國網(wǎng)浙江省電力有限公司電力科學研究院韓嘉佳獲國家專利權
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龍圖騰網(wǎng)獲悉國網(wǎng)浙江省電力有限公司電力科學研究院申請的專利基于地形約束Transformer模型的近地表氣象場降尺度方法獲國家發(fā)明授權專利權,本發(fā)明授權專利權由國家知識產(chǎn)權局授予,授權公告號為:CN120045923B 。
龍圖騰網(wǎng)通過國家知識產(chǎn)權局官網(wǎng)在2025-09-09發(fā)布的發(fā)明授權授權公告中獲悉:該發(fā)明授權的專利申請?zhí)?專利號為:202510513641.5,技術領域涉及:G06F18/213;該發(fā)明授權基于地形約束Transformer模型的近地表氣象場降尺度方法是由韓嘉佳;蔡鈞宇;汪自翔;趙崢;姜文東;劉镕豪;孫歆設計研發(fā)完成,并于2025-04-23向國家知識產(chǎn)權局提交的專利申請。
本基于地形約束Transformer模型的近地表氣象場降尺度方法在說明書摘要公布了:本發(fā)明涉及氣象數(shù)據(jù)處理與地理信息技術領域,尤其涉及基于地形約束Transformer模型的近地表氣象場降尺度方法,該方法包括以下步驟:從再分析氣象數(shù)據(jù)與數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)中提取多模態(tài)融合特征,再借助地形約束Transformer網(wǎng)絡映射至目標分辨率獲取初始降尺度氣象數(shù)據(jù);通過變分自編碼器對初始數(shù)據(jù)進行潛變量建模刻畫多尺度不確定性,并結(jié)合基于元學習的迭代更新機制納入能量平衡和質(zhì)量守恒等物理約束,生成核心降尺度氣象數(shù)據(jù);本發(fā)明通過自監(jiān)督預訓練和在線更新,實現(xiàn)對局地氣象的細節(jié)捕捉與動態(tài)適應。
本發(fā)明授權基于地形約束Transformer模型的近地表氣象場降尺度方法在權利要求書中公布了:1.一種基于地形約束Transformer模型的近地表氣象場降尺度方法,其特征在于,包括以下步驟: 采集再分析氣象數(shù)據(jù)及其對應區(qū)域的數(shù)字高程模型數(shù)據(jù),并進行空間對齊和重采樣,通過預處理后進行特征提取并融合,生成融合多模態(tài)圖特征數(shù)據(jù); 所述特征提取并融合步驟采用包含地形約束Transformer結(jié)構的雙分支卷積網(wǎng)絡,一分支對預處理后的再分析氣象數(shù)據(jù)提取特征生成嵌入氣象數(shù)據(jù),另一分支對預處理后的數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)提取特征生成嵌入地形數(shù)據(jù),并利用嵌入地形數(shù)據(jù)產(chǎn)生的地形權重因子構建動態(tài)鄰接矩陣,再通過圖卷積網(wǎng)絡對節(jié)點特征進行多層次傳播與融合,從而形成融合多模態(tài)圖特征數(shù)據(jù); 將所述融合多模態(tài)圖特征數(shù)據(jù)經(jīng)降尺度網(wǎng)絡映射至目標降尺度分辨率形成初始降尺度氣象數(shù)據(jù),并利用變分自編碼器對所述初始降尺度氣象數(shù)據(jù)進行潛變量建模,以獲得描述數(shù)據(jù)不確定性和多尺度特征的潛變量表達,同時結(jié)合物理約束,通過基于元學習的迭代更新機制在數(shù)據(jù)與理論物理值之間建立反饋閉環(huán),從而生成核心降尺度氣象數(shù)據(jù); 以所述核心降尺度氣象數(shù)據(jù)與實測觀測氣象數(shù)據(jù)作為監(jiān)督樣本,通過自監(jiān)督預訓練和監(jiān)督微調(diào)構建混合損失函數(shù),并實施在線更新機制,實現(xiàn)降尺度氣象數(shù)據(jù)的輸出; 將核心降尺度氣象數(shù)據(jù)與獨立觀測獲取的實測觀測氣象數(shù)據(jù)構成監(jiān)督樣本,利用自監(jiān)督預訓練與監(jiān)督微調(diào)結(jié)合的方式建立混合損失函數(shù),混合損失函數(shù)包含基于差值統(tǒng)計的重構損失以及體現(xiàn)物理一致性的約束損失,并按照預設權重對兩項損失求和計算梯度; 自監(jiān)督預訓練通過對再分析氣象數(shù)據(jù)進行區(qū)域遮蓋處理生成遮蓋數(shù)據(jù)樣本,并使用包含地形約束Transformer結(jié)構的多模態(tài)網(wǎng)絡對遮蓋數(shù)據(jù)樣本實施重構訓練;監(jiān)督微調(diào)通過比對核心降尺度氣象數(shù)據(jù)與實測觀測氣象數(shù)據(jù)之間的空間分布與氣象要素值差距進行參數(shù)修正,自監(jiān)督預訓練與監(jiān)督微調(diào)均采用所述混合損失函數(shù); 在線更新機制基于連續(xù)接收的實測觀測氣象數(shù)據(jù)對核心降尺度氣象數(shù)據(jù)的輸出偏差進行周期性核算,當偏差超出閾值時觸發(fā)監(jiān)督微調(diào)過程對包含地形約束Transformer結(jié)構的網(wǎng)絡及變分自編碼器的參數(shù)進行增量訓練,以在多個更新周期內(nèi)逐步修正降尺度網(wǎng)絡的權重并輸出降尺度氣象數(shù)據(jù)。
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