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使用閃電數(shù)據(jù)生成替代反射率數(shù)據(jù)的制作方法
【專利摘要】此處描述了用于生產(chǎn)與閃電活動相關聯(lián)的替代反射率數(shù)據(jù)的方法、系統(tǒng)和計算機程序產(chǎn)品。計算設備接收與一個或多個地理地區(qū)的閃電活動相關聯(lián)的數(shù)據(jù)。計算設備基于所接收的數(shù)據(jù)來確定一個或多個閃電活動的網(wǎng)格的經(jīng)組合的云內(nèi)和云對地閃光率(dBR)的對數(shù)標度。計算設備基于網(wǎng)格的dBR生成替代反射率數(shù)據(jù)。
【專利說明】使用閃電數(shù)據(jù)生成替代反射率數(shù)據(jù)

【技術領域】
[0001]本申請的主題一般地涉及使用由閃電檢測網(wǎng)絡捕捉的閃電活動數(shù)據(jù)來生成替代反射率數(shù)據(jù)。

【背景技術】
[0002]傳統(tǒng)上，氣象學家依賴于從基于雷達的網(wǎng)絡(例如全國氣候服務)所獲取的數(shù)據(jù)來分析大的地理地區(qū)的天氣系統(tǒng)的嚴峻性。基于雷達的網(wǎng)絡用于生成描繪天氣現(xiàn)象(諸如降水)的位置、運動和強度的圖像。然而，部署這種基于雷達的網(wǎng)絡是昂貴的。例如，許多未發(fā)展或發(fā)展中國家沒有支持基于雷達的網(wǎng)絡的安裝的基礎設施或資源。而且，由于高度限制和地理障礙(如山或大水體)，基于雷達的網(wǎng)絡易受網(wǎng)絡覆蓋中的盲點或漏洞(即雷達不能達到的地區(qū))的影響。
[0003]近來安裝了閃電檢測網(wǎng)絡(例如地球網(wǎng)絡總閃電網(wǎng)絡(TLN))來監(jiān)控閃電活動的力度和頻率。閃電檢測網(wǎng)絡追蹤云對地和云間閃電。因為閃電通常與嚴峻天氣(例如龍卷風、冰雹)相關聯(lián)，所以由閃電檢測網(wǎng)絡生成的數(shù)據(jù)用來標識潛在危險的天氣系統(tǒng)的位置和向受影響地區(qū)的人們發(fā)出警報。閃電檢測網(wǎng)絡的安裝通常比類似的基于雷達的網(wǎng)絡的安裝便宜得多。而且，閃電檢測網(wǎng)絡能夠比基于雷達的網(wǎng)絡看進大氣層更高處，并通常可被安裝來無漏洞或盲點地覆蓋基于雷達的網(wǎng)絡不能覆蓋的地理地區(qū)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]此處描述的技術提供使用來自閃電檢測網(wǎng)絡的閃電數(shù)據(jù)以生成描繪降水強度的替代(proxy)雷達反射率數(shù)據(jù)。由這些技術所生成的結(jié)果圖像視覺上與傳統(tǒng)的合成雷達圖像相似。因此，這些圖像可被許多人容易地理解和解釋，因為人們已經(jīng)習慣于查看雷達圖像。而且，由閃電檢測網(wǎng)絡所捕捉的閃電數(shù)據(jù)通常比單獨的雷達數(shù)據(jù)有更好的與嚴峻天氣的相關性。最后，此處所描述的技術利用對照傳統(tǒng)的雷達網(wǎng)絡而言與閃電檢測網(wǎng)絡的安裝和配置相關聯(lián)的成本節(jié)省。
[0005]一方面，本發(fā)明的特征在于用來生成與閃電活動相關聯(lián)的替代反射率數(shù)據(jù)的計算機化方法。計算設備接收與一個或多個地理地區(qū)的閃電活動相關聯(lián)的數(shù)據(jù)。計算設備基于所接收的數(shù)據(jù)確定一個或多個閃電活動的網(wǎng)格的經(jīng)組合的云內(nèi)和云對地閃光率(dBR)的對數(shù)標度(scale)。計算設備基于網(wǎng)格的dBR生成替代反射率數(shù)據(jù)。
[0006]另一方面，本發(fā)明的特征在于用來生成與閃電活動相關聯(lián)的替代反射率數(shù)據(jù)的計算機化系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括具有配置成接收一個或多個地理地區(qū)的與閃電活動相關聯(lián)的數(shù)據(jù)并基于所接收的數(shù)據(jù)確定一個或多個閃電活動的網(wǎng)格的經(jīng)組合的云內(nèi)和云對地閃光率(dBR)的對數(shù)標度的處理器的計算設備。處理器還被配置成基于網(wǎng)格的dBR生成替代反射率數(shù)據(jù)。
[0007]另一方面，本發(fā)明的特征在于有形地體現(xiàn)在非瞬態(tài)計算機可讀存儲介質(zhì)中的、用于生成與閃電活動相關聯(lián)的替代反射率數(shù)據(jù)的計算機程序產(chǎn)品。計算機程序產(chǎn)品包括可操作來導致數(shù)據(jù)處理裝置接收一個或多個地理地區(qū)的與閃電活動相關聯(lián)的數(shù)據(jù)、并基于所接收的數(shù)據(jù)確定一個或多個閃電活動的網(wǎng)格的經(jīng)組合的云內(nèi)和云對地閃光率(dBR)的對數(shù)標度的指令。計算機程序產(chǎn)品還包括可操作來導致數(shù)據(jù)處理裝置基于網(wǎng)格的dBR生成替代反射率數(shù)據(jù)的指令。
[0008]在一些實施例中，以上各方面中的任一個可包括以下各特征中的一個或多個。在一些實施例中，替代反射率數(shù)據(jù)是基于用雷達生成的反射率數(shù)據(jù)(dBZ)對dBR的校準的。在一些實施例中，與所接收的數(shù)據(jù)相關聯(lián)的地理地區(qū)相對應于由雷達網(wǎng)絡監(jiān)控的一個或多個地理地區(qū)。在一些實施例中，與所接收的數(shù)據(jù)相關聯(lián)的地理地區(qū)的氣候與由雷達網(wǎng)絡監(jiān)控的一個或多個地理地區(qū)的氣候相匹配。
