本發(fā)明涉及天氣預測，特別涉及一種天氣預測方法、天氣預測模型的訓練方法、天氣預測裝置、天氣預測模型的訓練裝置、電子設備及計算機可讀存儲介質。

背景技術：

1、天氣預測在現(xiàn)代社會中必不可少，對于人們的日常生活、社會活動、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運輸、災害預防等多個領域都具有至關重要的意義。通過天氣預測了解未來可能出現(xiàn)的天氣狀況，有利于人們安排調整社會活動，保證航空、航運等交通運輸行業(yè)的安全運營，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供更科學的種植和收割指導，有助于及時發(fā)布災害預警，指導民眾采取防御措施，減少自然災害帶來的損失。因此，有必要對天氣進行及時準確預測和預報。

2、現(xiàn)有技術中，在進行天氣預報時，需要依賴氣象時空數(shù)據(jù)，通常根據(jù)當前的天氣數(shù)據(jù)情況來預測下一時刻的天氣情況，且通常對獲得的當前天氣數(shù)據(jù)直接輸入相關的預測模型，直接開始預測，對當前天氣數(shù)據(jù)不做其他處理。氣象時空數(shù)據(jù)包含大氣層變量和地面層變量。其中，大氣層變量例如包括溫度、濕度、風速等，地面層變量例如包括降水量、氣壓等。然而，氣象時空數(shù)據(jù)具有非常高的空間分辨率，具有比較大的數(shù)據(jù)冗余性。因而，在通過當前的天氣數(shù)據(jù)直接進行預測時，可能存在冗余數(shù)據(jù)過多導致的預測速度慢的問題，還可能存在預測結果不夠準確，誤差較大的問題。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提出了一種天氣預測方法，用以解決上述問題。

2、第一方面，本發(fā)明的實施方式公開了一種天氣預測方法，通過天氣預測模型進行天氣預測，天氣預測模型包括時空變分自編碼器，時空變分自編碼器包括編碼器和解碼器，天氣預測方法包括：

3、獲取包含當前天氣情況信息的當前天氣數(shù)據(jù)；

4、通過編碼器對當前天氣數(shù)據(jù)在隱空間進行編碼，將當前天氣數(shù)據(jù)轉化為當前天氣隱空間數(shù)據(jù)；當前天氣隱空間數(shù)據(jù)為當前天氣數(shù)據(jù)增加特征維度并降低時間維度和空間維度后的數(shù)據(jù)；

5、在隱空間上對當前天氣隱空間數(shù)據(jù)進行天氣預測，得到預測天氣隱空間數(shù)據(jù)；

6、通過解碼器對預測天氣隱空間數(shù)據(jù)進行解碼，將預測天氣隱空間數(shù)據(jù)轉化為預測天氣數(shù)據(jù)；預測天氣數(shù)據(jù)為預測天氣隱空間數(shù)據(jù)降低特征維度并增加時間維度和空間維度后的數(shù)據(jù)，預測天氣數(shù)據(jù)為當前天氣數(shù)據(jù)對應的預測的天氣情況的結果。

7、采用上述技術方案，本發(fā)明的天氣預測方法能夠通過對當前天氣數(shù)據(jù)進行維度處理，增加當前天氣數(shù)據(jù)的特征緯度，降低當前天氣數(shù)據(jù)的時間緯度和空間緯度，提取出與天氣預測相關的關鍵特征，同時消除數(shù)據(jù)的冗余性，加快預測速度，提升天氣預測的準確性。

8、根據(jù)本發(fā)明的另一具體實施方式，編碼器包括編碼殘差模塊，通過編碼器對當前天氣數(shù)據(jù)在隱空間進行編碼，將當前天氣數(shù)據(jù)轉化為當前天氣隱空間數(shù)據(jù)，具體包括：

9、通過編碼殘差模塊對當前天氣數(shù)據(jù)從標準數(shù)據(jù)空間映射至隱空間，以使當前天氣數(shù)據(jù)轉化為當前天氣隱空間數(shù)據(jù)；其中，標準數(shù)據(jù)空間為當前天氣數(shù)據(jù)對應的數(shù)據(jù)空間。

