本發(fā)明涉及森林雷擊火識(shí)別預(yù)測(cè)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，它涉及基于多模態(tài)信息分析的雷擊火識(shí)別方法。

背景技術(shù)：

1、近年來(lái)，受全球氣候變化和極端天氣事件增多的影響，我國(guó)雷擊火現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，給我國(guó)生態(tài)環(huán)境和人民生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)?yè)p失。目前，對(duì)于雷擊火的識(shí)別監(jiān)測(cè)方法主要包括：1.氣象數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)法，通過(guò)觀測(cè)到的氣象數(shù)據(jù)結(jié)合歷史資料預(yù)測(cè)雷擊火的位置和發(fā)生的概率；2.遙感技術(shù)識(shí)別法，通過(guò)遙感和地表環(huán)境相結(jié)合識(shí)別森林雷擊火；3.無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)法，通過(guò)在無(wú)人機(jī)上搭載計(jì)算機(jī)模塊獲取森林圖像信息，分析識(shí)別森林雷擊火。

2、然而，氣象數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)法通過(guò)觀測(cè)到的氣象數(shù)據(jù)結(jié)合歷史資料能夠預(yù)測(cè)雷擊火的位置和概率，但不能對(duì)森林雷擊火進(jìn)行準(zhǔn)確的識(shí)別監(jiān)測(cè)；遙感技術(shù)識(shí)別法通過(guò)遙感和地表環(huán)境相結(jié)合識(shí)別森林雷擊火的方法，在地形復(fù)雜或偏遠(yuǎn)地區(qū)，方法所需的全球閃電定位網(wǎng)數(shù)據(jù)的精度和覆蓋范圍會(huì)受限，影響閃電位置的精確度；無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)法通過(guò)搭載計(jì)算機(jī)模塊獲取森林圖像信息，能夠識(shí)別森林雷擊火，但會(huì)受到光照、煙霧、樹葉遮擋等環(huán)境因素的影響，導(dǎo)致識(shí)別率下降。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供基于多模態(tài)信息分析的雷擊火識(shí)別方法，解決相關(guān)技術(shù)中對(duì)于雷擊火識(shí)別概率低，位置定位不準(zhǔn)確的技術(shù)問(wèn)題。

2、本發(fā)明提供了基于多模態(tài)信息分析的雷擊火識(shí)別方法，包括：

3、步驟s101，在第一預(yù)設(shè)時(shí)間段t內(nèi)，按照預(yù)設(shè)時(shí)間間隔t采集待監(jiān)測(cè)區(qū)域的m個(gè)子區(qū)域的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并將每個(gè)子區(qū)域的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為第一特征序列表示；

4、第m個(gè)子區(qū)域的第一特征序列的第n個(gè)序列單元表示第m個(gè)子區(qū)域在第n個(gè)時(shí)間點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，其中1≤m≤m，1≤n≤n，n＝t/t；

5、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)包括：氣象數(shù)據(jù)和遙感圖像；

6、氣象數(shù)據(jù)包括：溫度、濕度、氣壓、風(fēng)速、風(fēng)向、降雨量、co氣體濃度、no2氣體濃度、o3氣體濃度、pm1.0濃度、pm2.5濃度、pm10濃度；

7、步驟s102，對(duì)待監(jiān)測(cè)區(qū)域的m個(gè)子區(qū)域的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，將每個(gè)子區(qū)域的第一特征序列轉(zhuǎn)換為第二特征序列表示；

8、第m個(gè)子區(qū)域的第二特征序列的第n個(gè)序列單元表示第m個(gè)子區(qū)域在第n個(gè)時(shí)間點(diǎn)的預(yù)處理后的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；

9、步驟s103，根據(jù)待監(jiān)測(cè)區(qū)域的m個(gè)子區(qū)域的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)構(gòu)建圖結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)；

10、圖結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)包括：節(jié)點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)的初始特征和節(jié)點(diǎn)之間的邊；

11、節(jié)點(diǎn)與子區(qū)域建立映射關(guān)系；

12、節(jié)點(diǎn)的初始特征通過(guò)與其建立映射關(guān)系的子區(qū)域的第二特征序列表示；

13、步驟s104，構(gòu)建并訓(xùn)練森林雷擊火預(yù)測(cè)模型；

14、森林雷擊火預(yù)測(cè)模型的輸入為圖結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，輸出的值表示在第二預(yù)設(shè)時(shí)間段g內(nèi)的m個(gè)子區(qū)域發(fā)生森林雷擊火的概率值；

15、步驟s105，根據(jù)在第二預(yù)設(shè)時(shí)間段g內(nèi)的m個(gè)子區(qū)域發(fā)生森林雷擊火的概率值生成預(yù)警措施。

16、進(jìn)一步地，t、t、m、m、n、n、g均為自定義參數(shù)。

17、進(jìn)一步地，預(yù)處理的步驟包括：

18、步驟s201，對(duì)于氣象數(shù)據(jù)中的缺失值通過(guò)取前一個(gè)序列單元的值和后一個(gè)序列單元的值的平均值進(jìn)行填充處理；

19、步驟s202，通過(guò)最大最小歸一化方法對(duì)氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理；

