一种基于哈希值特征的闪电定位方法及装置与流程

1.本发明涉及闪电监测技术领域，具体涉及一种基于哈希值特征的闪电定位方法及装置。另外，还涉及一种电子设备及处理器可读存储介质。


背景技术：

2.近年来，基于低频信号的全闪定位技术蓬勃发展，越来越多的开始部署低频全闪定位系统，并正在推进业务化。但是，业务领域发展建立的全闪定位系统，侧重于全闪功能的实现，主要考虑实时性和速度。这导致每次闪电脉冲放电事件的定位效率仍较低，每次闪电的精细程度不足，即一次闪电定位到的脉冲放电事件的个数少，遗漏了大量的云内放电信息。目前有些领域虽然发展了更高精细程度的低频全闪定位技术，但是其往往采取长记录时间，基于波形的定位方式，处理速度慢，实时性差，不适合业务领域的应用需求。因此，如何设计一种更为高效、精确的闪电定位方法成为亟待解决的难题。


技术实现要素：

3.为此，本发明提供一种基于哈希值特征的闪电定位方法及装置，以解决现有技术中存在的闪电定位方案局限性较高，从而导致定位效率和精确度较差的缺陷。
4.第一方面，本发明提供的基于哈希值特征的闪电定位方法，包括：获取多个闪电探测站点分别记录的脉冲波形的哈希值和峰值时间；基于所述峰值时间对所述脉冲波形进行第一次筛选，获得所述多个闪电探测站点中满足预设第一次筛选条件的脉冲波形；基于所述满足预设第一次筛选条件的脉冲波形的哈希值进行关联分析，获得所述多个闪电探测站点对应的同源脉冲波形的峰值时间；其中，所述同源脉冲波形的峰值时间用于表示各个闪电探测站点接收到同源脉冲放电事件的时间；基于所述多个闪电探测站点对应的同源脉冲波形的峰值时间以及所述多个闪电探测站点的位置数据，确定所述同源脉冲放电事件的发生时间及目标位置。
5.进一步的，所述获取多个闪电探测站点分别记录的脉冲波形的哈希值，具体包括：将所述多个闪电探测站点分别记录的脉冲波形按照对应的时间顺序划分为多个等份的波段，并确定每个波段的脉冲幅度平均值；将所述多个闪电探测站点分别记录的脉冲波形按照对应的脉冲幅度值绝对变化范围划分为多个等份的脉冲幅度变化区间；基于所述脉冲幅度平均值与所述脉冲幅度变化区间的对应关系，以及所述脉冲幅度变化区间对应的数值，确定所述多个闪电探测站点分别记录的脉冲波形的哈希值；其中，所述脉冲波形的哈希值包括多个波段分别对应的多个哈希值。
6.进一步的，所述基于所述峰值时间对所述脉冲波形进行第一次筛选，获得所述多个闪电探测站点中满足预设第一次筛选条件的脉冲波形，具体包括：确定第一次筛选条件；所述第一次筛选条件为所述多个闪电探测站点中任意两个
闪电探测站点之间的脉冲波形的峰值时间差小于所述两个闪电探测站点之间的光速传播时间；从所述多个闪电探测站点中确定第一闪电探测站点记录的脉冲波形的峰值时间，将所述多个闪电探测站点中第二闪电探测站点记录的脉冲波形的峰值时间分别与所述第一闪电探测站点记录的脉冲波形的峰值时间进行做差，得到时间差；将所述时间差分别与相应的闪电探测站点间的光速传播时间进行比对，得到所述第二闪电探测站点的脉冲波形中满足预设第一次筛选条件的脉冲波形；其中，所述第二闪电探测站点为从所述多个闪电探测站点中确定的除所述第一闪电探测站点之外的多个闪电探测站点。
7.进一步的，所述基于所述满足预设第一次筛选条件的脉冲波形的哈希值进行关联分析，获得所述多个闪电探测站点对应的同源脉冲波形的峰值时间，具体包括：在划分的脉冲幅度变化区间的数量少于预设数量的情况下，对所述满足预设第一次筛选条件的脉冲波形的哈希值进行街区距离计算，以从第二闪电探测站点中确定与第一闪电探测站点的脉冲波形的哈希值差距最小且小于第一预设值的同源脉冲波形，并确定所述同源脉冲波形的峰值时间；或者，在划分的脉冲幅度变化区间的数量大于或等于所述预设数量的情况下，对所述满足预设第一次筛选条件的脉冲波形的哈希值进行相关系数计算，以从第二闪电探测站点中确定与第一闪电探测站点的脉冲波形的哈希值相关系数最大且大于第二预设值的同源脉冲波形，并确定所述同源脉冲波形的峰值时间。