10、根據(jù)本發(fā)明的另一具體實施方式，編碼殘差模塊包括多個編碼殘差卷積層，通過編碼殘差模塊對當前天氣數(shù)據(jù)從標準數(shù)據(jù)空間映射至隱空間，以使當前天氣數(shù)據(jù)轉化為當前天氣隱空間數(shù)據(jù)，具體包括：

11、通過多個編碼殘差卷積層對當前天氣數(shù)據(jù)進行維度處理，以增加當前天氣數(shù)據(jù)的特征維度，降低當前天氣數(shù)據(jù)的時間維度和空間維度，得到當前天氣隱空間數(shù)據(jù)。

12、根據(jù)本發(fā)明的另一具體實施方式，解碼器包括解碼殘差模塊，通過解碼器對預測天氣隱空間數(shù)據(jù)進行解碼，將預測天氣隱空間數(shù)據(jù)轉化為預測天氣數(shù)據(jù)，具體包括：

13、通過解碼殘差模塊對預測天氣隱空間數(shù)據(jù)從隱空間重建至標準數(shù)據(jù)空間，得到預測天氣數(shù)據(jù)。

14、根據(jù)本發(fā)明的另一具體實施方式，解碼殘差模塊包括多個解碼殘差卷積層，通過解碼殘差模塊對預測天氣隱空間數(shù)據(jù)從隱空間重建至標準數(shù)據(jù)空間，得到預測天氣數(shù)據(jù)，具體包括：

15、通過多個解碼殘差卷積層對預測天氣隱空間數(shù)據(jù)進行維度處理，以降低預測天氣隱空間數(shù)據(jù)的特征維度，增加預測天氣隱空間數(shù)據(jù)的時間維度和空間維度，得到預測天氣數(shù)據(jù)。

16、根據(jù)本發(fā)明的另一具體實施方式，編碼殘差模塊的編碼殘差卷積層的層數(shù)與解碼殘差模塊的解碼殘差卷積層的層數(shù)相同，以使當前天氣數(shù)據(jù)被增加的特征維度的倍數(shù)與預測天氣隱空間數(shù)據(jù)被降低的特征維度的倍數(shù)相同，使當前天氣數(shù)據(jù)被降低的時間維度和空間維度的倍數(shù)與預測天氣隱空間數(shù)據(jù)被增加的時間維度和空間維度的倍數(shù)相同。

17、根據(jù)本發(fā)明的另一具體實施方式，天氣預測模型還包括預測模型，在隱空間上對當前天氣隱空間數(shù)據(jù)進行天氣預測，得到預測天氣隱空間數(shù)據(jù)，具體包括：

18、通過預測模型采用分組注意力機制對當前天氣隱空間數(shù)據(jù)進行特征融合，得到下一個狀態(tài)的天氣情況的預測天氣隱空間數(shù)據(jù)；

19、其中，分組注意力機制用于對當前天氣隱空間數(shù)據(jù)中包含的用于預測的天氣特征進行量化處理和分組處理，得到多個特征組，對多個特征組中的用于預測的天氣特征重新確定權重以進行特征融合。

20、根據(jù)本發(fā)明的另一具體實施方式，通過預測模型采用分組注意力機制對當前天氣隱空間數(shù)據(jù)進行天氣預測，得到下一個狀態(tài)的天氣情況的預測天氣隱空間數(shù)據(jù)，具體包括：

21、根據(jù)當前天氣隱空間數(shù)據(jù)對應的時間戳，通過預測模型采用分組注意力機制對當前天氣隱空間數(shù)據(jù)進行天氣預測，得到下一個狀態(tài)的天氣情況的預測天氣隱空間數(shù)據(jù)。

22、第二方面，本發(fā)明的實施方式還公開了一種天氣預測模型的訓練方法，用于訓練前述任一項實施方式中的天氣預測方法中用于進行天氣預測的天氣預測模型，天氣預測模型包括時空變分自編碼器，時空變分自編碼器包括編碼器和解碼器，天氣預測模型的訓練方法包括：