20、步驟s203，通過(guò)大氣校正模型對(duì)遙感圖像進(jìn)行大氣校正；

21、步驟s204，通過(guò)歸一化差異植被指數(shù)計(jì)算待監(jiān)測(cè)區(qū)域的遙感圖像中每個(gè)子區(qū)域的歸一化差異植被指數(shù)值，并拼接在監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)之后，歸一化差異植被指數(shù)的計(jì)算公式如下：

22、

23、其中nir表示近紅外波段的反射率，red表示紅光波段的反射率。

24、進(jìn)一步地，構(gòu)建邊的方式包括：

25、相鄰子區(qū)域之間構(gòu)建邊；

26、判斷第一范圍內(nèi)的每個(gè)子區(qū)域的中心點(diǎn)之間的連線與風(fēng)向之間的夾角值小于等于夾角閾值，則子區(qū)域之間構(gòu)建邊；

27、計(jì)算第二范圍內(nèi)的每個(gè)子區(qū)域的第二特征序列的余弦相似度，余弦相似度大于等于相似度閾值，則子區(qū)域之間構(gòu)建邊。

28、進(jìn)一步地，森林雷擊火預(yù)測(cè)模型包括：第一隱藏層、第二隱藏層和第一分類器；

29、第一隱藏層包括：n個(gè)第一單元、拼接器、第二單元和提取器；

30、n個(gè)第一單元共享權(quán)重參數(shù)和偏置參數(shù)；

31、第n個(gè)第一單元輸入每個(gè)節(jié)點(diǎn)的第二特征序列的第n個(gè)序列單元中的遙感圖像，輸出遙感圖像特征，并將其轉(zhuǎn)換為向量表示；

32、第n個(gè)拼接器用于將第n個(gè)第一單元輸出的遙感圖像特征的向量表示拼接在第二特征序列的第n個(gè)序列單元的氣象數(shù)據(jù)之后獲得組合向量；

33、第n個(gè)第二單元輸入每個(gè)節(jié)點(diǎn)的第二特征序列的第n個(gè)序列單元，輸出第一更新特征；

34、提取器用于將第n個(gè)第二單元輸出的第一更新特征作為節(jié)點(diǎn)的初始特征；

35、第二隱藏層輸入圖結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，輸出圖更新矩陣，圖更新矩陣的每個(gè)行向量對(duì)應(yīng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)的第二更新特征；

36、將每個(gè)節(jié)點(diǎn)的第二更新特征輸入到第一分類器，第一分類器的分類空間表示在第二預(yù)設(shè)時(shí)間段g內(nèi)的節(jié)點(diǎn)所建立映射關(guān)系的子區(qū)域發(fā)生森林雷擊火的概率值。

37、進(jìn)一步地，第一單元基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建。

38、進(jìn)一步地，第二單元基于長(zhǎng)短期記憶網(wǎng)絡(luò)單元構(gòu)建。

39、進(jìn)一步地，第二隱藏層的計(jì)算公式包括：

40、

41、其中s表示第二隱藏層輸出的圖更新矩陣，表示第m個(gè)節(jié)點(diǎn)的第二更新特征，hm表示第m個(gè)節(jié)點(diǎn)的初始特征，wm表示第m個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的權(quán)重參數(shù)，表示第二鄰接矩陣，a表示第二隱藏層輸入圖結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的鄰接矩陣，鄰接矩陣的大小為m×m，鄰接矩陣的元素表示節(jié)點(diǎn)之間的連接關(guān)系，元素值通過(guò)0或者1表示，0表示節(jié)點(diǎn)之間不存在連接關(guān)系，否則存在連接關(guān)系，i表示單位矩陣，單位矩陣的大小為m×m，單位矩陣的對(duì)角線上的元素值賦值為1，其余元素值賦值為0，表示歸一化后的度矩陣，的對(duì)角線上第m個(gè)元素值通過(guò)取的第m行元素值的總和，度矩陣的大小為m×m，度矩陣的元素表示與節(jié)點(diǎn)存在邊連接的數(shù)量，relu表示relu激活函數(shù)。

42、進(jìn)一步地，通過(guò)人工標(biāo)注的方式獲得用于訓(xùn)練森林雷擊火預(yù)測(cè)模型的訓(xùn)練樣本的樣本標(biāo)簽。

43、進(jìn)一步地，將子區(qū)域發(fā)生森林雷擊火的概率值劃分為3個(gè)等級(jí)，概率值在0到0.2之間為低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)不采取特別措施；概率值在0.2到0.5之間為中風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，中風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的預(yù)警措施為增加數(shù)據(jù)采集頻率，預(yù)先安排消防資源，通過(guò)媒體發(fā)布警告，提醒當(dāng)?shù)鼐用褡⒁夥阑穑桓怕手翟?.5到1之間為高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的預(yù)警措施為立即向相關(guān)部門和公眾發(fā)布緊急預(yù)警，立即調(diào)動(dòng)消防隊(duì)伍到高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域周邊，做好滅火準(zhǔn)備。

44、本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明通過(guò)森林雷擊火預(yù)測(cè)模型綜合考慮了相鄰區(qū)域植被條件的影響和不同區(qū)域的氣象數(shù)據(jù)在時(shí)間維度上的變化來(lái)識(shí)別預(yù)測(cè)森林雷擊火，并根據(jù)概率值生成預(yù)警措施，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)森林雷擊火的準(zhǔn)確識(shí)別、監(jiān)測(cè)和及時(shí)預(yù)警。