本發(fā)明涉及智慧城市地理信息服務(wù)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種地面雨量站優(yōu)化布局的方法及裝置。

背景技術(shù)：

隨著對地觀測技術(shù)的不斷發(fā)展，水文監(jiān)測已經(jīng)從傳統(tǒng)的單一地面站網(wǎng)發(fā)展為天地一體化聯(lián)合觀測傳感網(wǎng)的新階段。降雨是地球水循環(huán)的基本組成部分，具有重要的水文學(xué)意義和監(jiān)測價值，現(xiàn)有技術(shù)中主要以地面觀測和衛(wèi)星遙感作為傳感網(wǎng)降雨監(jiān)測的主要技術(shù)手段。

現(xiàn)有技術(shù)中由于成像機(jī)理和重訪周期的限制，遙感衛(wèi)星對地觀測具有空間連續(xù)、時間不連續(xù)的特征，其覆蓋范圍呈條帶形區(qū)域，可以通過衛(wèi)星軌道參數(shù)進(jìn)行計(jì)算與仿真。雖然星載傳感器能夠周期性地提供大范圍區(qū)域的對地觀測數(shù)據(jù)，但并不能對地表事件進(jìn)行不間斷的連續(xù)觀測。與之相比，地基傳感器探測是一種基于離散點(diǎn)的空間采樣方式，具有時間連續(xù)、空間不連續(xù)的特征。地基傳感器能夠?qū)Φ乇硎录M(jìn)行連續(xù)觀測，但不能直接獲得觀測要素的大范圍空間分布特征，需要通過空間插值算法進(jìn)行估計(jì)。

但本申請發(fā)明人在實(shí)現(xiàn)本申請實(shí)施例中發(fā)明技術(shù)方案的過程中，發(fā)現(xiàn)上述技術(shù)至少存在如下技術(shù)問題：

由于缺乏星地傳感器協(xié)同規(guī)劃布局機(jī)制，目前的地面雨量站和測雨衛(wèi)星往往孤立發(fā)揮作用，沒有考慮衛(wèi)星覆蓋對地面雨量站布局的影響，不能滿足水文傳感網(wǎng)協(xié)同觀測和資源優(yōu)化配置的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種地面雨量站優(yōu)化布局的方法及裝置，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中的地面雨量站和測雨衛(wèi)星往往孤立發(fā)揮作用，沒有考慮衛(wèi)星覆蓋對地面雨量站布局的影響，不能滿足水文傳感網(wǎng)協(xié)同觀測和資源優(yōu)化配置的需求的技術(shù)問題。

第一方面，本發(fā)明提供了一種地面雨量站的優(yōu)化布局方法，所述方法包括：

獲得目標(biāo)監(jiān)測區(qū)域的網(wǎng)格劃分信息和時間分段信息；

根據(jù)測雨衛(wèi)星的覆蓋信息、地面雨量站的覆蓋信息，獲得所述測雨衛(wèi)星和所述地面雨量站的有效覆蓋范圍；

根據(jù)目標(biāo)監(jiān)測區(qū)域的地形信息、地面雨量站的覆蓋標(biāo)準(zhǔn)信息，獲得所述地面雨量站布局有限候選點(diǎn)集；

獲得時間連續(xù)最大覆蓋模型；

根據(jù)所述時間連續(xù)最大覆蓋模型，確定所述雨量站優(yōu)化布局方案。

優(yōu)選的，所述方法還包括：

根據(jù)連續(xù)需求空間，確定多邊形需求對象，其中所述多邊形需求對象是一組離散數(shù)據(jù)；

根據(jù)降雨觀測需求，確定所述多邊形需求對象的覆蓋優(yōu)先級；

根據(jù)連續(xù)需求時間，確定子時段，其中，所述子時段為一組離散數(shù)據(jù)。

優(yōu)選的，所述方法還包括：

根據(jù)時空需求，獲得所述測雨衛(wèi)星集合；

根據(jù)所述測雨衛(wèi)星集合，確定所述測雨衛(wèi)星在各個子時段內(nèi)的有效覆蓋范圍；

根據(jù)所述雨量站密度標(biāo)準(zhǔn)、所述地形信息，獲得所述地面雨量站的最大服務(wù)距離；

根據(jù)所述地面雨量站的最大服務(wù)距離，確定所述雨量站的有效覆蓋范圍；

根據(jù)所述測雨衛(wèi)星的覆蓋信息，獲得需求對象集合，其中所述需求對象集合為不同時段的需求對象集合。

優(yōu)選的，所述方法還包括：

獲得所述需求對象多邊形頂點(diǎn)；

根據(jù)所述需求對象多邊形頂點(diǎn)，獲得第一候選點(diǎn)集；

根據(jù)所述雨量站最大服務(wù)距離，確定所述需求對象的覆蓋邊界；

獲得所述需求對象的覆蓋邊界的交點(diǎn)，加入所述第一候選點(diǎn)集；

獲得第一有限候選點(diǎn)集，去除受控點(diǎn)獲得所述第二候選點(diǎn)集，其中，所述受控點(diǎn)為同時被第三候選點(diǎn)集和第一候選點(diǎn)集包含的候選點(diǎn)，所述第一候選點(diǎn)集不同于所述第三候選點(diǎn)集。

