JPH0921883A - ハイブリッド気象予測装置 - Google Patents

ハイブリッド気象予測装置

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JPH0921883A
JPH0921883A JP7168520A JP16852095A JPH0921883A JP H0921883 A JPH0921883 A JP H0921883A JP 7168520 A JP7168520 A JP 7168520A JP 16852095 A JP16852095 A JP 16852095A JP H0921883 A JPH0921883 A JP H0921883A
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JP
Japan
Prior art keywords
network model
radar image
neural network
learning
weather
Prior art date
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Pending
Application number
JP7168520A
Other languages
English (en)
Inventor
Hideto Suzuki
英人 鈴木
Yoshihiro Ochiai
慶広 落合
Kazuo Abe
和雄 阿部
Noboru Sonehara
曽根原  登
Masaharu Fujii
雅晴 藤井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SAPPORO SOGO JOHO CENTER KK
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
SAPPORO SOGO JOHO CENTER KK
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Pending legal-status Critical Current

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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A90/00Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
    • Y02A90/10Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation

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  • Image Processing (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 気象レーダー画像の予測において、相互相関
手法により得られる移動ベクトルの情報を神経回路網モ
デルに取り込むことにより予測精度を高める。 【構成】 入力部100と、相互相関手法を用いる移動
ベクトル計算部201と神経回路網モデル手法を用いる
学習予測部202を含む処理部200と出力部300と
から成る気象予測装置において、学習予測部で神経回路
網モデルを用いて時間間隔Δtの2枚の気象レーダー画
像の写像関係から、降雨降雪領域の移動パターンを学習
するときに、移動ベクトル計算部で求めた移動ベクトル
V分だけずれた写像関係を予測する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、気象レーダー画像を用
いて降雨、降雪の予測を行う気象予測装置に係わるもの
であり、詳しくは、神経回路網モデルによる降雨、降雪
予測に、相互相関手法を使って求めた移動ベクトルの情
報を取り入れることにより、降雨、降雪の予測を高精度
に行う装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、気象レーダー画像を用いて降雨、
降雪予測を行う場合、一般には力学系に基づいて降雨、
降雪領域を追跡する方法と、降雨、降雪領域を図形とし
て捉え、図形の経時変化を追跡する方法の二つがある。
そしてこれらの方法においては、過去の気象レーダー画
像から未来の気象レーダー画像を予測する場合、時間間
隔Δtの2枚のレーダー画像の相互相関係数より移動ベ
クトルを求め、それを外挿することで降雨、降雪の予測
