數(shù)據(jù)挖掘在閃電定位資料分析中的應(yīng)用

王穎+高云鵬+趙成磊+章程

摘 要：數(shù)據(jù)挖掘是一門新興的信息處理技術(shù)，在信息的利用和提取中發(fā)揮著重要的作用。文章在論述數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了數(shù)據(jù)挖掘在閃電定位資料分析中應(yīng)用的可行性，并具體論述了數(shù)據(jù)挖掘在雷電預(yù)警、雷暴分析、雷災(zāi)分析方面的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)挖掘 閃電定位資料 雷電預(yù)警 雷暴特征 雷電災(zāi)害

中圖分類號(hào)：TM863 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）04（c）-0145-02

Abstract：Data mining is a new information processing technology，that plays an important role in the information utilization and extraction .Under the technology of data mining ，this paper puts forward the feasibility of the application of data mining in the analysis of lightning positioning data， and discusses the application of data mining in Lightning warning and analysis of thunderstorm Characteristics and lightning disaster.

Key Words：Data mining Lightning Location Information Lightning warning Thunderstorm Characteristics Lightning disaster

閃電定位儀作為一種監(jiān)測(cè)雷電發(fā)生的氣象探測(cè)儀器，可以探測(cè)閃電發(fā)生的時(shí)間、位置、強(qiáng)度、極性等參數(shù)。隨著閃電定位儀分布的日趨完善，收集到的閃電定位資料越來越多，采用傳統(tǒng)方法處理，不易對(duì)其進(jìn)行深層次分析，從中提取有價(jià)值的信息，不利于防災(zāi)減災(zāi)管理水平的提高；同時(shí)，雖明知這些數(shù)據(jù)中蘊(yùn)藏著重要信息，但由于缺乏從數(shù)據(jù)庫中提取有價(jià)值信息的方法，許多決策缺乏直觀數(shù)據(jù)的支撐，只是憑借工作經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)。數(shù)據(jù)和信息之間的鴻溝要求我們必須找到對(duì)數(shù)據(jù)分析、分類、匯總的方法，在多種需求的驅(qū)動(dòng)下，數(shù)據(jù)挖掘應(yīng)運(yùn)而生。

通過對(duì)閃電定位資料以及每年雷災(zāi)分布資料的挖掘分析，可以發(fā)現(xiàn)隱含其中的潛在信息，提前做好防御準(zhǔn)備，減少因雷擊而造成的人員傷亡以及財(cái)產(chǎn)損失。

1 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)及其功能介紹

數(shù)據(jù)挖掘是數(shù)據(jù)庫研究、開發(fā)和應(yīng)用最活躍的分支之一，是在數(shù)據(jù)庫、人工智能、數(shù)理統(tǒng)計(jì)以及數(shù)據(jù)可視化等多學(xué)科基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門新興交叉學(xué)科。它利用機(jī)器學(xué)習(xí)的方法從數(shù)據(jù)庫中發(fā)現(xiàn)知識(shí)，揭示事件之間的關(guān)系，預(yù)測(cè)未來趨勢(shì)并為決策提供依據(jù)。

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)據(jù)的收集和管理工作，基本滿足了數(shù)據(jù)的一致性、準(zhǔn)確性等要求。數(shù)據(jù)挖掘是對(duì)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫技術(shù)進(jìn)行研究和開發(fā)的結(jié)果，它是從現(xiàn)實(shí)世界中存在的具體數(shù)據(jù)中識(shí)別出有效的、新穎的、潛在有效的以及最終可理解模式的非平常過程。它不僅能對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，并且能夠找出歷史數(shù)據(jù)之間的潛在聯(lián)系，從數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)與建立模式，從而找到內(nèi)在的未被發(fā)現(xiàn)的知識(shí)，讓數(shù)據(jù)真正成為對(duì)生產(chǎn)、生活有價(jià)值、有用的信息。