優(yōu)選的，所述方法還包括：

根據(jù)所述時空需求，確定所述優(yōu)化布局模型的目標(biāo)函數(shù)，所述目標(biāo)函數(shù)為一個觀測時段內(nèi)的星地聯(lián)合加權(quán)覆蓋范圍；

根據(jù)所述測雨衛(wèi)星的覆蓋信息、所述地面雨量站的覆蓋信息，確定所述需求對象的覆蓋判定約束條件；

根據(jù)可用觀測資源信息，確定所述雨量站的數(shù)量約束條件；

根據(jù)所述覆蓋判定約束條件、所述數(shù)量約束條件，確定所述雨量站時間連續(xù)最大覆蓋模型；

根據(jù)所述雨量站時間連續(xù)最大覆蓋模型，確定所述雨量站優(yōu)化布局方案，其中，所述雨量站優(yōu)化布局方案為顧及衛(wèi)星影響的布局方案。

第二方面，本發(fā)明還提供了一種地面雨量站優(yōu)化布局的裝置，所述裝置包括：

第一獲得單元，所述第一獲得單元用于獲得目標(biāo)監(jiān)測區(qū)域的網(wǎng)格劃分信息和時間分段信息；

第二獲得單元，所述第二獲得單元用于根據(jù)測雨衛(wèi)星的覆蓋信息、地面雨量站的覆蓋信息，獲得所述測雨衛(wèi)星和所述地面雨量站的有效覆蓋范圍；

第三獲得單元，所述第三獲得單元用于根據(jù)目標(biāo)監(jiān)測區(qū)域的地形信息、地面雨量站的覆蓋標(biāo)準(zhǔn)信息，獲得所述地面雨量站布局有限候選點(diǎn)集；

第四獲得單元，所述第四獲得單元用于獲得時間連續(xù)最大覆蓋模型；

第一確定單元，所述第一確定單元用于根據(jù)所述時間連續(xù)最大覆蓋模型，確定所述雨量站優(yōu)化布局方案。

優(yōu)選的，所述裝置還包括：

第二確定單元，所述第二確定單元用于根據(jù)連續(xù)需求空間，確定多邊形需求對象，其中所述多邊形需求對象是一組離散數(shù)據(jù)；

第三確定單元，所述第三確定單元用于根據(jù)降雨觀測需求，確定所述多邊形需求對象的覆蓋優(yōu)先級；

第四確定單元，所述第四確定單元用于根據(jù)連續(xù)需求時間，確定子時段，其中，所述子時段為一組離散數(shù)據(jù)。

優(yōu)選的，所述裝置還包括：

第五獲得單元，所述第五獲得單元用于根據(jù)時空需求，獲得所述測雨衛(wèi)星集合；

第五確定單元，所述第五確定單元用于根據(jù)所述測雨衛(wèi)星集合，確定所述測雨衛(wèi)星在各個子時段內(nèi)的有效覆蓋范圍；

第六獲得單元，所述第六獲得單元用于根據(jù)所述雨量站密度標(biāo)準(zhǔn)、所述地形信息，獲得所述地面雨量站的最大服務(wù)距離；

第六確定單元，所述第六確定單元用于根據(jù)所述地面雨量站的最大服務(wù)距離，確定所述雨量站的有效覆蓋范圍；

第七獲得單元，所述第七獲得單元用于根據(jù)所述測雨衛(wèi)星的覆蓋信息，獲得需求對象集合，其中所述需求對象集合為不同時段的需求對象集合。

優(yōu)選的，所述裝置還包括：

第八獲得單元，所述第八獲得單元用于根據(jù)獲得所述需求對象多邊形頂點(diǎn)，

第九獲得單元，所述第九獲得單元用于根據(jù)所述需求對象多邊形頂點(diǎn)，獲得第一候選點(diǎn)集；

第七確定單元，所述第七確定單元用于根據(jù)所述雨量站最大服務(wù)距離，確定所述需求對象的覆蓋邊界；

第十獲得單元，所述第十獲得單元用于獲得所述需求對象的覆蓋邊界的交點(diǎn)，加入所述第一候選點(diǎn)集；

第十一獲得單元，所述第十一獲得單元用于獲得第一有限候選點(diǎn)集，去除受控點(diǎn)獲得所述第二候選點(diǎn)集，其中，所述受控點(diǎn)為同時被第三候選點(diǎn)集和第一候選點(diǎn)集包含的候選點(diǎn)，所述第一候選點(diǎn)集不同于所述第三候選點(diǎn)集。