8.进一步的，在获取多个闪电探测站点分别记录的脉冲波形的哈希值之前，还包括：预先获取所述多个闪电探测站点采集的闪电脉冲放电信号的原始脉冲波形数据，对所述原始脉冲波形数据进行带通滤波处理，获得相应的脉冲频段，对所述脉冲频段进行归一化处理，获得所述多个闪电探测站点分别对应的目标脉冲频段；其中，所述闪电脉冲放电信号为闪电脉冲放电事件产生的信号；基于预设的脉冲幅度阈值和时间间隔，从所述目标脉冲频段中查找脉冲峰，获得所述多个闪电探测站点分别对应的单个放电脉冲的脉冲波形。
9.进一步的，所述基于所述多个闪电探测站点对应的同源脉冲波形的峰值时间以及所述多个闪电探测站点的位置数据，确定所述同源脉冲放电事件的发生时间及目标位置，具体包括：获取所述多个闪电探测站点的位置数据；利用预设的到达时间算法，基于所述多个闪电探测站点对应的目标脉冲波形的峰值时间以及所述多个闪电探测站点的位置数据进行计算，以确定所述同源脉冲放电事件的发生时间及目标位置；其中，所述到达时间算法用于基于至少四个闪电探测站点的同源脉冲波形的峰值时间以及位置数据来计算同源脉冲放电事件的发生时间及目标位置。
10.第二方面，本发明还提供一种基于哈希值特征的闪电定位装置，包括：脉冲波形数据获取单元，用于获取多个闪电探测站点分别记录的脉冲波形的哈希值和峰值时间；脉冲波形筛选单元，用于基于所述峰值时间对所述脉冲波形进行第一次筛选，获
得所述多个闪电探测站点中满足预设第一次筛选条件的脉冲波形；脉冲波形关联分析单元，用于基于所述满足预设第一次筛选条件的脉冲波形的哈希值进行关联分析，获得所述多个闪电探测站点对应的同源脉冲波形的峰值时间；其中，所述同源脉冲波形的峰值时间用于表示各个闪电探测站点接收到同源脉冲放电事件的时间；闪电定位单元，用于基于所述多个闪电探测站点对应的同源脉冲波形的峰值时间以及所述多个闪电探测站点的位置数据，确定所述同源脉冲放电事件的发生时间及目标位置。
11.进一步的，所述脉冲波形数据获取单元，具体用于：将所述多个闪电探测站点分别记录的脉冲波形按照对应的时间顺序划分为多个等份的波段，并确定每个波段的脉冲幅度平均值；将所述多个闪电探测站点分别记录的脉冲波形按照对应的脉冲幅度值绝对变化范围划分为多个等份的脉冲幅度变化区间；基于所述脉冲幅度平均值与所述脉冲幅度变化区间的对应关系，以及所述脉冲幅度变化区间对应的数值，确定所述多个闪电探测站点分别记录的脉冲波形的哈希值；其中，所述脉冲波形的哈希值包括多个波段分别对应的多个哈希值。
12.进一步的，所述脉冲波形筛选单元，具体用于：确定第一次筛选条件；所述第一次筛选条件为所述多个闪电探测站点中任意两个闪电探测站点之间的脉冲波形的峰值时间差小于所述两个闪电探测站点之间的光速传播时间；从所述多个闪电探测站点中确定第一闪电探测站点记录的脉冲波形的峰值时间，将所述多个闪电探测站点中第二闪电探测站点记录的脉冲波形的峰值时间分别与所述第一闪电探测站点记录的脉冲波形的峰值时间进行做差，得到时间差；将所述时间差分别与相应的闪电探测站点间的光速传播时间进行比对，得到所述第二闪电探测站点的脉冲波形中满足预设第一次筛选条件的脉冲波形；其中，所述第二闪电探测站点为从所述多个闪电探测站点中确定的除所述第一闪电探测站点之外的多个闪电探测站点。