[0009]在一些實施例中，使用替代反射率數(shù)據(jù)來生成雷達型圖像。在一些實施例中，雷達型圖像是由表示降水強度的網(wǎng)格組成的。在一些實施例中，雷達型圖像使用不同的顏色和輪廓來表示與網(wǎng)格相關聯(lián)的降水強度的級別。
[0010]在一些實施例中，計算設備將替代反射率數(shù)據(jù)與預報模型相組合以生成降水強度的替代雷達地圖。在一些實施例中，替代雷達地圖包括與潛在或?qū)嶋H發(fā)洪水的地區(qū)相關的一個或多個視覺指示符。在一些實施例中，替代雷達地圖包括與暴風雨運動相關的一個或多個視覺指示符。在一些實施例中，替代雷達地圖包括與危險的閃電活動的單元相關的一個或多個視覺指示符。
[0011]在一些實施例中，其中在降水強度相似的地區(qū)將替代反射率數(shù)據(jù)與預報模型合并。在一些實施例中，在預報模型顯示密集降水且替代反射率數(shù)據(jù)沒有顯示密集降水的地區(qū)中抑制(dampen)替代反射率數(shù)據(jù)。在一些實施例中，在替代反射率數(shù)據(jù)顯示密集降水且預報模型沒有顯示密集降水的地區(qū)中用替代反射率數(shù)據(jù)取代(supersede)預報模型。
[0012]在一些實施例中，計算設備基于替代反射率數(shù)據(jù)確定一個或多個有危險的地理地區(qū)，并向監(jiān)控有危險的地理地區(qū)的一個或多個遠程設備發(fā)出警告。在一些實施例中，計算設備將替代反射率數(shù)據(jù)發(fā)送到遠程計算設備。
[0013]在一些實施例中，計算設備基于替代反射率數(shù)據(jù)計算隨時間累積的降水。在一些實施例中，計算設備基于替代反射率數(shù)據(jù)計算每日估計降水。在一些實施例中，計算設備基于替代反射率數(shù)據(jù)計算每月估計降水。在一些實施例中，計算設備基于替代反射率數(shù)據(jù)計算每年估計降水。
[0014]結(jié)合僅作為示例說明本發(fā)明的原則的附圖來參看以下【具體實施方式】，本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點會變得顯而易見。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]通過結(jié)合附圖來參看以下描述可更好地理解上述的本發(fā)明的優(yōu)點和更多優(yōu)點。附圖未必是按比例的，而是通常將重點放在說明本發(fā)明的原則上。
[0016]圖1是用于檢測閃電活動和收集閃電活動數(shù)據(jù)的系統(tǒng)的框圖。
[0017]圖2是用于生成與閃電活動相關聯(lián)的替代反射率數(shù)據(jù)的系統(tǒng)的框圖。
[0018]圖3是用于生成與閃電活動相關聯(lián)的替代反射率數(shù)據(jù)的方法的流程圖。
[0019]圖4是由圖2的系統(tǒng)所生成的描繪閃電打擊數(shù)據(jù)的位置的地理地圖圖像。
[0020]圖5是由圖2的系統(tǒng)所生成的描繪替代反射率數(shù)據(jù)的地理地圖圖像。
[0021]圖6是由圖2的系統(tǒng)所生成的描繪用危險的雷暴活動的視覺指示符增強的替代反射率數(shù)據(jù)的地理地圖圖像。

【具體實施方式】
[0022]圖1是用于檢測閃電活動和收集閃電活動數(shù)據(jù)的系統(tǒng)100的框圖。系統(tǒng)100包括多個閃電檢測傳感器102a-c、通信網(wǎng)絡104和服務器計算設備106。應理解，盡管圖1中描繪了三個閃電檢測傳感器102a-102c，但系統(tǒng)100中可使用任何數(shù)量的閃電檢測傳感器。而且，系統(tǒng)100不限于單個通信網(wǎng)絡104或服務器計算設備106 ;可以使用其它配置和網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)而不偏離本發(fā)明的范圍。
[0023]多個閃電檢測傳感器102a_102c部署在不同的地理地區(qū)中，且使用傳感器102a-102c來監(jiān)控特定地區(qū)以發(fā)現(xiàn)大氣層中的(既有云對地(CG)也有云內(nèi)(IC)的)總閃電活動的存在。例如，由傳感器102a-102c所收集的數(shù)據(jù)包括由閃電釋放所發(fā)射的不同頻率的模擬射頻(RF)能量(例如脈沖或閃光)。關于檢測閃電活動和收集并分析閃電活動數(shù)據(jù)的更多的細節(jié)在題為“用于檢測閃電活動的方法和裝置”的美國專利第8，275，548號和2011年7月6日提交的題為“預測嚴峻天氣的潛在可能性”的美國專利申請序列號第13/177，226中找到，這兩個申請都整體合并于此。
[0024]在一些實施例中，由傳感器102a_102c中的每一個所監(jiān)控的相應覆蓋地區(qū)相重疊。在一些實施例中，為了校準和錯誤更正的目的，傳感器102a-102c與服務器計算設備106通信。
[0025]一旦傳感器102a_102c已收集了閃電數(shù)據(jù)，傳感器102a_102c就經(jīng)由網(wǎng)絡104將閃電數(shù)據(jù)發(fā)送到服務器計算設備106。例如，網(wǎng)絡104可以是基于分組的網(wǎng)絡(例如因特網(wǎng))。傳感器102a-102c與網(wǎng)絡104之間和/或網(wǎng)絡104與服務器計算設備106之間的通信鏈接可以是無線連接(例如蜂窩或衛(wèi)星)。應理解，可以使用不同的配置、協(xié)議和架構(gòu)將數(shù)據(jù)從傳感器102a-102c發(fā)送到服務器計算設備106而不偏離本發(fā)明的范圍。在一些實施例中，系統(tǒng)100包括在傳感器102a-102c的一些或全部與服務器計算設備106之間的中間計算設備，以在數(shù)據(jù)由服務器計算設備106接收之前聚合和/或格式化閃電數(shù)據(jù)。