優(yōu)選的，所述裝置還包括：

第八確定單元，所述第八確定單元用于根據(jù)所述時空需求，確定所述優(yōu)化布局模型的目標(biāo)函數(shù)，所述目標(biāo)函數(shù)為一個觀測時段內(nèi)的星地聯(lián)合加權(quán)覆蓋范圍；

第九確定單元，所述第九確定單元用于根據(jù)所述測雨衛(wèi)星的覆蓋信息、所述地面雨量站的覆蓋信息，確定所述需求對象的覆蓋判定約束條件；

第十確定單元，所述第十確定單元用于根據(jù)可用觀測資源信息，確定所述雨量站的數(shù)量約束條件；

第十一確定單元，所述第十一確定單元用于根據(jù)所述覆蓋判定約束條件、所述數(shù)量約束條件，確定所述雨量站時間連續(xù)最大覆蓋模型；

第十二確定單元，所述第十二確定單元用于根據(jù)所述雨量站時間連續(xù)最大覆蓋模型，確定所述雨量站優(yōu)化布局方案，其中，所述雨量站優(yōu)化布局方案為顧及衛(wèi)星影響的布局方案。

本發(fā)明實(shí)施例中的上述一個或多個技術(shù)方案，至少具有如下一種或多種技術(shù)效果：

1.在本發(fā)明實(shí)施例提供的方法及裝置中，首先通過獲得目標(biāo)監(jiān)測區(qū)域的網(wǎng)格劃分信息和時間分段信息，然后根據(jù)測雨衛(wèi)星的覆蓋信息、地面雨量站的覆蓋信息，獲得所述測雨衛(wèi)星和所述地面雨量站的有效覆蓋范圍，其次根據(jù)目標(biāo)監(jiān)測區(qū)域的地形信息、地面雨量站的覆蓋標(biāo)準(zhǔn)信息，獲得所述地面雨量站布局有限候選點(diǎn)集，再次獲得時間連續(xù)最大覆蓋模型，最后根據(jù)所述時間連續(xù)最大覆蓋模型，確定所述雨量站優(yōu)化布局方案。通過上述技術(shù)方案解決了現(xiàn)有技術(shù)中地面雨量站和測雨衛(wèi)星往往孤立發(fā)揮作用，沒有考慮衛(wèi)星覆蓋對地面雨量站布局的影響，不能滿足水文傳感網(wǎng)協(xié)同觀測和資源優(yōu)化配置的需求的技術(shù)問題，達(dá)到了地面雨量站和測雨衛(wèi)星的觀測能力互補(bǔ)，最大化星地傳感器降雨觀測的時空連續(xù)覆蓋能力技術(shù)效果。

2.本申請實(shí)施例通過首先根據(jù)連續(xù)需求空間，確定多邊形需求對象，其中所述多邊形需求對象是一組離散數(shù)據(jù)，然后根據(jù)降雨觀測需求，確定所述多邊形需求對象的覆蓋優(yōu)先級，再根據(jù)連續(xù)需求時間，確定子時段，其中，所述子時段為一組離散數(shù)據(jù)的技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)了測雨衛(wèi)星與地面雨量站時空連續(xù)覆蓋問題的離散化求解，能夠顯著增強(qiáng)雨量觀測網(wǎng)的時空連續(xù)覆蓋能力的技術(shù)效果。

3.本申請實(shí)施例構(gòu)建的雨量站時間連續(xù)最大覆蓋模型采用了適應(yīng)不同觀測需求的多種加權(quán)模式，支持通過流域面積、平均降雨量、降雨量變化率等特征參數(shù)對需求對象進(jìn)行加權(quán)以衡量覆蓋優(yōu)先級，達(dá)到了能夠?qū)⒂邢迶?shù)量的雨量站優(yōu)先布設(shè)在需求權(quán)重更高的區(qū)域，有效提高了有限觀測資源的利用率和監(jiān)測效率的技術(shù)效果。

上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉本發(fā)明的具體實(shí)施方式。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中的一種地面雨量站的優(yōu)化布局方法流程圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中的一種地面雨量站的優(yōu)化布局裝置示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例中衛(wèi)星傳感器有效覆蓋范圍示例；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例中考慮已有雨量站覆蓋的需求對象集合示例；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例中基于地形條件的有限候選點(diǎn)集；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例中的雨量站現(xiàn)實(shí)布局及其時間覆蓋度；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例中的雨量站優(yōu)化布局及其時間覆蓋度。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種地面雨量站優(yōu)化布局的方法及裝置，解決了現(xiàn)有技術(shù)中的地面雨量站和測雨衛(wèi)星往往孤立發(fā)揮作用，沒有考慮衛(wèi)星覆蓋對地面雨量站布局的影響，不能滿足水文傳感網(wǎng)協(xié)同觀測和資源優(yōu)化配置的需求的技術(shù)問題。