2 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在閃電定位資料分析中的應(yīng)用

2.1 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)應(yīng)用的必要性

目前，閃電定位儀監(jiān)測(cè)到的雷電信息數(shù)據(jù)量很大，一個(gè)雷暴過程就有上千條甚至上萬條的數(shù)據(jù)，根據(jù)這些海量數(shù)據(jù)獲得有效數(shù)據(jù)項(xiàng)之間的關(guān)聯(lián)規(guī)則和隱藏信息，對(duì)提升防災(zāi)減災(zāi)管理水平和優(yōu)化業(yè)務(wù)運(yùn)作提供了重要的科學(xué)支撐?？梢姴捎脭?shù)據(jù)挖掘技術(shù)來研究閃電定位儀記錄的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)， 揭示其中蘊(yùn)藏的深層次信息，必將獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

2.2 在雷電預(yù)警決策方面的應(yīng)用

隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，雷電災(zāi)害對(duì)社會(huì)生產(chǎn)、生活造成的損害日益凸顯，提前做好防御工作可極大的減輕災(zāi)害損失，雷電預(yù)警工作的重要性不言而喻。通過對(duì)閃電監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)（如經(jīng)緯度、強(qiáng)度、陡度、時(shí)間）進(jìn)行處理，結(jié)合雷雨云的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，建立模型，預(yù)測(cè)未來閃電發(fā)生的方位，及時(shí)向用戶發(fā)布雷電預(yù)警信息。預(yù)測(cè)方式的數(shù)據(jù)挖掘在研究雷電預(yù)警中具有重要的實(shí)用價(jià)值。

2.3 在雷暴特征分析方面的應(yīng)用

雷暴特征分析主要研究雷電活動(dòng)的時(shí)空分布規(guī)律。在數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的各項(xiàng)功能中，采用關(guān)聯(lián)分析，在海量閃電定位資料中，以小范圍（例如2平方公里）為取值域，尋找經(jīng)緯度數(shù)據(jù)的相似值，對(duì)出現(xiàn)概率較高值，建立其關(guān)聯(lián)規(guī)則，分析高雷暴區(qū)域與其周圍地理、地質(zhì)、土壤、水文等因素的隱性關(guān)聯(lián)；采用聚類方式，將每個(gè)取值域作為一個(gè)類，數(shù)據(jù)相似的為同一類，數(shù)據(jù)相異的為不同類，建立數(shù)據(jù)的分布模式圖，尋找不同域雷暴屬性的相互關(guān)系；采用時(shí)序模式，搜索出重復(fù)出現(xiàn)概率較高的域，可以實(shí)時(shí)判斷雷暴的未來運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，也可以用于研究雷暴發(fā)生域的日變化、月變化、年變化的特征，為防災(zāi)減災(zāi)的決策提供資料。

2.4 在雷電災(zāi)害分析方面的應(yīng)用

據(jù)目前不完全統(tǒng)計(jì)， 我國平均每年因雷電災(zāi)害造成的人員傷亡近千人，財(cái)產(chǎn)損失上百億元。閃電定位資料為雷電災(zāi)害分析提供了包括雷電災(zāi)害發(fā)生的時(shí)間、位置、強(qiáng)度、極性等資料，采用關(guān)聯(lián)分析法，根據(jù)記錄到的閃電發(fā)生的時(shí)間、經(jīng)緯度是否與災(zāi)害發(fā)生地位置吻合，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的損失特征，直接判斷是否因雷擊遭受損害，或者根據(jù)閃電定位資料、雷電流的特征以及發(fā)生地的環(huán)境特征，判斷該地遭受雷擊的概率，并結(jié)合其他調(diào)查手段，分析雷災(zāi)成因。

此外，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對(duì)區(qū)域時(shí)間內(nèi)的雷電災(zāi)害歷史分析有著重要的意義，結(jié)合使用關(guān)聯(lián)分析以及聚類的方法，剔除偏差數(shù)據(jù)，尋找雷暴、雷災(zāi)、地理環(huán)境之間的聯(lián)系，并且針對(duì)有防雷裝置的建筑，分析其受災(zāi)原因，有助于雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃的研究。

3 結(jié)語

數(shù)據(jù)挖掘在雷電預(yù)警、雷暴特征分析、雷災(zāi)分析方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值，采用先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，分析閃電定位資料，可為雷電防災(zāi)減災(zāi)的管理以及決策提供科學(xué)數(shù)據(jù)。目前，數(shù)據(jù)挖掘在雷電防災(zāi)減災(zāi)的應(yīng)用還處于初級(jí)階段，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)勢(shì)必在今后的防災(zāi)減災(zāi)發(fā)展中發(fā)揮重要作用。

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