をする相互相関法(遊馬芳雄、菊池勝弘、今久:「簡易
気象レーダ−によるエコーの移動速度について」北海道
大学地球物理学研究報告、Vol.44, pp.23-24, 1984)
や、レーダー画像を神経回路網モデルに与えることによ
り気象ダイナミクスを学習させ、学習後の神経回路網モ
デルを用いてレーダー画像を予測する手法(「非線形並
列計算型降雨レーダ画像予測装置」特願平5−2740
65号)等が提案されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上述の従来手法のうち
相互相関手法のみによる予測では、降雨、降雪域の発
生、消滅が予測できないという問題があり、また神経回
路網モデルのみを使った予測手法では、時間間隔Δtの
間の降雨、降雪領域の移動速度が早い場合には、予測精
度が落ちるという問題があった。
【0004】本発明では、神経回路網モデルによる気象
レーダー画像の予測において、降雨、降雪領域の移動速
度が早い場合にも相互相関手法により得られる移動ベク
トルの情報を、神経回路網モデルに取り込むことによ
り、従来手法よりも予測精度を向上させることを目的と
する。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明のハイブリッド気
象予測装置は、気象レーダーとファイル読込部とからな
る入力部と、計測時間間隔Δtの2枚のレーダー画像か
ら相互相関手法により降雨、降雪領域の移動ベクトルを
算出するための第1の手段と、神経回路網モデルを使っ
て時間間隔Δtの2枚の気象レーダー画像のセトオか
ら、気象レーダー画像間の写像移動を学習するための第
2の手段と、第2の手段より得られる学習後の神経回路
網モデルに、新たに計測される気象レーダー画像を入力
することにより、1時刻先の予測レーダー画像を算出す
るための第4の手段と、第2の手段において、神経回路
網モデルの教師データを、第1の手段により算出した移
動ベクトル分だけ離れた格子点のデータと入れ換え、2
枚の気象レーダー画像間の写像を学習させ、第4の手段
により算出された1時刻先の予測レーダー画像を、第1
の手段の手段により算出した移動ベクトル分だけ画像の
格子点をずらした画像の1時刻先の予測レーダー画像と
して出力させ、出力された1時刻先の予測レーダー画像
を、学習後の神経回路網モデルに再度入力し、これを繰
り返し実行させることにより数時間先までのレーダー画
像の予測を行わせ、さらに、予測精度を維持するため
に、予め設定する周期で第1、第2、及び第4の手段の
手順を繰り返すための第3の手段と、前記第4の手段か
ら輸送される予測レーダー画像を表示する出力部と、か
らなる。
【0006】
【作用】入力部100の気象レーダー101を用いて計
測されたレーダー画像を処理部200に転送する。また
ファイル読込装置102から、学習・予測に必要なパラ
メータなどの値を、相互相関手法移動ベクトル計算部2
01(第1の手段)、神経回路網モデル学習部203
(第2手段)、及び神経回路網モデル予測部204(第
4の手段)に転送する。第1の手段は入力部から転送さ
れた時刻tのレーダー画像をx,y方向にそれVx,V
yだけ少しずつずらし、時刻t+Δtのレーダー画像と
の相互相関係数が最大になるときのVx,Vyを求め、
そのときの降雨降雪領域の移動ベクトルをV=(Vx,
Vy)として学習・予測データ制御部202(第3の手
段)に転送する。第3の手段は、神経回路網モデルの教
師データ(気象レーダー画像)を、移動ベクトル分だけ
離れた格子点のデータと入れ換え、2枚の気象レーダ画
像間の写像を学習させる指示の信号を、神経回路網モデ
ル学習部203に転送し、また予測レーダー画像を作成
するときに、予測レーダー画像全体を、移動ベクトル分
だけずらして出力させる情報を、第4の手段に転送す
る。第2の手段は、時刻tのレーダー画像I(x,y,
t)と時刻t+Δtのレーダー画像I(x,y,t+Δ
t)を入力し、2枚のレーダー画像の写像関係から、降
雨降雪領域の移動パターンを学習する。この学習は、式
(1)に示す2乗誤差を評価基準として学習を行う。図
2はこの学習時の2枚のレーダー画像I(x,y,t)
とI(x,y,t+Δt)の写像関係を図示してもので
ある。
【0007】
【数1】 第2の手段はこの学習を、式(1)の誤差が十分小さく
なるまで行い、学習後の神経回路網モデルを第4の手段
へ転送する。第4の手段は第2の手段から転送される学
習後の神経回路網モデルに、気象レーダー101から転
送される最新のレーダー画像を入力することにより、Δ