23、獲取天氣數(shù)據(jù)樣本；

24、通過編碼器對天氣數(shù)據(jù)樣本在隱空間進行編碼，得到天氣數(shù)據(jù)樣本在隱空間上對應的天氣隱空間數(shù)據(jù)；天氣隱空間數(shù)據(jù)為天氣數(shù)據(jù)樣本增加特征維度并降低時間維度和空間維度后的數(shù)據(jù)；

25、通過解碼器對天氣隱空間數(shù)據(jù)進行解碼還原，得到天氣隱空間數(shù)據(jù)對應的還原天氣數(shù)據(jù)；還原天氣數(shù)據(jù)為天氣隱空間數(shù)據(jù)降低特征維度并增加時間維度和空間維度后的數(shù)據(jù)；

26、根據(jù)天氣數(shù)據(jù)樣本和還原天氣數(shù)據(jù)確定損失函數(shù)；

27、根據(jù)損失函數(shù)、天氣數(shù)據(jù)樣本和還原天氣數(shù)據(jù)對待訓練的時空變分自編碼器進行參數(shù)更新，直至待訓練的時空變分自編碼器滿足預設訓練條件，得到訓練完成的時空變分自編碼器。

28、采用上述技術方案，本發(fā)明提供的天氣預測模型的訓練方法訓練出的天氣預測模型能夠通過對當前天氣數(shù)據(jù)進行維度處理，增加當前天氣數(shù)據(jù)的特征緯度，降低當前天氣數(shù)據(jù)的時間緯度和空間緯度，提取出與天氣預測相關的關鍵特征，同時消除數(shù)據(jù)的冗余性，加快預測速度，提升天氣預測的準確性。

29、根據(jù)本發(fā)明的另一具體實施方式，損失函數(shù)包括重建損失函數(shù)和kl散度損失函數(shù)，重建損失函數(shù)為均方誤差損失函數(shù)和/或交叉熵損失函數(shù)。

30、根據(jù)本發(fā)明的另一具體實施方式，天氣預測模型還包括預測模型，預測模型用于在隱空間上進行天氣預測，天氣預測模型的訓練方法還包括：

31、獲取原始天氣數(shù)據(jù)樣本、原始天氣數(shù)據(jù)樣本中包含的天氣情況對應的時間戳、原始天氣數(shù)據(jù)樣本對應的天氣預測標簽；

32、通過預測模型采用分組注意力機制對原始天氣數(shù)據(jù)樣本進行特征融合，得到下一個狀態(tài)的天氣情況的預測天氣數(shù)據(jù)；

33、根據(jù)天氣預測標簽和預測天氣數(shù)據(jù)確定預測損失函數(shù)；

34、根據(jù)預測損失函數(shù)、預測天氣數(shù)據(jù)和天氣預測標簽對待訓練的預測模型進行參數(shù)更新，直至待訓練的預測模型滿足預測預設訓練條件，得到訓練完成的預測模型。

35、第三方面，本發(fā)明的實施方式還公開了天氣預測裝置，通過天氣預測模型進行天氣預測，天氣預測模型包括時空變分自編碼器，時空變分自編碼器包括編碼器和解碼器，天氣預測裝置包括：

36、數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取包含當前天氣情況信息的當前天氣數(shù)據(jù)；

37、隱空間編碼模塊，用于通過編碼器對當前天氣數(shù)據(jù)在隱空間進行編碼，將當前天氣數(shù)據(jù)轉化為當前天氣隱空間數(shù)據(jù)；當前天氣隱空間數(shù)據(jù)為當前天氣數(shù)據(jù)增加特征維度并降低時間維度和空間維度后的數(shù)據(jù)；

38、隱空間預測模塊，用于在隱空間上對當前天氣隱空間數(shù)據(jù)進行天氣預測，得到預測天氣隱空間數(shù)據(jù)；

39、隱空間解碼模塊，用于通過解碼器對預測天氣隱空間數(shù)據(jù)進行解碼，將預測天氣隱空間數(shù)據(jù)轉化為預測天氣數(shù)據(jù)；預測天氣數(shù)據(jù)為預測天氣隱空間數(shù)據(jù)降低特征維度并增加時間維度和空間維度后的數(shù)據(jù)，預測天氣數(shù)據(jù)為當前天氣數(shù)據(jù)對應的預測的天氣情況的結果。