[0026]服務器計算設備106從各個傳感器接收閃電數(shù)據(jù)并準備閃電數(shù)據(jù)以供在生成替代反射率數(shù)據(jù)時使用。圖2是系統(tǒng)100的服務器計算設備106的詳細框圖。服務器計算設備106包括數(shù)據(jù)收集模塊202、數(shù)據(jù)分析模塊204、圖形處理模塊206和數(shù)據(jù)存儲208。在一些實施例中，數(shù)據(jù)收集模塊202從閃電活動信息的其它源接收數(shù)據(jù)，其它源包括但不限于政府機構(gòu)和第三方私人公司。數(shù)據(jù)收集模塊202經(jīng)由標準的通信網(wǎng)絡和方法與閃電活動信息的其它源通信。
[0027]圖3是用于使用圖2的系統(tǒng)生成與閃電活動相關聯(lián)的替代反射率數(shù)據(jù)的方法300的流程圖。如以上闡述的，數(shù)據(jù)收集模塊202從傳感器102a-102c接收(302) —個或多個地理地區(qū)的與閃電活動相關聯(lián)的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)收集模塊202將從傳感器102a-102c(以及可選地從多個外部數(shù)據(jù)源)接收的閃電活動數(shù)據(jù)合并為有助于由數(shù)據(jù)分析模塊204處理的格式。例如，數(shù)據(jù)收集模塊202所連接的每個數(shù)據(jù)源可使用不同的句法和/或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)傳輸數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)收集模塊202根據(jù)數(shù)據(jù)的源的理解解析傳入數(shù)據(jù)并重新格式化數(shù)據(jù)從而使得它符合數(shù)據(jù)分析模塊204可接受的句法或結(jié)構(gòu)。在一些實施例中，傳感器102a-102c以標準格式(例如XML)傳輸閃電活動數(shù)據(jù)以減少數(shù)據(jù)收集模塊202所需要的處理。數(shù)據(jù)收集模塊202與數(shù)據(jù)存儲模塊208通信以保存和檢索從傳感器102a-102c接收的閃電數(shù)據(jù)，從而準備用于將數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)據(jù)分析模塊204。一旦接收了數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)收集模塊202就將數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)據(jù)分析模塊204。在一些實施例中，數(shù)據(jù)收集模塊202向數(shù)據(jù)分析模塊204發(fā)送通知，告知數(shù)據(jù)已經(jīng)存儲在數(shù)據(jù)存儲模塊208中并準備好由數(shù)據(jù)分析模塊204處理。通知包括數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)存儲模塊208中的存儲位置的引用指示符(例如數(shù)據(jù)庫地址)。
[0028]在一些實施例中，數(shù)據(jù)收集模塊202實時地或基本實時地(例如每分鐘更新)從閃電檢測傳感器102a-102c的網(wǎng)絡接收數(shù)據(jù)。基于這樣及時和連續(xù)的接收閃電數(shù)據(jù)，服務器計算設備106可以比由傳統(tǒng)的基于雷達的網(wǎng)絡生成反射率數(shù)據(jù)更快和更頻繁地生成替代反射率數(shù)據(jù)。而且，服務器計算設備106可以使替代反射率數(shù)據(jù)對下游設備和服務可用(例如，通過將替代數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)饋源或訂閱的一部分發(fā)送給設備)。
[0029]為了生成替代反射率數(shù)據(jù)，服務器計算設備106的數(shù)據(jù)分析模塊204基于從數(shù)據(jù)收集模塊接收的閃電數(shù)據(jù)而確定(304)閃電活動的網(wǎng)格的經(jīng)組合的云內(nèi)和云對地閃光率(dBR)的對數(shù)標度。通過在由閃電傳感器102a-102c監(jiān)控的地理地區(qū)的地圖上放置以規(guī)律的間隔(例如1° Xl0 )排列的水平和垂直線的圖案而導出閃電活動的網(wǎng)格。可以確定網(wǎng)格的每個扇區(qū)中的閃電活動，并且可以計算每個扇區(qū)的相對應dBR。另外，也可以確定網(wǎng)格的總閃電活動以產(chǎn)生整個網(wǎng)格的dBR。
[0030]數(shù)據(jù)分析模塊204可以使用網(wǎng)格的dBR以生成(306)替代雷達反射率數(shù)據(jù)。應用了將網(wǎng)格的dBR相關到替代反射率值的轉(zhuǎn)換函數(shù)。通過用位于地面的雷達系統(tǒng)的dBZ值校準dBR來確定轉(zhuǎn)換函數(shù)的系數(shù)。替代反射率數(shù)據(jù)表示特定網(wǎng)格或網(wǎng)格的特定扇區(qū)中的降水強度的度量。類似于由傳統(tǒng)的雷達系統(tǒng)(例如Doppler)生成的雷達反射率數(shù)據(jù)，由數(shù)據(jù)分析模塊206生成的替代反射率數(shù)據(jù)可以用來產(chǎn)生將替代反射率數(shù)據(jù)視覺地呈現(xiàn)為地理地圖上的多邊形的雷達型圖像。其結(jié)果是，此處所描述的系統(tǒng)100產(chǎn)生先進的信息給那些可能被來臨的風暴影響的(地區(qū))，而無需現(xiàn)有的監(jiān)控受影響的地理地區(qū)的雷達安裝。
[0031]因為替代反射率數(shù)據(jù)是降水強度的度量，數(shù)據(jù)分析模塊204可以使用替代反射率數(shù)據(jù)來計算特定地理地區(qū)的隨時間累積的降水。數(shù)據(jù)分析模塊204還可以被配置為在定期的間隔(例如，每天、每周、每月或每年)計算估計的降水。通過提供對降水的估計，數(shù)據(jù)分析模塊204允許受影響的地區(qū)通過改進保護、基礎設施、災難計劃等對于降水有充足地準備。