t時間後の予測レーダー画像I(x,y,t+Δt)を
出力させる。
【0008】このとき第4の手段は、第3の手段から転
送される移動ベクトル情報V=(Vx,Vy)の分だけ
予測レーダー画像I(x,y,t+Δt)の格子点をず
らした画像I’(x+Vx,y+Vy,t+Δt)をΔ
t時間後の予測レーダー画像として出力する。この出力
された予測レーダー画像I’(x+Vx,y+Vy,t
+Δt)を、再度学習後の神経回路網モデルに入力する
ことを繰り返すことにより、数時間先の予測レーダー画
像を作成し、出力部300へ転送する。
【0009】
【実施例】本発明において述べたハイブリッド気象予測
装置の一実施例を図面により説明する。図1はその装置
の1実施例を示すブロック図であり、図中の100は入
力部、200は処理部、300は出力部を表わす。
【0010】入力部100は、降雨・降雪領域を計測す
る気象レーダー101、神経回路網モデルの学習・予測
及び相互相関法による移動ベクトル算出に必要となる情
報を読み込むためのファイル読込部102から成る。
【0011】処理部200は、相互相関手法により、降
雨、降雪領域の移動ベクトルを算出する第1の手段であ
る移動ベクトル計算部201と、神経回路網モデルの学
習、予測データを制御する第3の手段である学習・予測
データ制御部202と、神経回路網モデルを使って時間
間隔Δtの2枚の気象レーダー画像の写像移動を学習す
る第2の手段である神経回路網モデル学習203と、学
習後のネットワークと、新たに計測される気象レーダー
画像から、数時間先までの気象レーダー画像を予測する
第4の手段である神経回路網モデル予測部204から成
る。
【0012】入力部100の気象レーダー101を用い
て計測されたレーダー画像を入力し、処理部200へ転
送する。また、ファイル読込装置102からは、学習・
予測に必要なパラメータなどの値を、相互相関手法移動
ベクトル計算部201、神経回路網モデル学習部20
3、及び神経回路網モデル予測部204へ転送する。相
互相関手法移動ベクトル計算部201は入力部100か
ら転送される時間間隔Δtの2枚のレーダー画像のう
ち、時刻tのレーダー画像をx,y,方向にそれぞれV
x,Vyだけ少しずつずらし、時刻t+Δtのレーダー
画像との相互相関係数が最大になるときのVx,Vyを
求め、そのときの降雨降雪領域の移動ベクトルをV=
(Vx,Vy)として学習・予測データ制御部202に
転送する。学習・予測胃データ制御部202は、神経回
路網モデルの教師データ(気象レーダー画像)を、移動
ベクトルV=(Vx,Vy)分だけ離れた格子点のデー
タと入れ換え、2枚の気象レーダー画像間の写像を学習
させる指示の信号を、神経回路網モデル学習部203に
転送し、また予測レーダー画像を作成するときに、予測
レーダー画像全体を、移動ベクトルV=(Vx,Vy)
分だけずらして出力させる情報を、神経回路網モデル予
測部204に転送する。
【0013】神経回路網モデル学習部203は入力部1
00から転送される、時刻tのレーダー画像I(x,
y,t)と時刻t+Δtのレーダー画像I(x,y,t
+Δt)を入力し、2枚のレーダー画像の写像関係か
ら、降雨降雪領域の移動パターンを学習する。このと
き、神経回路網モデルの教師データ(気象レーダー画
像)を、学習・予測データ制御部202から転送される
情報の移動ベクトルV=(Vx,Vy)分だけ離れた格
子点のデータと入れ換え、2枚の気象レーダー画像間の
写像を学習させる。この学習は、式(1)に示す2乗誤
差の評価基準として学習を行う。図2はこの学習時の2
枚のレーダー画像I(x,y,t)とI(x,y,t+
Δt)の写像関係を図示したものである。
【0014】なお、このときの学習アルゴリズムは文献
(社)日本工業技術振興会、ニューロコンピュータ研究
会:“ニューロコンピューティングの基礎”pp.48
−50の誤差逆伝搬法などにより実現する。
【0015】神経回路網モデル学習部203はこの学習
を式(1)の誤差が十分に小さくなるまで行い、学習後
の神経回路網モデルを神経回路網モデル予測部204に
転送する。神経回路網モデル予測部204は、神経回路
網モデル学習部203から転送される学習後の神経回路
網モデルに、気象レーダー101から転送される最新の
レーダー画像を入力することにより、Δt時間後の予測
レーダー画像I(x,y,t+Δt)を出力させる。こ
のとき神経回路網モデル予測部204は、学習・予測デ
ータ制御部202から転送される移動ベクトル情報V=
(Vx,Vy)の分だけ予測レーダー画像I(x,y,
t+Δt)の格子点をずらして画像I’(x,Vx,y