40、采用上述技術方案，天氣預測裝置能夠通過對當前天氣數(shù)據(jù)進行維度處理，增加當前天氣數(shù)據(jù)的特征緯度，降低當前天氣數(shù)據(jù)的時間緯度和空間緯度，提取出與天氣預測相關的關鍵特征，同時消除數(shù)據(jù)的冗余性，加快預測速度，提升天氣預測的準確性。

41、第四方面，本發(fā)明的實施方式還公開了一種天氣預測模型的訓練裝置，用于訓練前述任一項實施方式中的天氣預測方法中用于進行天氣預測的天氣預測模型，天氣預測模型包括時空變分自編碼器，時空變分自編碼器包括編碼器和解碼器，天氣預測模型的訓練裝置包括：

42、訓練數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取天氣數(shù)據(jù)樣本；

43、編碼模塊，用于通過編碼器對天氣數(shù)據(jù)樣本在隱空間進行編碼，得到天氣數(shù)據(jù)樣本在隱空間上對應的天氣隱空間數(shù)據(jù)；天氣隱空間數(shù)據(jù)為天氣數(shù)據(jù)樣本增加特征維度并降低時間維度和空間維度后的數(shù)據(jù)；

44、解碼模塊，用于通過解碼器對天氣隱空間數(shù)據(jù)進行解碼還原，得到天氣隱空間數(shù)據(jù)對應的還原天氣數(shù)據(jù)；還原天氣數(shù)據(jù)為天氣隱空間數(shù)據(jù)降低特征維度并增加時間維度和空間維度后的數(shù)據(jù)；

45、損失函數(shù)確定模塊，用于根據(jù)天氣數(shù)據(jù)樣本和還原天氣數(shù)據(jù)確定損失函數(shù)；

46、訓練模塊，用于根據(jù)損失函數(shù)、天氣數(shù)據(jù)樣本和還原天氣數(shù)據(jù)對待訓練的時空變分自編碼器進行參數(shù)更新，直至待訓練的時空變分自編碼器滿足預設訓練條件，得到訓練完成的時空變分自編碼器。

47、采用上述技術方案，天氣預測模型的訓練裝置訓練出的天氣預測模型能夠通過對當前天氣數(shù)據(jù)進行維度處理，增加當前天氣數(shù)據(jù)的特征緯度，降低當前天氣數(shù)據(jù)的時間緯度和空間緯度，提取出與天氣預測相關的關鍵特征，同時消除數(shù)據(jù)的冗余性，加快預測速度，提升天氣預測的準確性。

48、第五方面，本發(fā)明的實施方式還公開了一種電子設備，包括處理器和存儲器，存儲器中存儲有至少一條指令，至少一條指令在被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)前述任一實施方式中的天氣預測方法，和/或，實現(xiàn)前述任一實施方式中的天氣預測模型的訓練方法。

49、采用上述技術方案，電子設備使訓練出的天氣預測模型能夠對當前天氣數(shù)據(jù)進行維度處理，增加當前天氣數(shù)據(jù)的特征緯度，降低當前天氣數(shù)據(jù)的時間緯度和空間緯度，提取出與天氣預測相關的關鍵特征，同時消除數(shù)據(jù)的冗余性，加快預測速度，提升天氣預測的準確性。

50、第六方面，本發(fā)明的實施方式還公開了一種計算機可讀存儲介質，計算機可讀存儲介質中存儲有至少一條指令，至少一條指令在被執(zhí)行時實現(xiàn)前述任一實施方式中的天氣預測方法，和/或，實現(xiàn)前述任一實施方式中的天氣預測模型的訓練方法。

51、采用上述技術方案，計算機可讀存儲介質使訓練出的天氣預測模型能夠對當前天氣數(shù)據(jù)進行維度處理，增加當前天氣數(shù)據(jù)的特征緯度，降低當前天氣數(shù)據(jù)的時間緯度和空間緯度，提取出與天氣預測相關的關鍵特征，同時消除數(shù)據(jù)的冗余性，加快預測速度，提升天氣預測的準確性。