本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，總體思路如下：首先通過獲得目標(biāo)監(jiān)測區(qū)域的網(wǎng)格劃分信息和時間分段信息，然后根據(jù)測雨衛(wèi)星的覆蓋信息、地面雨量站的覆蓋信息，獲得所述測雨衛(wèi)星和所述地面雨量站的有效覆蓋范圍，其次根據(jù)目標(biāo)監(jiān)測區(qū)域的地形信息、地面雨量站的覆蓋標(biāo)準(zhǔn)信息，獲得所述地面雨量站布局有限候選點(diǎn)集，再次獲得時間連續(xù)最大覆蓋模型，最后根據(jù)所述時間連續(xù)最大覆蓋模型，確定所述雨量站優(yōu)化布局方案。

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實(shí)施例一

本實(shí)施例以金沙江下游流域?yàn)檠芯繀^(qū)對本技術(shù)方案進(jìn)行舉例說明，將2009年之前設(shè)立的38個雨量站作為已有測站，在考慮衛(wèi)星測雨雷達(dá)對地覆蓋影響的條件下對新增的31個地面雨量站進(jìn)行優(yōu)化布局，并與現(xiàn)實(shí)布局情況進(jìn)行對比以驗(yàn)證本方法的有效性。金沙江下游流域位于長江上游，流域面積135473km²，降雨量充沛且雨季暴雨多發(fā)，其降雨監(jiān)測對長江中下游水文氣象與洪水預(yù)報(bào)具有重要意義。金沙江下游流域現(xiàn)有雨量站69個，其中38個為2009年之前設(shè)立，另外31個為2009年新增。根據(jù)2011年長江流域水文站網(wǎng)普查結(jié)果，該地區(qū)的雨量站網(wǎng)密度遠(yuǎn)未達(dá)到世界氣象組織WMO推薦的最小站網(wǎng)密度標(biāo)準(zhǔn)，有必要在該地區(qū)增設(shè)雨量站以提高站網(wǎng)密度和覆蓋范圍。此外，根據(jù)WMO衛(wèi)星傳感器觀測能力數(shù)據(jù)庫，目前能夠用于降雨觀測的共計(jì)有22顆衛(wèi)星搭載的25個傳感器，其中以星載測雨雷達(dá)的降雨觀測精度最高。

本實(shí)施例提供的一種地面雨量站優(yōu)化布局的方法，請參閱圖1，所述方法包括：

步驟S110，獲得目標(biāo)監(jiān)測區(qū)域的網(wǎng)格劃分信息和時間分段信息；

具體而言，根據(jù)連續(xù)需求空間，確定多邊形需求對象，其中所述多邊形需求對象是一組離散數(shù)據(jù)。以金沙江流域?yàn)槔M(jìn)行說明：首先對金沙江下游流域目標(biāo)監(jiān)測區(qū)域進(jìn)行空間離散化表達(dá)，以15km x 15km的網(wǎng)格尺寸標(biāo)準(zhǔn)通過網(wǎng)格劃分將空間連續(xù)的流域范圍轉(zhuǎn)換為621個離散多邊形需求對象，大部分位于區(qū)域內(nèi)部的對象為規(guī)則的正方形，少部分位于邊界區(qū)域的對象為不規(guī)則多邊形。

然后，根據(jù)降雨觀測需求，確定所述多邊形需求對象的覆蓋優(yōu)先級。結(jié)合雨量監(jiān)測需求，設(shè)計(jì)基于需求對象流域面積的加權(quán)模式，為每個需求對象賦予相應(yīng)權(quán)重以區(qū)分其需求量大小和覆蓋優(yōu)先級，具有更大面積的需求對象具有更高的重要程度和監(jiān)測價值，需要優(yōu)先對其進(jìn)行觀測覆蓋。

最后，根據(jù)連續(xù)需求時間，確定子時段，其中，所述子時段為一組離散數(shù)據(jù)。對任務(wù)觀測全過程進(jìn)行時間離散化表達(dá)，結(jié)合金沙江流域降雨分布時空特征，選擇2014年6月為任務(wù)觀測時間范圍，以1天為單位時間長度，將整個觀測總時間劃分為30個離散的子時段，不同時段內(nèi)需求權(quán)重保持不變。

步驟S120，根據(jù)測雨衛(wèi)星的覆蓋信息、地面雨量站的覆蓋信息，獲得所述測雨衛(wèi)星和所述地面雨量站的有效覆蓋范圍；

具體而言，首先根據(jù)時空需求，獲得所述測雨衛(wèi)星集合。根據(jù)所述時空需求，空間范圍是24.461725°N-29.581736°N，99.572968°E-104.946251°E，時間范圍是2014.06.01-2014.06.30。基于衛(wèi)星軌道參數(shù)獲取星下點(diǎn)軌跡并計(jì)算每個子時段內(nèi)衛(wèi)星過境時對目標(biāo)區(qū)域的有效覆蓋范圍，可得任務(wù)時段內(nèi)可用的衛(wèi)星傳感器集合包括星載測雨雷達(dá)TRMM-PR和GPM-DPR。通過衛(wèi)星覆蓋范圍和需求網(wǎng)格的相交分析，獲得每個子時段已被覆蓋的需求對象。例如，TRMM-PR和GPM-DPR在觀測時段29過境時，有效覆蓋范圍如圖3所示。