[0032]在一些實施例中，數(shù)據(jù)分析模塊204從數(shù)據(jù)收集模塊202接收閃電閃光數(shù)據(jù)并根據(jù)閃電閃光的地理位置定位每個閃電閃光。然后數(shù)據(jù)分析模塊204分析閃電閃光的相對位置以確定具體閃電單元的潛在邊界或輪廓。
[0033]在一些實施例中，數(shù)據(jù)分析模塊204執(zhí)行一系列的過程以確定網(wǎng)格中的閃電單元的位置和輪廓。數(shù)據(jù)分析模塊204使用在具體時間段(例如一分鐘)期間收集的閃電閃光數(shù)據(jù)并將閃電閃光放置在地圖上。然后數(shù)據(jù)分析模塊204將粗略的網(wǎng)格疊加到地圖上以迅速地定位感興趣的地區(qū)供進一步分析。數(shù)據(jù)分析模塊204標識出包含高比例或密度的閃電閃光的網(wǎng)格的扇區(qū)并將精細的網(wǎng)格疊加到所標識的扇區(qū)上。數(shù)據(jù)分析模塊204在精細網(wǎng)格的扇區(qū)上采用密度函數(shù)以定位與閃電單元相關聯(lián)的閉合的輪廓。數(shù)據(jù)分析模塊204根據(jù)每個閉合的輪廓生成凸多邊形。數(shù)據(jù)分析模塊204在具體時間段(例如一分鐘)期滿時重復此網(wǎng)格化(gridding)過程，以便追蹤閃電單元的運動、方向和閃電閃光率，以及追蹤網(wǎng)格和網(wǎng)格的各個地區(qū)的dBR。
[0034]數(shù)據(jù)分析模塊204可以使用各種提高替代反射率數(shù)據(jù)的技術來校準dBR。在一些實施例中，數(shù)據(jù)分析模塊204將dBR相關到傳統(tǒng)的雷達反射率數(shù)據(jù)(dBZ)和/或從相同或相似地理地區(qū)或氣候收集的其它數(shù)據(jù)源，以確定dBR和dBZ之間的關系。dBR和dBZ之間的關系可以表示為dBZ = a*dBR+b，其中a和b是基于氣候區(qū)域和季節(jié)而校準的系數(shù)。數(shù)據(jù)分析模塊204可以利用特定氣候的dBR和dBZ之間的已知關系來對有相同氣候的不同地理地區(qū)生成替代反射率數(shù)據(jù)，而無需該地理地區(qū)的dBZ數(shù)據(jù)。
[0035]在一些實施例中，數(shù)據(jù)分析模塊204用附加的信息增強閃電數(shù)據(jù)分析和dBR與dBZ之間的相關性，使得產(chǎn)生的替代雷達反射率數(shù)據(jù)更準確。例如，附加的信息可以相關于由閃電檢測網(wǎng)絡和基于雷達的網(wǎng)絡所監(jiān)控的地理地區(qū)的氣候(例如，山地型、熱帶、亞熱帶)。因為特定地區(qū)的氣候影響所期望的閃電活動和頻率，所以數(shù)據(jù)分析模塊204在使用閃電和雷達數(shù)據(jù)確定嚴峻天氣的存在和可能性時將氣候相關的屬性考慮進去。
[0036]因為可以對有某種氣候的特定區(qū)域確定dBR和dBZ之間的相關性，所以可以由圖形處理模塊206對訪問不到本地雷達反射率數(shù)據(jù)的具有類似氣候的地理地區(qū)生成雷達型圖像。例如，數(shù)據(jù)分析模塊204可以確定Florida北部的雷暴(一種潮濕的亞熱帶氣候)的dBR。數(shù)據(jù)分析模塊204可以將雷暴的dBR與由監(jiān)控Florida北部的雷達系統(tǒng)所收集的暴風雨的dBZ數(shù)據(jù)相關。一旦數(shù)據(jù)分析模塊204確定了暴風雨的dBR和dBZ之間的關系，模塊204就可以將該關系應用到具有潮濕的亞熱帶氣候但可能沒有安裝傳統(tǒng)的雷達系統(tǒng)的世界其它地區(qū)(例如非洲內(nèi)陸的某些地區(qū))。因為在非洲內(nèi)陸這樣的地區(qū)安裝閃電檢測網(wǎng)絡比傳統(tǒng)的雷達系統(tǒng)要經(jīng)濟得多，所以數(shù)據(jù)分析模塊204可以通過使用檢測網(wǎng)絡收集閃電活動數(shù)據(jù)、確定閃電數(shù)據(jù)的dBR并應用具有相同氣候的地理地區(qū)的已確定的dBR和dBZ之間的已知關系來生成這些地區(qū)的替代反射率數(shù)據(jù)。
[0037]替代反射率數(shù)據(jù)也可以與相關于降水和其它天氣現(xiàn)象的預測的預報模型數(shù)據(jù)相比較。替代反射率數(shù)據(jù)與預報模型反射率數(shù)據(jù)的比較允許數(shù)據(jù)分析模塊204使每組數(shù)據(jù)更準確。在一些實施例中，在降水強度類似的地區(qū)，數(shù)據(jù)分析模塊204將替代反射率數(shù)據(jù)與預報模型反射率數(shù)據(jù)合并。在一些實施例中，在預報模型顯示密集的降水而替代反射率數(shù)據(jù)不顯示密集的降水的地區(qū)，尤其是當預報模型不預測該地區(qū)的降水是來自對流暴風雨活動時，數(shù)據(jù)分析模塊204抑制(dampen)替代反射率數(shù)據(jù)——意味著替代反射率數(shù)據(jù)承擔更小的權重。在一些實施例中，數(shù)據(jù)分析模塊204確定:在替代反射率數(shù)據(jù)顯示密集的降水且預報模型不顯示密集的降水的地區(qū)，用替代反射率數(shù)據(jù)取代(supersede)預報模型數(shù)據(jù)。用來將替代反射率數(shù)據(jù)和預報模型反射率數(shù)據(jù)合并的方法是基于反射率值之間的加權內(nèi)插的。可以理解，可以使用其它方法和技術而不背離本發(fā)明的范圍。