+Vy,t+Δt)をΔt時間後の予測レーダー画像と
して出力する。この出力された予測レーダー画像I’
(x,Vx,y+Vy,t+Δt)を、再度学習後の神
経回路網モデルに入力することを繰り返すことにより、
数時間先の予測レーダー画像作成し、出力部300へ転
送する。
【0016】出力部300では、神経回路網モデル予測
部204から転送される予測レーダー画像を、ディスプ
レイなどに表示する。
【0017】
【発明の効果】気象レーダー画像予測において本発明を
用いることにより、これまでの神経回路網モデルのみに
よる予測や、相互相関手法にのみによる予測と比較し
て、より精度の高い気象レーダー画像予測が可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の気象予測装置の一実施例のブロック
図。
【図2】本発明の気象レーダー画像予測における神経回
路網モデルを示す図。
【符号の説明】
100 入力部 101 気象レーダー 102 ファイル読込部 200 処理部 201 移動ベクトル計算部 202 学習・予測部 300 出力部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 阿部 和雄 東京都千代田区内幸町一丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 曽根原 登 東京都千代田区内幸町一丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 藤井 雅晴 北海道札幌市中央区北一条西3丁目3番地 札幌総合情報センター株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 降雨、降雪領域のレーダー画像を求める
    気象レーダー(101)と、天候の予測に必要なパラメ
    ータを読込むためのファイル読込部(102)とからな
    る入力部(100)と、 入力部(100)から転送される計測時間間隔Δtの2
    枚のレーダー画像から相互相関手法により降雨、降雪領
    域の移動ベクトルを算出するための第1の手段(20
    1)と、 神経回路網モデルを使って、時間間隔Δtの2枚の気象
    レーダー画像のセットから、気象レーダー画像間の写像
    移動を学習するための第2の手段(203)と、 前記第2の手段(203)より得られる学習後の神経回
    路網モデルに、新たに計測される気象レーダー画像を入
    力することにより、1時刻先の予測レーダー画像を算出
    するための第4の手段(204)と、 前記第2の手段(203)において、神経回路網モデル
    の教師データを、前記第1の手段(201)により算出
    した移動ベクトル分だけ離れた格子点のデータと入れ換
    え、2枚の気象レーダー画像間の写像を学習させ、前記
    第4の手段(204)により算出された1時刻先の予測
    レーダー画像を、第1の手段(201)の手段により算
    出した移動ベクトル分だけ画像の格子点をずらした画像
    の1時刻先の予測レーダー画像として出力させ、この出
    力された1時刻先の予測レーダー画像を、学習後の神経
    回路網モデルに再度入力し、これを繰り返し実行させる
    ことにより数時間先までのレーダー画像の予測を行なわ
    せ、さらに、予測精度を維持するために、予め設定する
    周期で第1、第2、及び第4の手段の手順を繰り返すた
    めの、第3の手段と、 前記第4の手段から輸送される予測レーダー画像を表示
    する出力部(300)と、からなることを特徴とするハ
    イブリッド気象予測装置。
JP7168520A 1995-07-04 1995-07-04 ハイブリッド気象予測装置 Pending JPH0921883A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011196968A (ja) * 2010-03-24 2011-10-06 Osaka Gas Co Ltd 太陽光発電量予測装置
CN106405682A (zh) * 2016-08-29 2017-02-15 深圳先进技术研究院 一种降雨预测方法及装置
CN111929688A (zh) * 2020-09-22 2020-11-13 蔻斯科技(上海)有限公司 一种用于确定雷达回波预测帧序列的方法与设备

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