然后，根據(jù)所述測雨衛(wèi)星集合，確定所述測雨衛(wèi)星子時段的有效覆蓋范圍，根據(jù)所述雨量站密度標(biāo)準(zhǔn)、所述地形信息，獲得所述地面雨量站的最大服務(wù)距離。根據(jù)世界氣象組織WMO給出的雨量站最小站網(wǎng)密度標(biāo)準(zhǔn)，可知不同地形和雨量站最小站網(wǎng)密度的對應(yīng)關(guān)系，通過計(jì)算目標(biāo)區(qū)域的地形坡度，將目標(biāo)區(qū)劃分為5個不同的地形分區(qū)，具體包括4個陡峭山區(qū)和1個平原地區(qū)。根據(jù)地形條件和雨量站最小站網(wǎng)密度的對應(yīng)關(guān)系，在平原地區(qū)內(nèi)雨量站的最小密度為5750km²/站，陡峭山區(qū)內(nèi)雨量站的最小密度為2500km²/站。將雨量站的有效覆蓋范圍抽象為一個以測站為中心的圓形區(qū)域，則雨量站在陡峭山區(qū)和平原地區(qū)的最大服務(wù)距離分別為42.78km和28.21km。

最后，根據(jù)所述地面雨量站的最大服務(wù)距離，確定所述雨量站的有效覆蓋范圍，根據(jù)所述測雨衛(wèi)星的覆蓋信息，獲得需求對象集合，其中所述需求對象集合為不同時段的需求對象集合。確定目標(biāo)區(qū)域內(nèi)38個已有雨量站所屬的地形分區(qū)，根據(jù)不同分區(qū)雨量站最大服務(wù)距離，計(jì)算已有雨量站的有效覆蓋范圍，結(jié)合衛(wèi)星覆蓋情況獲得每個時段的需求對象集合。例如，觀測時段29的需求對象集合共包括150個需求多邊形，如圖4所示。

步驟S130，根據(jù)目標(biāo)監(jiān)測區(qū)域的地形信息、地面雨量站的覆蓋標(biāo)準(zhǔn)信息，獲得所述地面雨量站布局有限候選點(diǎn)集；

具體而言，首先獲得所述需求對象多邊形頂點(diǎn)，根據(jù)所述需求對象多邊形頂點(diǎn)，獲得第一候選點(diǎn)集P；

然后，根據(jù)所述雨量站最大服務(wù)距離，確定所述需求對象的覆蓋邊界。所述雨量站最大服務(wù)距離為相應(yīng)地形條件對應(yīng)的雨量站最大服務(wù)距離，所述需求對象的覆蓋邊界為每個需求對象的所有頂點(diǎn)緩沖區(qū)的相交部分。針對陡峭山區(qū)和平坦地區(qū)的需求對象多邊形，分別以相應(yīng)地形條件對應(yīng)的雨量站最大服務(wù)距離為半徑，計(jì)算每個需求對象多邊形頂點(diǎn)的圓形緩沖區(qū)，并針對每個需求對象計(jì)算其所有頂點(diǎn)緩沖區(qū)的相交部分，作為該需求對象多邊形的覆蓋邊界，覆蓋邊界范圍內(nèi)的雨量站能夠覆蓋該需求對象。

其次，獲得所述需求對象的覆蓋邊界的交點(diǎn)，加入所述第一候選點(diǎn)集。針對每個需求對象，計(jì)算其覆蓋邊界與其他多邊形覆蓋邊界的交點(diǎn)，將所有交點(diǎn)加入所述第一候選點(diǎn)集P，共計(jì)有8500個點(diǎn)。

最后，獲得第一有限候選點(diǎn)集，去除受控點(diǎn)獲得所述第二候選點(diǎn)集，其中，所述受控點(diǎn)為同時被第三候選點(diǎn)集和所述第一候選點(diǎn)集包含的候選點(diǎn)，所述第一候選點(diǎn)集不同于所述第三候選點(diǎn)集。計(jì)算所述第一候選點(diǎn)集P中每個候選點(diǎn)能夠覆蓋的需求對象，記為該點(diǎn)的覆蓋對象集合，如果候選點(diǎn)P1的覆蓋對象集合即所述第一候選點(diǎn)集被另一個候選點(diǎn)P2的覆蓋對象集即所述第三候選點(diǎn)集合完全包含，則候選點(diǎn)P1稱為受控點(diǎn)，從P中去除所有受控點(diǎn)即獲得最終的有限候選點(diǎn)集J，共計(jì)有1035個候選點(diǎn)，即雨量站選址的關(guān)鍵點(diǎn)位，如圖5所示。