[0038]在數(shù)據(jù)分析模塊204分析了閃電數(shù)據(jù)、將閃電數(shù)據(jù)與雷達數(shù)據(jù)相關并確定了與嚴峻天氣活動相關聯(lián)的閃電單元的位置之后，數(shù)據(jù)分析模塊204指令圖形處理模塊206去使用經(jīng)分析的閃電數(shù)據(jù)生成圖像。圖4-6是由圖2的系統(tǒng)所生成的地理地圖圖像。圖4是描繪閃電打擊數(shù)據(jù)的位置的地理地圖。圖5是描繪替代反射率數(shù)據(jù)的地理地圖。圖6是描繪用危險的雷暴活動的視覺指示符增強的替代反射率數(shù)據(jù)的地理地圖。
[0039]如圖4中所示，系統(tǒng)100基于所接收的閃電活動數(shù)據(jù)確定云對地和云間閃電脈沖或打擊的位置，并將位置標示在與傳感器102a-102c所覆蓋的地區(qū)相對應的地理地圖圖像上。圖4中的點402表示所標示的每個閃電打擊的位置。
[0040]一旦標示了閃電打擊，數(shù)據(jù)分析模塊204就確定閃電活動數(shù)據(jù)的dBR并基于dBR生成替代反射率數(shù)據(jù)。然后圖形處理模塊206基于替代反射率數(shù)據(jù)通過使用與Doppler雷達可視化所使用的相同的調(diào)色板來生成雷達型圖像。如圖5中所示，由圖形處理模塊206所生成的雷達型圖像502視覺上看上去類似由傳統(tǒng)的基于雷達的系統(tǒng)所產(chǎn)生的雷達圖像，用不同的顏色和輪廓來表示特定天氣系統(tǒng)的嚴峻性。例如，正經(jīng)歷最危險天氣(例如降水或閃電打擊)的位置可以用特定的顏色(例如紅色)來表示，而有較低的嚴峻程度的地區(qū)可以用成梯度的不同顏色(例如橙色、黃色和綠色)來表示。在一些實施例中，圖形處理模塊206是單獨的圖形處理單元(GPU)(例如圖形卡)或配置成基于閃電活動數(shù)據(jù)產(chǎn)生圖形繪制和設計的軟件模塊。
[0041]在一些實施例中，圖形處理模塊206生成嚴峻天氣(諸如對流暴風雨)的替代(或模擬)雷達地圖圖像。由于云中和云對地閃光率(dBR)與雷達反射率(dBZ)之間的強相關性，圖形處理模塊206為特定地理地區(qū)或區(qū)域創(chuàng)建雷達型圖像(見圖5)，該雷達型圖像與由傳統(tǒng)的基于雷達的系統(tǒng)為同一地區(qū)或區(qū)域所生成的雷達圖像密切地相對應。
[0042]在一些實施例中，圖形處理模塊206生成結(jié)合替代雷達圖像的視覺指示符，其中視覺指示符相關于潛在的洪水和暴風雨運動。圖形處理模塊206從數(shù)據(jù)存儲208檢索閃電/雷達相關性數(shù)據(jù)，并生成帶有表示潛在的洪水和暴風雨運動的地區(qū)的視覺指示符的雷達型圖像。在一些實施例中，用來生成指示符的相關性數(shù)據(jù)是范圍在每分鐘0-200次閃光的總閃電閃光率和范圍在0-75分貝的雷達反射率之間的相關性。
[0043]在一些實施例中，圖形處理模塊206生成結(jié)合替代雷達圖像的視覺指示符，其中視覺指示符突出顯示危險的總閃電閃光單元的可能性，該危險的總閃電閃光單元增加破壞性的風、大型冰雹和/或?qū)α鞅╋L雨中的龍卷風的可能性。如圖6中所示，雷達型圖像是用表示潛在的運動路徑和危險的雷暴單元的嚴峻性的多邊形來增強的。如前所述，圖形處理模塊206從數(shù)據(jù)存儲208和/或數(shù)據(jù)分析模塊204檢索閃電單元追蹤數(shù)據(jù)以生成有暴風雨單元的圖像，其中特定單元內(nèi)的總閃電閃光率是與雷達反射率數(shù)據(jù)相關的。
[0044]在一些實施例中，服務器計算設備106包括警告生成模塊(未示出)。警告生成模塊使用閃電數(shù)據(jù)的經(jīng)分析的特性來自動地確定可被與閃電數(shù)據(jù)相關聯(lián)的嚴峻天氣所影響的地理地區(qū)一例如，隨著閃電單元移動和改變大小和/或強度而自動地確定。
[0045]為了發(fā)出到達可被嚴峻天氣直接影響或可對受影響的地區(qū)有興趣的人和/或?qū)嶓w的警告，警告生成模塊基于閃電單元的位置、運動速度和運動方向來確定一個或多個有危險的地理地區(qū)。在一些實施例中，警告生成模塊確定與當前位置和在即將到來的時間段期間單元的預計軌跡相對應的警告地區(qū)。例如，警告生成模塊通過在數(shù)據(jù)分析模塊確定單元的總閃電率超出了閾值閃電率的時候評估所示的單元的移動速度和移動方向，從而生成生成覆蓋閃電單元可以在特定時間段(例如四十五分鐘)期間途經(jīng)的距離和方向的范圍的多邊形(如圖6中的引用字符602所示)。
[0046]在從數(shù)據(jù)分析模塊204接收了通知并確定了一個或多個有危險的地區(qū)之后，警告生成模塊自動地標識一組正在監(jiān)控有危險的地區(qū)的一個或多個遠程設備并自動地將警告發(fā)送給遠程設備。遠程設備可以包括基于計算機的設備，諸如移動電話和全球定位系統(tǒng)(GPS)硬件。遠程設備也可以包括其它類型的警告系統(tǒng)，諸如配置成連接到通信網(wǎng)絡的燈光、汽笛和喇叭。在一些實施例中，數(shù)據(jù)存儲設備208包括相關于標識遠程設備的信息(例如，IP地址、電話號碼、電子郵件地址)，并且警告生成模塊使用標識信息來為每個遠程設備準備警告。數(shù)據(jù)存儲設備208還包括將遠程設備的標識映射到遠程設備正在監(jiān)控的特定一個或數(shù)個地理地區(qū)或的信息(例如，郵編代碼、國家名字、街道地址)。警告生成模塊使用任何標準的通信協(xié)議或技術，諸如基于分組的遞送(例如，文本消息、XML、電子郵件)、基于電路的遞送(例如，尋呼、語音消息)等。例如，用戶可以在他的移動電話上訂閱接收對特定郵編的警告。系統(tǒng)100將用戶的電話號碼存儲在數(shù)據(jù)存儲模塊208中。當警告生成模塊標識出了有嚴峻天氣的風險的地理位置并且所標識的位置的全部或部分落入由用戶提交的郵編之內(nèi)時，警告生成模塊發(fā)出尋址至用戶的移動電話的電話號碼的警告(例如，文本消息、語音消息)。在此實施例中，用戶的移動電話不需要位于由警告生成模塊標識為“有危險”的同一地理區(qū)域中。
