[0001] 本发明属于卫星观测领域，更具体地，涉及一种基于城市洪涝状态调整卫星观测区域的方法和设备。

[0002] 气候变化导致近年来灾害天气频发，极端暴雨导致特大或超大型城市出现外洪内涝，影响城市运行和人民生活，造成严重灾害损失。在极端暴雨和洪涝灾害出现后，一部分地基观测设备的数据采集和传输受到影响，无法正常运行。

[0003] 为了更好地监测和预报暴雨和洪涝灾害，针对极端暴雨和洪涝区的高时空分辨率卫星观测至关重要，自动、及时调整卫星的观测区域和观测方式成为亟待完成的核心任务。

[0043] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

[0044] 实施例一

[0045] 本实施例一提供一种基于城市洪涝状态调整卫星观测区域的方法，方法包括以下步骤，如图1所示：

[0046] S101：将目标城市流域划分为多个多边形，每个多边形内仅包含一个观测站，各个观测站观测目标城市的流域面雨量。

[0047] 如图2所示，根据目标城市的边界内观测站的站号、经度和纬度，将观测站与相邻的观测站用直线相连，作连线的第一垂直平分线，第一垂直平分线相交把目标城市的流域划分为多个第一泰森多边形，每个第一泰森多边形中仅包含一个观测站。

[0048] 每个观测站以自身所在的第一泰森多边形为控制面积，流域面雨量为各个观测站观测的雨量乘以控制面积的总和除以目标城市的流域总面积。

[0049] 将目标城市流域划分为多个多边形的目的是让离散的观测站点监测到的降水代表多边形内整个面的降水。因此，每个多边形内只能仅含有一个离散点数据(唯一性)；同时，多边形内的点到相应离散点的距离最近可以体现出代表性。如果希望位于多边形边上的点到其两边的离散点的距离相等的话，只能是做垂直平分线。

[0050] 泰森多边形的划分方法是荷兰气象学家A.H.Thiessen在1911年提出的。把站点雨量换算为面雨量有很多种方法，如克里金法、加权平均法、函数插值法、样条插值法等，但是考虑到本实施例中在选择观测站点时需要首先考虑站点降水的阈值，因此观测站点分布的逐时变化和随机性更强，对于随机分布的站点转换和水文过程模拟，泰森多边形方法是最优的算法。

[0051] S102：根据各个多边形的面积和预设历史周期内各个观测站的观测资料，得到目标城市发生外洪内涝时的流域面雨量阈值。

[0052] 取任意相邻的预设数量的观测站，循环重复进行预设次数的流域面雨量计算，分别得到目标城市发生外洪内涝时的流域面雨量极小阈值、流域面雨量均值阈值和流域面雨量极大阈值。

[0053] S103：观测站在预设时间周期内实时观测降雨量，当超过预设降雨量阈值的观测站数量大于预设数量后，计算目标城市实时流域面雨量。

[0054] 如图3所示，对超过预设降雨量阈值的相邻站点用直线相连，作连线的第二垂直平分线，第二垂直平分线相交把目标城市的流域划分为多个第二泰森多边形，每个第二泰森多边形内仅有一个超过预设降雨量阈值的观测站。

[0055] 第一次划分泰森多边形是基于多年历史数据，并将所有观测站点进行随机划分，这样做是为了通过多次随机取样，得到更有代表性的造成洪涝的面雨量阈值；第二次划分泰森多边形时，所选观测站点观测到的降雨量必须超过预设降雨量阈值，达不到预设降雨量阈值的观测站点会被过滤掉，不参与实时流域面雨量的换算，所以第二个泰森多边形通常会大于第一个泰森多边形，这样做的目的是希望实时流域面雨量换算可以更真实的表示降水的程度是否达到洪涝的程度，减少空报和错误地触发卫星扫描区域的转换。

[0056] 每个超过预设降雨量阈值的观测站以自身所在的第二泰森多边形为实时控制面积，实时流域面雨量为预设降雨量阈值的观测站实时观测雨量乘以实时控制面积的总和除以目标城市的流域总面积。

