，所述解碼器在預(yù)報時刻的隱藏狀態(tài)表示為：

16、ht＝φ(ht-1,yt-1,c)；

17、式中，φ表示非線性激活函數(shù)；ht-1表示上一隱藏狀態(tài)；yt-1表示上一時間序列；c表示中間隱藏層。

18、一種火星沙塵活動預(yù)測裝置，所述裝置包括：

19、數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取訓(xùn)練集，所述訓(xùn)練集為二維時間序列數(shù)據(jù)；

20、模型構(gòu)建模塊，用于構(gòu)建沙塵活動預(yù)測預(yù)訓(xùn)練模型，所述沙塵活動預(yù)測預(yù)訓(xùn)練模型包括編碼器與解碼器；所述編碼器包括若干convgru層，并且上一convgru層的輸出為下一convgru層的輸入，最終所述編碼器輸出一個中間隱藏層；所述解碼器包括若干convgru層，所述中間隱藏層作為所述解碼器中的各convgru層的輸入；

21、預(yù)訓(xùn)練模塊，用于將所述二維時間序列數(shù)據(jù)按順序輸入編碼器中的各convgru層中，對所述沙塵活動預(yù)測預(yù)訓(xùn)練模型進(jìn)行訓(xùn)練，得到訓(xùn)練好的沙塵活動預(yù)測模型；

22、預(yù)測模塊，用于通過所述訓(xùn)練好的沙塵活動預(yù)測模型對未來火星沙塵的預(yù)測。

23、一種計算機(jī)設(shè)備，包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲有計算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計算機(jī)程序時實現(xiàn)上述任一項所述方法的步驟。

24、一種計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機(jī)程序，所述計算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)上述任一項所述的方法的步驟。

25、上述火星沙塵活動預(yù)測方法、裝置、設(shè)備及介質(zhì)，通過獲取訓(xùn)練集，訓(xùn)練集為二維時間序列數(shù)據(jù)；構(gòu)建沙塵活動預(yù)測預(yù)訓(xùn)練模型，沙塵活動預(yù)測預(yù)訓(xùn)練模型包括編碼器與解碼器；編碼器包括若干深度逐層加深的convgru層，并且上一convgru層的輸出為下一convgru層的輸入，最終編碼器輸出一個中間隱藏層；解碼器包括若干深度逐層減少的convgru層，中間隱藏層作為解碼器中的各convgru層的輸入；解碼器的convgru層層數(shù)比所述編碼器的convgru層層數(shù)少；將二維時間序列數(shù)據(jù)按順序輸入編碼器中的各convgru層中，對沙塵活動預(yù)測預(yù)訓(xùn)練模型進(jìn)行訓(xùn)練，得到訓(xùn)練好的沙塵活動預(yù)測模型；通過訓(xùn)練好的沙塵活動預(yù)測模型對未來火星沙塵的預(yù)測。

26、本發(fā)明通過構(gòu)建編碼器與解碼器框架，并在編碼器中設(shè)置若干深度逐層加深的convgru層，用于提取時間序列中的關(guān)鍵特征；在解碼器中設(shè)置若干深度逐層減少的convgru層，用于生成未來沙塵的預(yù)測，并且解碼器的convgru層層數(shù)比所述編碼器的convgru層層數(shù)少，這是由于解碼器通常需要生成比輸入矩陣更小的輸出，因此它可能不需要與編碼器一樣多的層數(shù)。由于解碼器的任務(wù)通常是生成相對簡單的輸出，它可以具有較少的層級，從而降低過擬合的風(fēng)險。更深的編碼器可以幫助捕獲輸入圖像的復(fù)雜特征，而較淺的解碼器可以將這些特征映射到所需的輸出。通過這樣的設(shè)置，可以減少模型的計算復(fù)雜度，提高訓(xùn)練和推理的速度。

技術(shù)特征：

1.一種火星沙塵活動預(yù)測方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火星沙塵活動預(yù)測方法，其特征在于，所述訓(xùn)練集包括有全球沙塵暴時段和無全球沙塵暴時段；所述有全球沙塵暴時段和所述無全球沙塵暴時段的數(shù)據(jù)比例為1:1。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的火星沙塵活動預(yù)測方法，其特征在于，還包括，對所述訓(xùn)練集進(jìn)行預(yù)處理；

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的火星沙塵活動預(yù)測方法，其特征在于，所述輸入維度包括預(yù)測時間序列長度、批次大小、色彩通道、長與寬。

5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的火星沙塵活動預(yù)測方法，其特征在于，所述編碼器的各convgru層均具有與所述輸入維度相對應(yīng)的輸入通道。

6.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項所述的火星沙塵活動預(yù)測方法，其特征在于，所述編碼器包括4層convgru層，所述解碼器包括3層convgru層。

7.根據(jù)權(quán)利要求8所述的火星沙塵活動預(yù)測方法，其特征在于，所述解碼器在預(yù)報時刻的隱藏狀態(tài)表示為：

8.一種火星沙塵活動預(yù)測裝置，其特征在于，所述裝置包括：

9.一種計算機(jī)設(shè)備，包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲有計算機(jī)程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計算機(jī)程序時實現(xiàn)權(quán)利要求1至7中任一項所述方法的步驟。

10.一種計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機(jī)程序，其特征在于，所述計算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)權(quán)利要求1至7中任一項所述的方法的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本申請涉及一種火星沙塵活動預(yù)測方法、裝置、設(shè)備及介質(zhì)。通過獲取訓(xùn)練集；構(gòu)建沙塵活動預(yù)測預(yù)訓(xùn)練模型，沙塵活動預(yù)測預(yù)訓(xùn)練模型包括編碼器與解碼器；編碼器包括若干深度逐層加深的ConvGRU層，并且上一ConvGRU層的輸出為下一ConvGRU層的輸入，最終編碼器輸出一個中間隱藏層；解碼器包括若干深度逐層減少的ConvGRU層，中間隱藏層作為解碼器中的各ConvGRU層的輸入；解碼器的ConvGRU層比編碼器的ConvGRU層層數(shù)少；通過訓(xùn)練集對沙塵活動預(yù)測預(yù)訓(xùn)練模型進(jìn)行訓(xùn)練，得到訓(xùn)練好的沙塵活動預(yù)測模型；通過訓(xùn)練好的沙塵活動預(yù)測模型對未來火星沙塵的預(yù)測。本發(fā)明提供的預(yù)測模型結(jié)構(gòu)簡單，計算和推理速度快。

技術(shù)研發(fā)人員：盛崢,何澤鋒,張杰,季倩倩,何陽,吳剛耀,王澤瑞,王瑩,何明元,廖麒翔
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國人民解放軍國防科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2