[0047]在服務器計算設備106使用閃電數(shù)據(jù)生成了雷達型圖像之后，服務器106可以將圖像和有關信息發(fā)送給任何數(shù)量的裝備成或能夠接收它們的遠程設備。例如，服務器106可以使用標準通信技術(例如，蜂窩、無線)將替代雷達地圖發(fā)送給移動設備。如上所述，服務器106可以生成嚴峻天氣警告并發(fā)送到含有替代雷達地圖的遠程設備，其允許了對將來臨的嚴峻天氣的增強的感知。
[0048]上述技術可以用數(shù)字和/或模擬電子電路，或者用計算機硬件、固件、軟件或它們的組合來實現(xiàn)。實現(xiàn)可以是作為計算機程序產(chǎn)品，即有形地體現(xiàn)在機器可讀存儲設備中的計算機程序，其用于由數(shù)據(jù)處理裝置執(zhí)行或用于控制數(shù)據(jù)處理裝置，數(shù)據(jù)處理裝置例如可編程處理器、計算機和/或多個計算機。計算機程序可以用任何形式的計算機或編程語言來寫，語言包括源代碼、已編譯代碼、已解釋代碼和/或機器代碼，并且計算機程序可以以任何形式部署，包括作為獨立程序或作為子例程、元素或適合在計算環(huán)境中使用的其它單元。計算機程序可以部署為在一個計算機上或在一個或多個地點處的多個計算機上執(zhí)行。
[0049]方法步驟可以由一個或多個處理器執(zhí)行，所述處理器執(zhí)行計算機程序以通過操作輸入數(shù)據(jù)和/或生成輸出數(shù)據(jù)來執(zhí)行本發(fā)明的功能。方法步驟也可以由專用邏輯電路來執(zhí)行，并且裝置可以實現(xiàn)為專用邏輯電路，專用邏輯電路例如為現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)J!場可編程模擬陣列(FPAA)、復雜可編程邏輯器件(CPLD)、可編程片上系統(tǒng)(PSoC)、應用程序?qū)Ｓ弥噶罴幚砥?ASIP)或應用程序?qū)Ｓ眉呻娐?ASIC)等等。子例程可以指的是所存儲的計算機程序和/或處理器，和/或?qū)崿F(xiàn)一個或多個功能的專用電路的其中部分。
[0050]作為示例，適于計算機程序的執(zhí)行的處理器包括通用和專用微處理器二者，以及任何種類的數(shù)字或模擬計算機的任意一個或多個處理器。一般而言，處理器接收來自只讀存儲器或隨機存取存儲器或二者的指令和數(shù)據(jù)。計算機的基本元素是用于執(zhí)行指令的處理器和用于存儲指令和/或數(shù)據(jù)的一個或多個存儲器設備(memory device)。存儲器設備,諸如高速緩存，可以用來暫時地存儲數(shù)據(jù)。存儲器設備也可以用于長期的數(shù)據(jù)存儲。一般而言，計算機還包括一個或多個大容量存儲設備，例如，磁性盤、磁光盤、或光盤，或被操作地耦合以接收來自該一個或多個大容量存儲設備的數(shù)據(jù)或?qū)?shù)據(jù)傳送到該一個或多個大容量存儲設備以供存儲數(shù)據(jù)，或二者。計算機也可以被操作地耦合到通信網(wǎng)絡以便接收來自網(wǎng)絡的指令和/或數(shù)據(jù)和/或?qū)⒅噶詈?或數(shù)據(jù)發(fā)送給網(wǎng)絡。適于體現(xiàn)計算機程序指令和數(shù)據(jù)的計算機可讀存儲介質(zhì)包括所有形式的易失和非易失存儲器，包括，作為示例，半導體存儲設備，例如DRAM、SRAM、EPROM、EEPROM和閃存設備；磁盤，例如內(nèi)置硬盤或可移動盤；磁光盤；以及光盤，例如⑶、DVD、HD-DVD和藍光盤。處理器和存儲器可以由專用邏輯電路補充和/或被合并到專用邏輯電路中。
[0051]為了提供與用戶的交互，上述技術可以在與用于向用戶顯示信息的顯示設備(例如，陰極射線管(CRT)、等離子、或液晶顯示器(LCD)監(jiān)視器)以及用戶可以借此向計算機提供輸入(例如，與用戶界面元素交互)的鍵盤和定點設備(例如，鼠標、追蹤球、觸摸屏或運動傳感器)通信的計算機上實現(xiàn)。也可以使用其他類型的設備以提供與用戶的交互；例如，向用戶提供的反饋可以是任何形式的傳感反饋，例如視覺反饋、聽覺反饋或觸覺反饋；并且來自用戶的輸入可以以任何形式接收，包括聲音、語音或觸覺輸入。
[0052]上述技術可以在包括后端組件的分布式計算系統(tǒng)中實現(xiàn)。后端組件可以是，例如，數(shù)據(jù)服務器、中間件組件和/或應用服務器。上述技術可以在包括前端組件的分布式計算系統(tǒng)中實現(xiàn)。前端組件可以是，例如，有圖形用戶界面的客戶端計算機、用戶可以藉此與示例實現(xiàn)交互的Web瀏覽器和/或其它用于傳輸設備的用戶接口。上述技術可以在包括這樣的后端、中間件或前端組件的任何組合的分布式計算系統(tǒng)中實現(xiàn)。
[0053]計算系統(tǒng)的組件可以通過傳輸介質(zhì)互連，傳輸介質(zhì)可以包括任何形式或介質(zhì)的數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)通信(例如通信網(wǎng)絡)。傳輸介質(zhì)可以包括任何配置的一個或多個基于分組的網(wǎng)絡和/或一個或多個基于電路的網(wǎng)絡。例如，基于分組的網(wǎng)絡可以包括因特網(wǎng)、載體因特網(wǎng)協(xié)議(IP)網(wǎng)絡(例如，局域網(wǎng)(LAN)、廣域網(wǎng)(WAN)、校園網(wǎng)(CAN)、城域網(wǎng)(MAN)、家域網(wǎng)(HAN))、私有IP網(wǎng)絡、IP專用交換機(IPBX)、無線網(wǎng)絡(例如，無線電接入網(wǎng)絡(RAN)、藍牙、W1-F1、WiMAX、通用分組無線業(yè)務(GPRS)網(wǎng)絡、HiperLAN)和/或其它基于分組的網(wǎng)絡。例如，基于電路的網(wǎng)絡可以包括公共交換電話網(wǎng)絡(PSTN)、傳統(tǒng)專用交換機(PBX)、無線網(wǎng)絡(例如，RAN、碼分多址(CDMA)網(wǎng)絡、時分多址(TDMA)網(wǎng)絡、全球移動通信系統(tǒng)(GSM)網(wǎng)絡)和/或其它基于電路的網(wǎng)絡。
