一種基於地基雲圖強度分層的雲團提取方法
2023-04-23 17:53:06 1
一種基於地基雲圖強度分層的雲團提取方法
【專利摘要】本發明提供一種基於地基雲圖強度分層的雲團提取方法，所述方法包括以下步驟：對地基雲圖進行強度分層；對強度分層得到的色斑圖進行雲團提取。本發明提供的基於地基雲圖強度分層的雲團提取方法，該方法具有很好的普適性，能夠很好的提取出受霧霾影響的全天空地基雲圖的雲團。且可以準確預測未來四小時由於光伏電站周圍雲量變化和遮擋，提高了光伏超短期功率預測的精度。
【專利說明】
—種基於地基雲圖強度分層的雲團提取方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種提取方法，具體涉及一種基於地基雲圖強度分層的雲團提取方法。
【背景技術】
[0002]隨著近年來大規模光伏電站接入電網，對光伏電站的輸出功率進行準確預測，能為電力調度提供重要的決策支持，能夠統籌安排常規電源和光伏發電的協調配合，有效的降低電力系統運行成本，使得光伏資源得到充分的利用，從而獲得更大的經濟效益和社會效益。但是光伏發電系統的輸出功率很大程度上決定於光伏面板所能接收到的太陽輻射量，容易受到天氣因素的影響，因而具有間歇性、波動性和隨機性的缺點，從而造成其輸出功率不穩定且難以預測。這一缺點不僅影響了電能質量，甚至會影響整個電力系統的穩定性。由於受到霧霾天氣的影響，使用全天空成像儀對雲團進行採集時，由於霧霾對光線的影響，導致雲團圖像的退化，從而為全天空雲圖的雲團提取帶來了一定的難度，進而給基於地基雲圖的光伏預測模型帶來了很大的預測誤差。為受不同氣象環境影響，在雲圖成像時，其色彩也會不同，有的偏亮，有的過暗，有的對比度高，有的則低。為了實現對雲狀準確識別，就需要有針對性的選擇雲圖處理算法，這就使得雲狀識別算法的普適性被降低。
[0003]由於受到霧霾天氣的影響，使用全天空成像儀對雲團進行採集時，由於霧霾對光線的影響，導致雲團圖像的退化，從而為全天空雲圖的雲團提取帶來了一定的難度，進而給基於地基雲圖的光伏預測模型帶來了很大的預測誤差。
【發明內容】
[0004]為準確預測未來四小時由於光伏電站周圍雲量變化和遮擋，所引起的輻射衰減而導致的光伏電站發電功率瞬時下降，以提高光伏超短期功率預測的精度，本發明提供一種基於地基雲圖強度分層的雲團提取方法，該方法具有很好的普適性，能夠很好的提取出受霧霾影響的全天空地基雲圖的雲團。
[0005]為了實現上述發明目的，本發明採取如下技術方案:
[0006]本發明提供一種基於地基雲圖強度分層的雲團提取方法，所述方法包括以下步驟:
[0007]步驟1:對地基雲圖進行強度分層；
[0008]步驟2:對強度分層得到的色斑圖進行雲團提取。
[0009]所述步驟I包括以下步驟:
[0010]步驟1-1:確定地基雲圖對應的灰度圖中的灰度值f(x，y)；
[0011]步驟1-2:對地基雲圖進行強度分層。
[0012]所述步驟1-1中，不同層地基雲圖的圖像密度用三維函數(x，y，f(x，y))表示，其中X和y決定地基雲圖對應的灰度圖中像素值的位置，f(x，y)為地基雲圖對應的灰度圖中的灰度值，設灰度圖的灰度級為[0，Lmax-1], Lmax為灰度級最大值，使Itl表示黑色級，Im代表白色級；假設垂直於強度軸的P個平面分別定義為I1, I2,…，lp，其中O < P < Lmax-1 ;則P個平面將灰度級分為P+1個強度間隔V1, V2, -,Vk,…，Vp+^則 f(x，y)表示為:
[0013]f(x,y) = ck,f(x,y) e Vk (I)
[0014]其中，ck為強度間隔Vk的第k級強度有關的顏色。
[0015]步驟1-2:設定間隔層數Ps，灰度直方圖中的極小值點序列按灰度從小到大排序，設極小值點序列總數為PM，則有:
[0016](I)當Pl = (Pm-1)時，表示地基雲圖的雲狀特徵與強度分層相吻合，則直接對地基雲圖進行強度分層；
[0017](2)當1\〈 (Pm-1)時，表示地基雲圖的雲狀特徵的細化度高於強度分層數，對雲狀特徵進行粗化，此時在極小值點序列中選出(Pdl)個灰度區間較大的極小值點進行強度分層；