13.进一步的，所述脉冲波形关联分析单元，具体用于：在划分的脉冲幅度变化区间的数量少于预设数量的情况下，对所述满足预设第一次筛选条件的脉冲波形的哈希值进行街区距离计算，以从第二闪电探测站点中确定与第一闪电探测站点的脉冲波形的哈希值差距最小且小于第一预设值的同源脉冲波形，并确定所述同源脉冲波形的峰值时间；或者，在划分的脉冲幅度变化区间的数量大于或等于所述预设数量的情况下，对所述满足预设第一次筛选条件的脉冲波形的哈希值进行相关系数计算，以从第二闪电探测站点中确定与第一闪电探测站点的脉冲波形的哈希值相关系数最大且大于第二预设值的同源脉冲波形，并确定所述同源脉冲波形的峰值时间。
14.进一步的，在获取多个闪电探测站点分别记录的脉冲波形的哈希值之前，还包括：脉冲波形确定单元，用于预先获取所述多个闪电探测站点采集的闪电脉冲放电信号的原始脉冲波形数据，对所述原始脉冲波形数据进行带通滤波处理，获得相应的脉冲频段，对所述脉冲频段进行归一化处理，获得所述多个闪电探测站点分别对应的目标脉冲频
段；其中，所述闪电脉冲放电信号为闪电脉冲放电事件产生的信号；基于预设的脉冲幅度阈值和时间间隔，从所述目标脉冲频段中查找脉冲峰，获得所述多个闪电探测站点分别对应的单个放电脉冲的脉冲波形。
15.进一步的，所述闪电定位单元，具体用于：获取所述多个闪电探测站点的位置数据；利用预设的到达时间算法，基于所述多个闪电探测站点对应的目标脉冲波形的峰值时间以及所述多个闪电探测站点的位置数据进行计算，以确定所述同源脉冲放电事件的发生时间及目标位置；其中，所述到达时间算法用于基于至少四个闪电探测站点的同源脉冲波形的峰值时间以及位置数据来计算同源脉冲放电事件的发生时间及目标位置。
16.第三方面，本发明还提供一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行所述计算机程序时实现如上述任意一项所述的基于哈希值特征的闪电定位方法的步骤。
17.第四方面，本发明还提供一种处理器可读存储介质，所述处理器可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任意一项所述的基于哈希值特征的闪电定位方法的步骤。
18.本发明提供的基于哈希值特征的闪电定位方法，通过获取多个闪电探测站点分别记录的脉冲波形的哈希值和峰值时间；基于峰值时间对脉冲波形进行第一次筛选，获得多个闪电探测站点中满足预设第一次筛选条件的脉冲波形；基于满足预设第一次筛选条件的脉冲波形的哈希值进行关联分析，获得多个闪电探测站点对应的同源脉冲波形的峰值时间；同源脉冲波形的峰值时间用于表示各个闪电探测站点接收到同源脉冲放电事件的时间；基于多个闪电探测站点对应的同源脉冲波形的峰值时间以及多个闪电探测站点的位置数据，来确定同源脉冲放电事件的发生时间及目标位置，其能够有效提高针对闪电脉冲放电事件的定位效率和精确度。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取其他的附图。
20.图1是本发明实施例提供的基于哈希值特征的闪电定位方法的流程示意图；图2是本发明实施例提供的针对一次回击的脉冲波形所识别出的峰值位置的示意图；图3是本发明实施例提供的单个放电脉冲的脉冲波形的示意图；图4是本发明实施例提供的脉冲波形的哈希值的示意图；图5是本发明实施例提供的四个闪电探测站点的位置示意图；图6是本发明实施例提供的四个闪电探测站点的脉冲波形的示意图；图7是本发明实施例提供的利用哈希特征对一次闪电脉冲放电事件个例的定位结果的示意图；
图8是本发明实施例提供的基于哈希值特征的闪电定位装置的结构示意图；图9是本发明实施例提供的电子设备的实体结构示意图。
具体实施方式
21.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.目前，业务全闪定位系统在方法上主要使用脉冲峰值特征对多个闪电探测站点的闪电脉冲进行匹配，以提高定位速度。但是由于地形等因素造成脉冲峰值的变化，导致匹配效率不高，造成实际的闪电事件定位点少。为了解决上述问题，在目前业务闪电定位系统的框架下，本发明提出了一种基于哈希值特征的闪电定位方法，应用于业务全闪定位系统，大幅度提高目前业务闪电定位系统的定位效率。