步驟S140，獲得時間連續(xù)最大覆蓋模型；

步驟S150，根據(jù)所述時間連續(xù)最大覆蓋模型，確定所述雨量站優(yōu)化布局方案。

具體而言，首先，根據(jù)所述時空需求，確定所述優(yōu)化布局模型的目標(biāo)函數(shù)，所述目標(biāo)函數(shù)為一個觀測時段內(nèi)的星地聯(lián)合加權(quán)覆蓋范圍。針對金沙江下游流域測雨衛(wèi)星和地面雨量站聯(lián)合降雨觀測任務(wù)，采用基于流域面積的需求加權(quán)模式，確定優(yōu)化目標(biāo)為使任務(wù)觀測時間2014年6月每個子時段內(nèi)測雨衛(wèi)星傳感器和地面雨量站網(wǎng)的聯(lián)合覆蓋范圍之和最大化。

其次，根據(jù)所述測雨衛(wèi)星的覆蓋信息、所述地面雨量站的覆蓋信息，確定所述需求對象的覆蓋判定約束條件。即根據(jù)衛(wèi)星傳感器和雨量站的時空覆蓋特征，規(guī)定在時段t內(nèi)如果需求對象i位于至少一個地面雨量站或測雨衛(wèi)星傳感器的覆蓋范圍內(nèi)，則認(rèn)為該需求對象被覆蓋。

然后，根據(jù)可用觀測資源信息，確定所述雨量站的數(shù)量約束條件，即根據(jù)現(xiàn)實(shí)布局情況，定義本實(shí)施例中待布設(shè)雨量站的數(shù)量為31個。

再次，根據(jù)所述覆蓋判定約束條件、所述數(shù)量約束條件，確定所述雨量站時間連續(xù)最大覆蓋模型。

構(gòu)建顧及衛(wèi)星影響的雨量站時間連續(xù)最大覆蓋模型，表現(xiàn)為如下形式：

滿足

其中，

I為621個需求對象集合，T為30個觀測子時段集合；

w_i為基于流域面積的需求對象i的權(quán)重值，即相應(yīng)多邊形的面積；

N_it表示時段t能夠覆蓋需求對象i的所有候選點(diǎn)集合，例如在觀測時段29(即第29天)能夠覆蓋需求對象7的候選點(diǎn)集合為：

N_7-29＝{456,458,480,481,485,489,491,500,510,515,529,531,533,534,547,572,574,598}，括號內(nèi)數(shù)字表示候選點(diǎn)j的序號；

M_it表示時段t能夠覆蓋需求對象i的所有衛(wèi)星傳感器集合，例如在觀測時段29(即第29天)能夠覆蓋需求對象7的可用衛(wèi)星傳感器集合為；

M_7-29＝{0,1}，括號內(nèi)數(shù)字表示可用衛(wèi)星傳感器k的序號，0表示TRMM-PR，1表示GPM-DPR，即在觀測時段1需求對象7能夠同時被TRMM-PR和GPM-DPR覆蓋。

x_j表示測站是否被布設(shè)于候選點(diǎn)位j，取值范圍為0或1；

u_k表示衛(wèi)星傳感器k是否可用，取值范圍為0或1；

y_it表示需求對象i在時段t是否被覆蓋，取值范圍為0或1；

∑x_j表示新增測站總數(shù)為31個。

最后，根據(jù)所述雨量站時間連續(xù)最大覆蓋模型，確定所述雨量站優(yōu)化布局方案，其中，所述雨量站優(yōu)化布局方案為顧及衛(wèi)星影響的布局方案。求解時間連續(xù)最大覆蓋模型，獲得新增地面雨量的站優(yōu)化布局方案，并與現(xiàn)實(shí)布局情況進(jìn)行對比，地面實(shí)際布局情況如圖6所示，2009年之后增加的31個測站沒有考慮衛(wèi)星覆蓋的影響，每個需求對象的時間覆蓋度表示每個網(wǎng)格在30個時段內(nèi)被衛(wèi)星或地面雨量站覆蓋的次數(shù)，顏色越深代表時間覆蓋度越高?，F(xiàn)實(shí)布局的總覆蓋度為69.39％。基于本實(shí)施例所建立的時間連續(xù)最大覆蓋模型，所獲得的顧及衛(wèi)星影響的雨量站優(yōu)化布局結(jié)果如圖7所示，新增的雨量站被布設(shè)在流域面積更大、時間覆蓋度更低的區(qū)域，總覆蓋度為87.38％，相比現(xiàn)實(shí)布局上升了大約18％。本實(shí)施例的結(jié)果表明，顧及衛(wèi)星覆蓋影響的雨量站最大覆蓋優(yōu)化布局相比現(xiàn)實(shí)布局的時空覆蓋度得到了顯著增強(qiáng)，且最大化了有限雨量站的資源利用率和監(jiān)測效率，實(shí)現(xiàn)了以時空連續(xù)覆蓋最大化為目標(biāo)、顧及衛(wèi)星覆蓋影響的新增地面雨量站的最大時空覆蓋優(yōu)化布局。