[0018](3)當I\>(PM-1)時，表示地基雲圖的雲狀特徵細化度小於強度分層數，在極小值序列中選擇灰度區間較大的兩極值間均勻的補充(PfPM+l)點。
[0019]所述步驟2中，基於OTUS圖像分割算法對強度分層得到的色斑圖進行雲團提取。
[0020]設地基雲圖對應的灰度圖的灰度級為L，L e [O, LmaJ，灰度值為i的像素數為Iii
個，則總的像素數為N h，則各灰度值出現的概率為巧=I,用灰度閾值T將地基雲圖1:1N
分成背景圖像CBb和目標圖像CB。，且有CBb e {1，…，T}，CBQ e {T+1，…，L};則背景圖像和目標圖像發生的概率分別表示為:
【權利要求】
1.一種基於地基雲圖強度分層的雲團提取方法，其特徵在於:所述方法包括以下步驟: 步驟1:對地基雲圖進行強度分層； 步驟2:對強度分層得到的色斑圖進行雲團提取。
2.根據權利要求1所述的基於地基雲圖強度分層的雲團提取方法，其特徵在於:所述步驟I包括以下步驟: 步驟1-1:確定地基雲圖對應的灰度圖中的灰度值f(x，y)； 步驟1-2:對地基雲圖進行強度分層。
3.根據權利要求2所述的基於地基雲圖強度分層的雲團提取方法，其特徵在於:所述步驟1-1中，不同層地基雲圖的圖像密度用三維函數(x，y，f(x，y))表示，其中x和y決定地基雲圖對應的灰度圖中像素值的位置，f(x, y)為地基雲圖對應的灰度圖中的灰度值，設灰度圖的灰度級為[O，Lmax-1]，Lmax為灰度級最大值，使Itl表示黑色級，V1代表白色級；假設垂直於強度軸的P個平面分別定義為I1, I2,…，1P，其中O < P < Lmax-1 JiJP個平面將灰度級分為P+1個強度間隔V1, V2,…，Vk,…，VP+1，則f (X，y)表示為:
f(x, y) = ck, f (x, y) e Vk (I) 其中，ck為強度間隔Vk的第k級強度有關的顏色。
4.根據權利要求2所述的基於地基雲圖強度分層的雲團提取方法，其特徵在於:步驟1-2:設定間隔層數Ps，灰度直方圖中的極小值點序列按灰度從小到大排序，設極小值點序列總數為PM，則有: (1)當I\=(Pm-1)時，表示地基雲圖的雲狀特徵與強度分層相吻合，則直接對地基雲圖進行強度分層； (2)當1\〈(Pm-1)時，表示地基雲圖的雲狀特徵的細化度高於強度分層數，對雲狀特徵進行粗化，此時在極小值點序列中選出(PJl)個灰度區間較大的極小值點進行強度分層； (3)當I\>(PM-1)時，表示地基雲圖的雲狀特徵細化度小於強度分層數，在極小值序列中選擇灰度區間較大的兩極值間均勻的補充(PfPM+l)點。
5.根據權利要求1所述的基於地基雲圖強度分層的雲團提取方法，其特徵在於:所述步驟2中，基於OTUS圖像分割算法對強度分層得到的色斑圖進行雲團提取。
6.根據權利要求5所述的基於地基雲圖強度分層的雲團提取方法，其特徵在於:設地基雲圖對應的灰度圖的灰度級為L，L e [O, Lmax],灰度值為i的像素數為Iii個，則總的像素數為# = ，則各灰度值出現的概率為€=1，用灰度閾值T將地基雲圖分成背景圖像 仁INCBb和目標圖像CB。，且有CBb e {1，…，T}，CBtl e {T+1，…，L};則背景圖像和目標圖像發生的概率分別表示為:
T
Σ ni T =C2)
N
其中，0^和COci分別為背景圖像和目標圖像發生的概率； 背景圖像和目標圖像的平均灰度值分別表示為:
其中，μB和μ ^分別為背景圖像和目標圖像的平均灰度值； 背景圖像和目標圖像的類間方差G(T)表示為: G ⑴一U B。B+ 卩 O。O (6) 於是，滿足I卩的灰度閾值T為分割目標圖像和背景圖像的最佳閾值，根據最佳閾值即可完成地基雲圖的圖像分割，進而實現雲團提取。
【文檔編號】G06T7/00GK104166999SQ201410407141
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年8月18日 優先權日:2014年8月18日
【發明者】朱想, 周海, 崔方, 程序, 丁傑, 曹瀟, 陳志寶, 王知嘉, 周強, 丁宇宇, 譚志萍, 於炳霞, 丁煌 申請人:國家電網公司, 中國電力科學研究院, 國網甘肅省電力公司