[0057] S104：将实时流域面雨量与流域面雨量阈值进行比较，确定目标城市的外洪内涝状态，以便调整卫星观测区域。

[0058] 当实时流域面雨量小于流域面雨量极小阈值时，为目标城市未发生外洪内涝；

[0059] 当实时流域面雨量大于流域面雨量极小阈值且小于等于流域面雨量均值阈值之间时，目标城市外洪内涝状态为一级；

[0060] 当实时流域面雨量大于流域面雨量均值阈值且小于等于流域面雨量极大阈值之间时，目标城市外洪内涝状态为二级；

[0061] 当实时流域面雨量大于流域面雨量极大阈值时，目标城市外洪内涝状态为三级。

[0062] 若目标城市外洪内涝状态为一级，卫星观测区域至少固定24小时；

[0063] 若目标城市外洪内涝状态为二级，卫星观测区域至少固定48小时；

[0064] 若目标城市外洪内涝状态为三级，卫星观测区域至少固定72小时。

[0065] 基于目标城市代表观测站的站点行列位置(X，Y)，分别计算卫星观测的起始行号X－(M/2)，卫星观测的结束行号X+(M/2)，卫星观测的起始列号Y－(N/2)，卫星观测的结束列号Y+(N/2)；

[0066] 其中，M为卫星观测区域南北方向预设距离的换算总行数，N为卫星观测区域东西方向预设距离的换算总列数。

[0067] 结合本发明实施例，还存在一种优选的实现方案，具体的，如图2所示，将目标城市流域划分为多个多边形，每个多边形内仅包含一个观测站的方法包括：

[0068] 根据目标城市的边界内观测站的站号、经度和纬度，将观测站与相邻的观测站用直线相连，作连线的第一垂直平分线，第一垂直平分线相交把目标城市的流域划分为多个第一泰森多边形，每个第一泰森多边形中仅包含一个观测站。

[0069] 例如图2中，观测站点P0的泰森多边形示意图为由红色线段相交生成的多边形。P0的相邻站点为P1、P2、P3、P4和P5，P0分别和P1、P2、P3、P4、P5用直线相连，再作连线的第一垂直平分线，第一垂直平分线相交把目标城市的流域划分为一个第一泰森多边形，这个第一泰森多边形中仅包含一个观测站P0。以此类推，第一泰森多边形S1至S8也可以得出。

[0070] 结合本发明实施例，还存在一种优选的实现方案，具体的，如图1所示，计算目标城市的流域面雨量的方法包括：

[0071] 每个观测站以自身所在的第一泰森多边形S0为控制面积，流域面雨量为各个观测站观测的雨量乘以控制面积的总和除以目标城市的流域总面积S。

[0072] 目前对各个城市的流域总面积没有规范，所以需要计算目标城市的流域总面积，计算方式为各个控制面积的总和。目标城市的流域面雨量计算公式为：

[0073] Wi＝Si/S  (1)

[0074]

[0075] 其中：

[0076] Wi——目标城市的内各观测站的控制面积与目标城市的流域总面积的比值；

[0077] Si——目标城市的流域内各观测站的控制面积；

[0078] S——目标城市的流域总面积；

[0079] P——流域面雨量；

[0080] Pi——各观测站的观测雨量；

[0081] n——观测站数量；

[0082] i——为观测站点的序号，取值范围为[0,n]。

[0083] 例如图2中，观测站点P0以自身所在的第一泰森多边形S0为观测站点P0的控制面积，以此类推，观测站点P1至P8的第一泰森多边形S1至S8也可以得出。

[0084] 结合本发明实施例，还存在一种优选的实现方案，具体的，根据各个多边形的面积和预设历史周期内各个观测站的观测资料，得到目标城市发生外洪内涝时的流域面雨量阈值的方法还包括：

[0085] 取任意相邻的预设数量的观测站，循环重复进行预设次数的流域面雨量计算，分别得到目标城市发生外洪内涝时的流域面雨量极小阈值、流域面雨量均值阈值和流域面雨量极大阈值。

[0086] 结合本发明实施例，还存在一种优选的实现方案，具体的，如图3所示，观测站在预设时间周期内实时观测降雨量，当超过预设降雨量阈值的观测站数量大于预设数量后，计算目标城市实时流域面雨量的方法包括：

[0087] 对超过预设降雨量阈值的相邻站点用直线相连，作连线的第二垂直平分线，第二垂直平分线相交把目标城市的流域划分为多个第二泰森多边形，每个第二泰森多边形内仅有一个超过预设降雨量阈值的观测站。

[0088] 结合本发明实施例，还存在一种优选的实现方案，具体的，如图3所示，实时流域面雨量计算的方法还包括：

[0089] 每个超过预设降雨量阈值的观测站以自身所在的第二泰森多边形为实时控制面积，实时流域面雨量为超过预设降雨量阈值的观测站实时观测雨量乘以实时控制面积的总和除以目标城市的流域总面积。