基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明實(shí)施例還提供了實(shí)施例一中方法對應(yīng)的裝置，見實(shí)施例二。

實(shí)施例二

本實(shí)施例提供的一種地面雨量站的優(yōu)化布局裝置，請參考圖2，所述裝置備包括：

第一獲得單元11，所述第一獲得單元11用于獲得目標(biāo)監(jiān)測區(qū)域的網(wǎng)格劃分信息和時間分段信息；

第二獲得單元12，所述第二獲得單元12用于根據(jù)測雨衛(wèi)星的覆蓋信息、地面雨量站的覆蓋信息，獲得所述測雨衛(wèi)星和所述地面雨量站的有效覆蓋范圍；

第三獲得單元13，所述第三獲得單元13用于根據(jù)目標(biāo)監(jiān)測區(qū)域的地形信息、地面雨量站的覆蓋標(biāo)準(zhǔn)信息，獲得所述地面雨量站布局有限候選點(diǎn)集；

第四獲得單元14，所述第四獲得單元14用于獲得時間連續(xù)最大覆蓋模型；

第一確定單元15，所述第一確定單元15用于根據(jù)所述時間連續(xù)最大覆蓋模型，確定所述雨量站優(yōu)化布局方案。

進(jìn)一步的，所述裝置還包括：

第二確定單元，所述第二確定單元用于根據(jù)連續(xù)需求空間，確定多邊形需求對象，其中所述多邊形需求對象是一組離散數(shù)據(jù)；

第三確定單元，所述第三確定單元用于根據(jù)降雨觀測需求，確定所述多邊形需求對象的覆蓋優(yōu)先級；

第四確定單元，所述第四確定單元用于根據(jù)連續(xù)需求時間，確定子時段，其中，所述子時段為一組離散數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步的，所述裝置還包括：

第五獲得單元，所述第五獲得單元用于根據(jù)時空需求，獲得所述測雨衛(wèi)星集合；

第五確定單元，所述第五確定單元用于根據(jù)所述測雨衛(wèi)星集合，確定所述測雨衛(wèi)星在各個子時段內(nèi)的有效覆蓋范圍；

第六獲得單元，所述第六獲得單元用于根據(jù)所述雨量站密度標(biāo)準(zhǔn)、所述地形信息，獲得所述地面雨量站的最大服務(wù)距離；

第六確定單元，所述第六確定單元用于根據(jù)所述地面雨量站的最大服務(wù)距離，確定所述雨量站的有效覆蓋范圍；

第七獲得單元，所述第七獲得單元用于根據(jù)所述測雨衛(wèi)星的覆蓋信息，獲得需求對象集合，其中所述需求對象集合為不同時段的需求對象集合。

進(jìn)一步的，所述裝置還包括：

第八獲得單元，所述第八獲得單元用于根據(jù)獲得所述需求對象多邊形頂點(diǎn)，

第九獲得單元，所述第九獲得單元用于根據(jù)所述需求對象多邊形頂點(diǎn)，獲得第一候選點(diǎn)集；

第七確定單元，所述第七確定單元用于根據(jù)所述雨量站最大服務(wù)距離，確定所述需求對象的覆蓋邊界；

第十獲得單元，所述第十獲得單元用于獲得所述需求對象的覆蓋邊界的交點(diǎn)，加入所述第一候選點(diǎn)集；

第十一獲得單元，所述第十一獲得單元用于獲得第一有限候選點(diǎn)集，去除受控點(diǎn)獲得所述第二候選點(diǎn)集，其中，所述受控點(diǎn)為同時被第三候選點(diǎn)集和第一候選點(diǎn)集包含的候選點(diǎn)，所述第一候選點(diǎn)集不同于所述第三候選點(diǎn)集。

進(jìn)一步的，所述裝置還包括：

第八確定單元，所述第八確定單元用于根據(jù)所述時空需求，確定所述優(yōu)化布局模型的目標(biāo)函數(shù)，所述目標(biāo)函數(shù)為一個觀測時段內(nèi)的星地聯(lián)合加權(quán)覆蓋范圍；

第九確定單元，所述第九確定單元用于根據(jù)所述測雨衛(wèi)星的覆蓋信息、所述地面雨量站的覆蓋信息，確定所述需求對象的覆蓋判定約束條件；

第十確定單元，所述第十確定單元用于根據(jù)可用觀測資源信息，確定所述雨量站的數(shù)量約束條件；

第十一確定單元，所述第十一確定單元用于根據(jù)所述覆蓋判定約束條件、所述數(shù)量約束條件，確定所述雨量站時間連續(xù)最大覆蓋模型。

第十二確定單元，所述第十二確定單元用于根據(jù)所述雨量站時間連續(xù)最大覆蓋模型，確定所述雨量站優(yōu)化布局方案，其中，所述雨量站優(yōu)化布局方案為顧及衛(wèi)星影響的布局方案。