23.下面基于本发明所述的基于哈希值特征的闪电定位方法，对其实施例进行详细描述。如图1所示，其为本发明实施例提供的基于哈希值特征的闪电定位方法的流程示意图，具体过程包括以下步骤：步骤101：获取多个闪电探测站点分别记录的脉冲波形的哈希值和峰值时间。
24.在本发明实施例中，可将所述多个闪电探测站点的脉冲波形分别按照对应的时间顺序划分为多个等份的波段，并计算确定每个波段的脉冲幅度平均值，并将所述多个闪电探测站点分别对应的脉冲波形按照对应的脉冲幅度值绝对变化范围划分为多个等份的脉冲幅度变化区间。然后，基于所述脉冲幅度平均值与所述脉冲幅度变化区间的对应关系，以及所述脉冲幅度变化区间对应的数值，确定所述多个闪电探测站点分别对应的脉冲波形的哈希值，并确定哈希值和峰值时间确定相应的特征向量。其中，所述脉冲波形的哈希值包括多个波段分别对应的多个哈希值。所述多个闪电探测站点可以为分布在不同位置的至少四个不同闪电探测站点组成的分布式闪电探测站点网络。例如：将所述多个闪电探测站点的脉冲波形分别按照对应的时间顺序从前到后划分为n个等份（比如，5等份）的波段，即按照时序得到的n等份，并确定每个等份的波段的脉冲幅度平均值。其中，n可为大于1的任意正整数。所述脉冲波形对应的时间顺序可为图3中的横坐标方向。并将所述多个闪电探测站点的脉冲波形分别按照对应的脉冲幅度值绝对变化范围划分为m个等份（比如，5等份）的脉冲幅度变化区间，每份脉冲幅度变化区间为脉冲幅值绝对变化范围的m分之一。其中，m可为大于1的任意正整数。所述脉冲波形对应的脉冲幅度值绝对变化范围可为图3中的纵坐标方向。在基于所述脉冲幅度平均值与所述脉冲幅度变化区间的对应关系，以及所述脉冲幅度变化区间对应的数值，确定所述多个闪电探测站点分别对应的脉冲波形的哈希值过程中，可将脉冲幅度平均值与所述脉冲幅度变化区间的值进行匹配，确定所述脉冲幅度平均值与脉冲幅度变化区间的对应关系，其中所述脉冲幅度变化区间的值可以是区间初始端点、中间点或者末端点的值等，以将该值赋予其波段的相应的值（即哈希值），通过依次判断时序上的n个波段的数据，得到n个哈希幅度，即该n个脉冲波形对应的n个哈希值。也就是，通过判断每组幅值的均值（即脉冲幅度平均值）位于脉冲幅度值绝对变化范围的哪个脉冲幅度变化区间，进而赋予其波段的相应值（即哈希值），比如，m个等份的脉冲幅度变化区间包括
（-0.2,-0.15）、（-0.15，-0.1）、（-0.1，-0.05）、（-0.05，0）、（0，0.05），若n个等份的波段的脉冲幅度平均值分别为-0.16、-0.12、-0.06、-0.04、0.03，则可将相应的脉冲幅度变化区间的两个端点的值或者两个端点的平均值赋予给对应波段，并作为其哈希值，从而使得n个脉冲波形将对应得到n个哈希值。也就是，按照时序得到的n等份，判断每组幅值的均值位于幅度变化的哪个区间，赋予其幅度的相应值。依次判断时序上的n组数据，得到n个哈希幅度，即为该脉冲波形的n个哈希值。除此之外，还可通过脉冲波形直接获取其对应的峰值时间。
25.另外，需要说明的是，在获取多个闪电探测站点分别记录的脉冲波形的哈希值之前，还需要预先获取所述多个闪电探测站点采集的闪电脉冲放电信号的原始脉冲波形数据，对所述原始脉冲波形数据进行带通滤波处理，获得相应的脉冲频段，对所述脉冲频段进行归一化处理，获得所述多个闪电探测站点分别对应的目标脉冲频段。其中，所述闪电脉冲放电信号为闪电脉冲放电事件产生的信号。进一步的，基于预设的脉冲幅度阈值和时间间隔，从所述目标脉冲频段中查找脉冲峰，以获得所述多个闪电探测站点分别对应的单个放电脉冲的脉冲波形，即得到多个闪电探测站点分别对应的脉冲波形。也就是，需要对脉冲波形进行预处理及寻峰，每个闪电探测站点的闪电放电信号波形数据进行带通滤波处理，获得需要的脉冲频段（比如1k-300k），然后归一化，得到需要的目标脉冲频段。然后，以预设的脉冲幅度阈值和时间间隔寻找脉冲峰（比如脉冲幅度阈值为底噪的10倍，峰峰时间间隔20μs），提取出预设长度的单个脉冲完整的脉冲波形（比如20μs）。