[0090] 例如图3中，观测站点PP0的第二泰森多边形示意图，SS0由红色线段相交生成，蓝色空心圆代表实时雨量没有达到降雨量阈值的观测站，由于PP4和PP5两个测站没有达到预设降雨量阈值，因此在进行实时面雨量计算时，这两个站被更远处PP6和PP8代替，第二泰森多边形的形状与第一泰森多边形的形状发生改变。以此类推，第一泰森多边形SS1至SS8也可以得出。

[0091] 实时流域面雨量计算公式为：

[0092] WWi＝SSi/S (3)

[0093]

[0094] 其中：

[0095] WWi——为各预设降雨量阈值的观测站的实时控制面积与流域总面积的比值；

[0096] SSi——目标城市的流域内超过预设降雨量阈值的观测站的控制面积；

[0097] S——目标城市的流域总面积；

[0098] ——实时流域面雨量；

[0099] PPi——超过预设降雨量阈值的观测站的实时观测雨量；

[0100] i——为观测站点的序号，取值范围为[0,n]。

[0101] 例如图3中，观测站点PP0以自身所在的第一泰森多边形SS0为观测站点PP0的控制面积，以此类推，观测站点PP1至PP8(除PP4和PP5)的第二泰森多边形SS1至SS8也可以得出。

[0102] 为了确定城市外洪内涝的具体状态，结合本发明实施例，还存在一种优选的实现方案，具体的，将实时流域面雨量与流域面雨量阈值进行比较，确定目标城市的外洪内涝状态的方法包括：

[0103] 当实时流域面雨量小于流域面雨量极小阈值时，为目标城市未发生外洪内涝；

[0104] 当实时流域面雨量大于流域面雨量极小阈值且小于等于流域面雨量均值阈值之间时，目标城市外洪内涝状态为一级；

[0105] 当实时流域面雨量大于流域面雨量均值阈值且小于等于流域面雨量极大阈值之间时，目标城市外洪内涝状态为二级；

[0106] 当实时流域面雨量大于流域面雨量极大阈值时，目标城市外洪内涝状态为三级。

[0107] 为了利用静止气象卫星监测城市的洪涝灾害，结合本发明实施例，还存在一种优选的实现方案，具体的，调整卫星观测区域的方法包括：

[0108] 基于目标城市代表观测站的站点行列位置(X，Y)，分别计算卫星观测的起始行号X－(M/2)，卫星观测的结束行号X+(M/2)，卫星观测的起始列号Y－(N/2)，卫星观测的结束列号Y+(N/2)；

[0109] 其中，M为卫星观测区域南北方向预设距离的换算总行数，N为卫星观测区域东西方向预设距离的换算总列数。

[0110] 本实施例一中，M和N均选用400km。可以根据实际的需求调整。

[0111] 目标城市代表观测站即是该市的国家基本气象站，代表观测站用于国际或国内数据交换，每个城市只有一个，有站号表。地面按照观测站的站点地理信息位置换算载荷镜头观测行列位置来驱动卫星镜头观测。卫星平台采用电传系统控制驱动镜头扫描，由于星上搭载的计算能力尚无法实现在轨计算卫星平台实时姿态及星下点位置，无法实时计算载荷镜头扫描经纬度，目前星上程序仅识别行列号，需由地面进行经纬度计算行列号部署观测区域范围。把经纬度换算成行列号的过程可参考现有算法。

[0112] 本实施例一中，根据观测需求中心点经纬度，基于WGS84参考椭球坐标并采用CGMS LRIT/HRIT全球规范定义的静止轨道标称投影经纬度转行列坐标计算方法就得到特大城市代表站的位置为中心点的观测区域中心点的行列位置，换算成中心点行列号(X，Y)，用于卫星观测区域位置调整。

[0113] 结合本发明实施例，还存在一种优选的实现方案，具体的，卫星观测区域调整为以所述目标城市为中心的周边地区，调整方法包括：

[0114] 若目标城市外洪内涝状态为一级，卫星观测区域至少固定24小时；

[0115] 若目标城市外洪内涝状态为二级，卫星观测区域至少固定48小时；

[0116] 若目标城市外洪内涝状态为三级，卫星观测区域至少固定72小时。

[0117] 如果满足状态一级，说明暴雨可能导致特大城市局部地区或个别河段的外洪内涝，洪水消退和救灾需要一定时间，卫星扫描区域需要固定24小时及以上；如果满足状态二级，说明暴雨可能导致特大城市部分地区或流域级别的外洪内涝，洪水消退和救灾需要一定时间，卫星扫描区域需要固定48小时及以上；如果满足状态三级，说明暴雨可能导致特大城市或流域级别的外洪内涝，洪水消退和救灾需要较长时间，卫星扫描区域需要固定72小时及以上。