[0054]傳輸介質(zhì)上的信息傳輸可以是基于一種或多種通信協(xié)議的。通信協(xié)議可以包括，例如，以太網(wǎng)協(xié)議、因特網(wǎng)協(xié)議(IP)、網(wǎng)際協(xié)議語音(VOIP)、對等P2P)協(xié)議、超文本傳輸協(xié)議(HTTP)、會話發(fā)起協(xié)議(SIP)、H.323、媒體網(wǎng)關控制協(xié)議(MGCP)、#7信令系統(tǒng)(SS7)、全球移動通信系統(tǒng)(GSM)協(xié)議、一鍵通(PTT)協(xié)議、無線一鍵通(POC)協(xié)議和/或其它通信協(xié)議。
[0055]計算系統(tǒng)的設備可以包括，例如，計算機、有瀏覽器設備的計算機、電話、IP電話、移動設備(例如，蜂窩電話、個人數(shù)字助理(PDA)設備、膝上型計算機、電子郵件設備)和/或其它通信設備。例如，瀏覽器設備包括有萬維網(wǎng)瀏覽器(例如，可從微軟公司獲得的Microsoft? Internet Explorer?、可從 Mozilla 公司獲得的 Mozilla? Firefox)的計算機(例如，臺式計算機、膝上型計算機)。例如，移動計算設備包佔Blackberry?。ip電話包括，例如，可以從思科系統(tǒng)公司獲得的Cisco?統(tǒng)一 IP電話7985G和/或可以從思科系統(tǒng)公司獲得的Cisco?統(tǒng)一無線電話7920。
[0056]術語“組成”、“包括”和/或每一個術語的復數(shù)形式是開放式的并且包括所列舉的部分并且可以包括沒有列舉的附加部分。和/或是開放式的并包括所列舉的部分的一個或多個和所列舉的部分的組合。
[0057]本領域技術人員將意識到本發(fā)明可以用其它具體形式體現(xiàn)而不背離其精神或本質(zhì)特征。因此前述實施例在所有方面都應被認為是說明性的而不是限制此處所描述的發(fā)明的。
【權利要求】
1.一種用于生成與閃電活動相關聯(lián)的替代反射率數(shù)據(jù)的計算機化方法，所述方法包括: 由計算設備接收與一個或多個地理地區(qū)的閃電活動相關聯(lián)的數(shù)據(jù)； 由所述計算設備基于所述接收的數(shù)據(jù)確定一個或多個閃電活動的網(wǎng)格的經(jīng)組合的云內(nèi)和云對地閃光率(dBR)的對數(shù)標度；以及 由所述計算設備基于所述網(wǎng)格的dBR生成替代反射率數(shù)據(jù)。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述替代反射率數(shù)據(jù)是基于用雷達生成的反射率數(shù)據(jù)(dBZ)對所述dBR的校準的。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，與所述接收的數(shù)據(jù)相關聯(lián)的地理地區(qū)相對應于由所述雷達網(wǎng)絡監(jiān)控的一個或多個地理地區(qū)。
4.如權利要求2所述的方法，其特征在于，與所述接收的數(shù)據(jù)相關聯(lián)的所述地理地區(qū)的氣候與由所述雷達網(wǎng)絡監(jiān)控的一個或多個地理地區(qū)的氣候相匹配。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，使用所述替代反射率數(shù)據(jù)來生成雷達型圖像。
6.如權利要求5所述的方法，其特征在于，所述雷達型圖像是由表示降水強度的網(wǎng)格組成的。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述雷達型圖像使用不同的顏色和輪廓來表示與所述網(wǎng)格相關聯(lián)的降水強度的級別。
8.如權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括，由所述計算設備將所述替代反射率數(shù)據(jù)與預報模型組合以生成降水強度的替代雷達地圖。
9.如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述替代雷達地圖包括與潛在或?qū)嶋H發(fā)洪水的地區(qū)相關的一個或多個視覺指示符。
10.如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述替代雷達地圖包括與暴風雨運動相關的一個或多個視覺指示符。
11.如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述替代雷達地圖包括與危險的閃電活動的單元相關的一個或多個視覺指示符。
12.如權利要求8所述的方法，其特征在于，在所述降水強度相似的地區(qū)將所述替代反射率數(shù)據(jù)與所述預報模型合并。
13.如權利要求8所述的方法，其特征在于，在所述預報模型顯示密集降水且所述替代反射率數(shù)據(jù)沒有顯示密集降水的地區(qū)中抑制所述替代反射率數(shù)據(jù)。
14.如權利要求8所述的方法，其特征在于，在所述替代反射率數(shù)據(jù)顯示密集降水且所述預報模型沒有顯示密集降水的地區(qū)中用所述替代反射率數(shù)據(jù)取代所述預報模型。
15.如權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括: 由所述計算設備基于所述替代反射率數(shù)據(jù)確定一個或多個有危險的地理地區(qū)；以及 由所述計算設備向一個或多個監(jiān)控所述有危險的地理地區(qū)的遠程設備發(fā)送警告。
16.如權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括，由所述計算設備將所述替代反射率數(shù)據(jù)發(fā)送給遠程計算設備。