26.步骤102：基于所述峰值时间对所述脉冲波形进行第一次筛选，获得所述多个闪电探测站点中满足预设第一次筛选条件的脉冲波形。
27.由于多个闪电探测站点的位置不同，同一个闪电脉冲放电信号到达不同闪电探测站点的时间也不一样。短时间内可能产生多个闪电脉冲放电事件，多个闪电探测站点分别对应的脉冲波形可能来自于不同的闪电脉冲放电事件，因此需要进行初步的过滤，将可能不属于同一闪电脉冲放电事件（即同源脉冲放电事件）产生的脉冲波形进行第一次筛选过滤，获得所述多个闪电探测站点中满足预设第一次筛选条件的脉冲波形，所述满足预设第一次筛选条件的脉冲波形即为可能属于同源脉冲放电事件的脉冲波形。也就是，需要保证所述多个闪电探测站点分别对应的脉冲波形是基于同一个闪电脉冲放电信号（即同源脉冲放电信号）产生的脉冲波形。所述同一闪电脉冲放电事件产生的信号即为同源放电事件信号。
28.在本发明实施例中，为了提高处理速度，可从所述多个闪电探测站点中确定第一闪电探测站点（即主站点），基于所述多个闪电探测站点中第二闪电探测站点（即从站点或者子站点）的脉冲波形的峰值时间分别与所述第一闪电探测站点的脉冲波形的峰值时间进行匹配筛选，获得所述多个闪电探测站点中满足预设第一次筛选条件的脉冲波形。所述第二闪电探测站点为所述多个闪电探测站点中确定的除所述第一闪电探测站点之外的至少三个闪电探测站点其中，若划分的波段为8等份，则获得的所述脉冲波形的哈希值可如图4所示。所述第二闪电探测站点为从所述多个闪电探测站点中确定的除所述第一闪电探测站点之外的闪电探测站点。所述第一闪电探测站点可以是预先从闪电探测站点网络中确定的主站点，所述第二闪电探测站点可以是预先从闪电探测站点网络中确定的从站点。如图5所示，500可为一个闪电脉冲放电事件，501可为选定的第一闪电探测站点，将502-504为第二闪电探
测站点记录的脉冲波形的峰值时间分别与所述第一闪电探测站点记录的脉冲波形的峰值时间进行匹配做差。如图6所示，（a）为第一闪电探测站点记录的脉冲波形及其峰值时间；（b）、（c）、（d）分别为各个第二闪电探测站点记录的脉冲波形及其峰值时间，可以（a）中的脉冲波形chj-1为参考的脉冲波形及其峰值时间，将（b）、（c）、（d）中的ctx-1、ctx-2、sgc-1、sgc-2、zcj-1、zcj-2对应的峰值时间分别与所述chj-1的峰值时间进行做差处理，以确定满足预设第一次筛选条件的脉冲波形，比如ctx-1、sgc-1、zcj-1。当（b）中的ctx-1、ctx-2分别与chj-1的峰值时间进行做差处理得到相应的时间差时，将该时间差与相应的闪电探测站点间（即（a）和（b）之间）的光速传播时间进行比对。
29.具体的，可预先确定第一次筛选条件；所述第一次筛选条件为所述多个闪电探测站点中任意两个闪电探测站点之间的脉冲波形的峰值时间差小于所述两个闪电探测站点之间的光速传播时间；从所述多个闪电探测站点中确定第一闪电探测站点记录的脉冲波形的峰值时间，将所述多个闪电探测站点中第二闪电探测站点记录的脉冲波形的峰值时间分别与所述第一闪电探测站点记录的脉冲波形的峰值时间进行做差，得到时间差；将所述时间差分别与相应的闪电探测站点间的光速传播时间进行比对，若所述时间差小于所述光速传播时间，则得到所述第二闪电探测站点的脉冲波形中满足预设第一次筛选条件的脉冲波形。例如，首先确定一个站为主站点，其他站为子站点。以主站点的脉冲波形为主，根据上述第一次筛选条件计算出子站点符合第一次筛选条件的脉冲波形。需要说明的是，大部分情况下这个筛选出的子站点脉冲波形数量大于1，都是可能属于同一闪电脉冲放电事件的脉冲波形，通过第一次筛选得到的实际上并没有确定就是同一闪电脉冲放电事件的脉冲波形。所述脉冲波形的峰值具体如图2所示中圆圈所示。
