[发明专利]基于生成对抗网络和数值模式产品的仿真卫星云图生成方法

权利要求书

1.一种基于生成对抗网络和数值模式产品的仿真卫星云图生成方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤1，收集并整理得到同一时次、同一区域的卫星云图数据和数值模式分析场产品，构建训练数据集，其中数值模式分析场产品是指融合了实际观探测数据的历史数值模式产品；

步骤2，根据所述训练数据集，构建基于深度生成对抗网络的仿真卫星云图生成模型并对模型进行训练；

步骤3，根据仿真卫星云图生成模型，以数值模式预报场产品作为模型输入，重构对应预报时次的仿真卫星云图并作为结果输出，其中数值模式预报场产品是指数值模式预测出的未来时次产品。

2.根据权利要求1所述的基于生成对抗网络和数值模式产品的仿真卫星云图生成方法，其特征在于，步骤1中，数值模式分析场产品中包含云量要素；

其中，云量要素提供至少一层等压面层上的云量数据，数据选自1000hpa～100hpa范围内若干标准等压面层。

3.根据权利要求2所述的基于生成对抗网络和数值模式产品的仿真卫星云图生成方法，其特征在于，数值模式分析场产品中还包括风场、涡度场、地表温度、云液水含量和云固水含量要素，其中，

风场要素提供至少一层等压面层上的风场数据，数据选自1000hpa～100hpa范围内若干标准等压面层；

涡度场要素提供至少一层等压面层上的涡度场数据，数据选自1000hpa～100hpa范围内若干标准等压面层。

4.根据权利要求1所述的基于生成对抗网络和数值模式产品的仿真卫星云图生成方法，其特征在于，步骤1中，卫星云图数据为与数值模式分析场产品同区域范围的特定可见光通道数据、水汽通道数据、红外通道数据或多个通道数据的组合。

5.根据权利要求1所述的基于生成对抗网络和数值模式产品的仿真卫星云图生成方法，其特征在于，在步骤2中，仿真卫星云图生成模型的生成网络G由编码-解码器网络结合一个上采样层模块构成。

6.根据权利要求5所述的基于生成对抗网络和数值模式产品的仿真卫星云图生成方法，其特征在于，步骤2中，将原始数值模式产品、真实卫星云图和生成网络G生成的仿真卫星云图均作为条件生成对抗网络模型中辨别网络D的输入，使数值模式产品参与辨别网络的计算过程。

7.根据权利要求6所述的基于生成对抗网络和数值模式产品的仿真卫星云图生成方法，其特征在于，步骤2中，训练过程以迭代方式执行：

首先，对辨别网络D进行训练，对辨别网络D批量输入真实卫星云图和生成网络G生成的仿真卫星云图，利用损失L_D通过反向传播的方式更新辨别网络D的参数；

继而冻结辨别网络D的参数，对生成网络G批量输入数值模式产品x和对应的真实卫星云图y，计算生成网络损失L_G，通过反向传播的方式更新生成网络G的参数；

重复上述过程直至生成网络G和辨别网络D的能力达到平衡，获取运行时仿真卫星云图生成模型的参数。

8.根据权利要求7所述的基于生成对抗网络和数值模式产品的仿真卫星云图生成方法，其特征在于，使用二元交叉熵作为损失度量，对于辨别网络D，损失函数如下：

L_D＝L_bce(D(x,y),1)+L_bce(D(x,G(x,z)),0)

x表示数值模式分析场产品，y表示对应的真实卫星云图，G(x,z)表示生成网络G由数值模式产品x和随机噪声z生成的仿真卫星云图；D(x,y)为辨别网络D识别真伪卫星云图的概率；

N为模型输入的一个批样本数量；a∈{0,1}表示输入数据的标签，0表示仿真卫星云图；1表示真实卫星云图；是辨别网络D输出的辨别值，该值靠近0则判别网络认为输入是仿真卫星云图的概率高，靠近1则认为输入是真实卫星云图的概率高。