17.一種用于生成與閃電活動相關聯(lián)的替代反射率數(shù)據(jù)的計算機化系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 一種具有處理器的計算設備，處理器被配置為: 接收與一個或多個地理地區(qū)的閃電活動相關聯(lián)的數(shù)據(jù)； 基于所述接收的數(shù)據(jù)確定一個或多個閃電活動的網(wǎng)格的經(jīng)組合的云內(nèi)和云對地閃光率(dBR)的對數(shù)標度；以及 基于所述網(wǎng)格的dBR生成替代反射率數(shù)據(jù)。
18.如權利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述替代反射率數(shù)據(jù)是基于用雷達生成的反射率數(shù)據(jù)(dBZ)對所述dBR的校準的。
19.如權利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，與所述接收的數(shù)據(jù)相關聯(lián)的所述地理地區(qū)相對應于由所述雷達網(wǎng)絡監(jiān)控的一個或多個地理地區(qū)。
20.如權利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，與所述接收的數(shù)據(jù)相關聯(lián)的所述地理地區(qū)的氣候與由所述雷達網(wǎng)絡監(jiān)控的一個或多個地理地區(qū)的氣候相匹配。
21.如權利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括配置為使用所述替代反射率數(shù)據(jù)生成雷達型圖像的圖形處理單元。
22.如權利要求21所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述雷達型圖像是由表示降水強度的網(wǎng)格組成的。
23.如權利要求22所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述雷達型圖像使用不同的顏色和輪廓來表示與所述網(wǎng)格相關聯(lián)的降水強度的級別。
24.如權利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器還被配置為將所述替代反射率數(shù)據(jù)與預報模型組合以生成降水強度的替代雷達地圖。
25.如權利要求24所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述替代雷達地圖包括與潛在或?qū)嶋H發(fā)洪水的地區(qū)相關的一個或多個視覺指示符。
26.如權利要求24所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述替代雷達地圖包括與暴風雨運動相關的一個或多個視覺指示符。
27.如權利要求24所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述替代雷達地圖包括與危險的閃電活動的單元相關的一個或多個視覺指示符。
28.如權利要求24所述的系統(tǒng)，其特征在于，在所述降水強度相似的地區(qū)將所述替代反射率數(shù)據(jù)與所述預報模型合并。
29.如權利要求24所述的系統(tǒng)，其特征在于，在所述預報模型顯示密集降水且所述替代反射率數(shù)據(jù)沒有顯示密集降水的地區(qū)中抑制所述替代反射率數(shù)據(jù)。
30.如權利要求24所述的系統(tǒng)，其特征在于，在所述替代反射率數(shù)據(jù)顯示密集降水且所述預報模型沒有顯示密集降水的地區(qū)中用所述替代反射率數(shù)據(jù)代替所述預報模型。
31.如權利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器還被配置為: 基于所述替代反射率數(shù)據(jù)確定一個或多個有危險的地理地區(qū)；以及 向一個或多個監(jiān)控所述有危險的地理地區(qū)的遠程設備發(fā)送警告。
32.如權利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器還被配置為將所述替代反射率數(shù)據(jù)發(fā)送給遠程計算設備。
33.如權利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器還被配置為基于所述替代反射率數(shù)據(jù)計算隨時間累積的降水。
34.如權利要求33所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器還被配置為計算每日估計降水。
35.如權利要求33所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器還被配置為計算每月估計降水。
36.如權利要求33所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器還被配置為計算每年估計降水。
37.一種計算機程序產(chǎn)品，其有形地體現(xiàn)在非瞬態(tài)計算機可讀存儲介質(zhì)中，用于生成與閃電活動相關聯(lián)的替代反射率數(shù)據(jù)，所述計算機程序產(chǎn)品包括指令，所述指令可操作來導致數(shù)據(jù)處理裝置: 接收與一個或多個地理地區(qū)的閃電活動相關聯(lián)的數(shù)據(jù)； 基于所述接收的數(shù)據(jù)確定一個或多個閃電活動的網(wǎng)格的組合的云內(nèi)和云對地閃光率(dBR)的對數(shù)標度；以及 基于所述網(wǎng)格的dBR生成替代反射率數(shù)據(jù)。
【文檔編號】G01W1/00GK104169744SQ201380014848
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2013年1月16日 優(yōu)先權日:2012年1月18日
【發(fā)明者】C·劉, R·S·馬歇爾, E·諾瓦科夫斯基亞, C·D·斯盧普 申請人:地球網(wǎng)絡股份有限公司