[0118] 本实施例一根据目标城市流域划分的多个泰森多边形以及目标城市历史记录的降雨量，再将实时流域面雨量与目标城市发生外洪内涝时的流域面雨量阈值进行比较，若超过流域面雨量阈值，卫星观测区域调整为以目标城市为中心的周边地区，由此解决静止气象卫星的观测区域可以自动调整到突发外洪内涝城市以及周边区域，可以更好地监测城市的洪涝灾害，为人民群众的生命财产安全提供保障。

[0119] 实施例二：

[0120] 一种基于城市洪涝状态调整卫星观测区域的设备，如图4所示，设备包括：

[0121] 一个或多个处理器；

[0122] 存储装置，用于存储一个或多个程序，当一个或多个程序被一个或多个处理器执行，使得一个或多个处理器实现如实施例一中任一项的基于城市洪涝状态调整卫星观测区域的方法。

[0123] 图4为本实施例三提供的基于城市洪涝状态调整卫星观测区域的设备结构示意图。图4示出了适于用来实现本发明实施方式的示例性基于城市洪涝状态调整卫星观测区域的设备框图。图4显示的基于城市洪涝状态调整卫星观测区域的设备仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。

[0124] 如图4所示，基于城市洪涝状态调整卫星观测区域的设备以通用设备的形式表现。基于城市洪涝状态调整卫星观测区域的设备的组件可以包括但不限于：一个或者多个处理器或者处理单元，存储器，连接不同系统组件(包括存储器和处理单元)的总线。

[0125] 总线表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储器总线或者存储器控制器，外围总线，图形加速端口，处理器或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。举例来说，这些体系结构包括但不限于工业标准体系结构(ISA)总线，微通道体系结构(MAC)总线，增强型ISA总线、视频电子标准协会(VESA)局域总线以及外围组件互连(PCI)总线。

[0126] 基于城市洪涝状态调整卫星观测区域的设备典型地包括多种计算机系统可读介质。这些介质可以是任何能够被智能测井解释模型修正的设备访问的可用介质，包括易失性和非易失性介质，可移动的和不可移动的介质。

[0127] 存储器可以包括易失性存储器形式的计算机系统可读介质，例如随机存取存储器(RAM)30和/或高速缓存存储器。基于城市洪涝状态调整卫星观测区域的设备可以进一步包括其它可移动/不可移动的、易失性/非易失性计算机系统存储介质。仅作为举例，存储系统可以用于读写不可移动的、非易失性磁介质(图4未显示，通常称为“硬盘驱动器”)。尽管图4中未示出，可以提供用于对可移动非易失性磁盘(例如“软盘”)读写的磁盘驱动器，以及对可移动非易失性光盘(例如CD‑ROM，DVD‑ROM或者其它光介质)读写的光盘驱动器。在这些情况下，每个驱动器可以通过一个或者多个数据介质接口与总线相连。存储器可以包括至少一个程序产品，该程序产品具有一组(例如至少一个)程序模块，这些程序模块被配置以执行本发明各实施例的功能。

[0128] 具有一组(至少一个)程序模块的程序/实用工具，可以存储在例如存储器中，这样的程序模块包括但不限于操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。程序模块通常执行本发明所描述的实施例中的功能和/或方法。

[0129] 基于城市洪涝状态调整卫星观测区域的设备也可以与一个或多个外部设备(例如键盘、指向设备、显示器等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该基于城市洪涝状态调整卫星观测区域的设备交互的设备通信，和/或与使得该基于城市洪涝状态调整卫星观测区域的设备能与一个或多个其它设备进行通信的任何设备(例如网卡，调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口进行。并且，智能测井解释模型修正的设备还可以通过网络适配器与一个或者多个网络(例如局域网(LAN)，广域网(WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图4所示，网络适配器通过总线与基于城市洪涝状态调整卫星观测区域的设备的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合基于城市洪涝状态调整卫星观测区域的设备使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。

[0130] 处理单元通过运行存储在存储器中的程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如实现本发明任意实施例提供的基于城市洪涝状态调整卫星观测区域的方法。也即：将目标城市流域划分为多个多边形，每个多边形内仅包含一个观测站，各个所述观测站观测所述目标城市的流域面雨量；根据各个所述多边形的面积和预设历史周期内各个所述观测站的观测资料，得到所述目标城市发生外洪内涝时的流域面雨量阈值；所述观测站在预设时间周期内实时观测降雨量，当超过预设降雨量阈值的所述观测站数量大于预设数量后，计算所述目标城市实时流域面雨量；将所述实时流域面雨量与所述流域面雨量阈值进行比较，确定目标城市的外洪内涝状态，以便调整卫星观测区域。

[0131] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。