由于本發(fā)明實(shí)施例二所介紹的一種地面雨量站的優(yōu)化布局裝置，為實(shí)施本發(fā)明實(shí)施例一的一種地面雨量站的優(yōu)化布局方法所采用的裝置，故而基于本發(fā)明實(shí)施例一所介紹的方法，本領(lǐng)域所屬人員能夠了解該裝置的具體結(jié)構(gòu)及變形，故而在此不再贅述。凡是本發(fā)明實(shí)施例一的方法所采用的裝置都屬于本發(fā)明所欲保護(hù)的范圍。

本申請實(shí)施例中提供的技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點(diǎn)：

1.在本發(fā)明實(shí)施例提供的方法及裝置中，首先通過獲得目標(biāo)監(jiān)測區(qū)域的網(wǎng)格劃分信息和時間分段信息，然后根據(jù)測雨衛(wèi)星的覆蓋信息、地面雨量站的覆蓋信息，獲得所述測雨衛(wèi)星和所述地面雨量站的有效覆蓋范圍，其次根據(jù)目標(biāo)監(jiān)測區(qū)域的地形信息、地面雨量站的覆蓋標(biāo)準(zhǔn)信息，獲得所述地面雨量站布局有限候選點(diǎn)集，再次獲得時間連續(xù)最大覆蓋模型，最后根據(jù)所述時間連續(xù)最大覆蓋模型，確定所述雨量站優(yōu)化布局方案。通過上述技術(shù)方案解決了現(xiàn)有技術(shù)中地面雨量站和測雨衛(wèi)星往往孤立發(fā)揮作用，沒有考慮衛(wèi)星覆蓋對地面雨量站布局的影響，不能滿足水文傳感網(wǎng)協(xié)同觀測和資源優(yōu)化配置的需求的技術(shù)問題，達(dá)到了地面雨量站和測雨衛(wèi)星的觀測能力互補(bǔ)，最大化星地傳感器降雨觀測的時空連續(xù)覆蓋能力技術(shù)效果。

2.本申請實(shí)施例通過首先根據(jù)連續(xù)需求空間，確定多邊形需求對象，其中所述多邊形需求對象是一組離散數(shù)據(jù)，然后根據(jù)降雨觀測需求，確定所述多邊形需求對象的覆蓋優(yōu)先級，再根據(jù)連續(xù)需求時間，確定子時段，其中，所述子時段為一組離散數(shù)據(jù)的技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)了測雨衛(wèi)星與地面雨量站時空連續(xù)覆蓋問題的離散化求解，能夠顯著增強(qiáng)雨量觀測網(wǎng)的時空連續(xù)覆蓋能力的技術(shù)效果。

3.本申請實(shí)施例構(gòu)建的雨量站時間連續(xù)最大覆蓋模型采用了適應(yīng)不同觀測需求的多種加權(quán)模式，支持通過流域面積、平均降雨量、降雨量變化率等特征參數(shù)對需求對象進(jìn)行加權(quán)以衡量覆蓋優(yōu)先級，達(dá)到了能夠?qū)⒂邢迶?shù)量的雨量站優(yōu)先布設(shè)在需求權(quán)重更高的區(qū)域，有效提高了有限觀測資源的利用率和監(jiān)測效率的技術(shù)效果。

本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)明白，本發(fā)明的實(shí)施例可提供為方法、系統(tǒng)、或計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。因此，本發(fā)明可采用完全硬件實(shí)施例、完全軟件實(shí)施例、或結(jié)合軟件和硬件方面的實(shí)施例的形式。而且，本發(fā)明可采用在一個或多個其中包含有計(jì)算機(jī)可用程序代碼的計(jì)算機(jī)可用存儲介質(zhì)(包括但不限于磁盤存儲器、CD-ROM、光學(xué)存儲器等)上實(shí)施的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的形式。

本發(fā)明是參照根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法、設(shè)備(系統(tǒng))、和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的流程圖和/或方框圖來描述的。應(yīng)理解可由計(jì)算機(jī)程序指令實(shí)現(xiàn)流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結(jié)合。可提供這些計(jì)算機(jī)程序指令到通用計(jì)算機(jī)、專用計(jì)算機(jī)、嵌入式處理機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器以產(chǎn)生一個機(jī)器，使得通過計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器執(zhí)行的指令產(chǎn)生用于實(shí)現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。

這些計(jì)算機(jī)程序指令也可存儲在能引導(dǎo)計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備以特定方式工作的計(jì)算機(jī)可讀存儲器中，使得存儲在該計(jì)算機(jī)可讀存儲器中的指令產(chǎn)生包括指令裝置的制造品，該指令裝置實(shí)現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能。

這些計(jì)算機(jī)程序指令也可裝載到計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備上，使得在計(jì)算機(jī)或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行一系列操作步驟以產(chǎn)生計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的處理，從而在計(jì)算機(jī)或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行的指令提供用于實(shí)現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的步驟。

盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對這些實(shí)施例作出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實(shí)施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明實(shí)施例的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明實(shí)施例的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。