30.另外，为了实现更优的精确度，还可将分布式闪电探测站点网络中所有的闪电探测站点分别作为主站点，并分别将主站点之外的其他闪电探测站点作为从站点，并依次进行匹配筛选，获得多个闪电探测站点中可能属于同一闪电脉冲放电事件的脉冲波形。
31.步骤103：基于所述满足预设第一次筛选条件的脉冲波形的哈希值进行关联分析，获得所述多个闪电探测站点对应的同源脉冲波形的峰值时间；其中，所述同源脉冲波形的峰值时间用于表示各个闪电探测站点接收到同源脉冲放电事件的时间。
32.在本发明实施例中，可根据所述主站点的脉冲波形的哈希值与子站点的所有满足第一次筛选条件的脉冲波形的哈希值，计算哈希值相关系数大于第二预设值并为最大值，或者街区距离小于第一预设值并为最小值，符合第一次筛选条件的脉冲波形为可能属于同源放电事件脉冲波形，得到同源放电事件脉冲波形的峰值时间。
33.具体的，由于不同的划分粒度对应的最优算法不同，在划分的所述脉冲幅度变化区间的数量少于预设数量（即表示m等份划分为粗粒度）的情况下，基于所述同一闪电脉冲放电事件的脉冲波形的哈希值进行街区距离计算，以从第二闪电探测站点中确定与第一闪电探测站点的脉冲波形的哈希值的差距最小且小于第一预设值的同源脉冲波形，并确定所述同源脉冲波形的峰值时间。也就是，在在m设定较小（比如等份为6）的情况下，利用街区最短路径问题算法计算预设时间内脉冲波形的哈希值的差距，差距最小且小于第一预设值的脉冲对为匹配的同源脉冲波形，进而得到对应的同源脉冲波形的峰值时间。也就是，在划分的脉冲幅度变化区间的数量少于预设数量的情况下，基于所述主站点与子站点可能的脉冲波形的哈希值进行街区距离计算，以从子站点中确定与主站的脉冲波形的哈希值的差值小
于第一预设值且为最小的同源脉冲波形，比如计算的差值包括7、9、12，第一预设值10，则差值小于第一预设值且为最小的同源脉冲波形时，差值可为7。
34.例如：使用的街区最短路径问题算法具体可包括：假设有特征向量以及特征向量，两者之间的街区距离d（即脉冲波形的哈希值的差距）定义为：；其中，n 为每个特征向量的长度。街区距离的值的均为正值，值越小表明特征向量差异越小，i表示与划分的波段的个数相对应。
35.在划分的脉冲幅度变化区间的数量大于或等于所述预设数量（即表示m等份划分为细粒度）的情况下，基于所述同一闪电脉冲放电事件的脉冲波形的哈希值进行相关系数计算（即基于脉冲波形的哈希值对应的特征向量进行相关计算得到相关系数），以从第二闪电探测站点中确定与第一闪电探测站点的脉冲波形的哈希值的相关系数最大且大于第二预设值的同源脉冲波形，并确定所述同源脉冲波形的峰值时间。也就是，在m设定较大（比如等份为30）的情况下，使用相关算法计算预设时间内脉冲波形的哈希值的相关系数，相关系数最大且大于第二预设值的脉冲对为匹配的同源脉冲波形。根据匹配信息得到对应的同源脉冲波形的峰值时间。也就是，在划分的脉冲幅度变化区间的数量大于或等于所述预设数量的情况下，基于所述主站点与子站点可能的脉冲波形的哈希值进行相关系数计算，以从子站中确定与主站的脉冲波形的哈希值的相关系数大于第二预设值且为最大的同源信号波形，比如计算的相关系数包括7、9、12，第二预设值8，则相关系数大于第二预设值且为最大时，相关系数可为12。
36.其中，所述预设数量可根据历史数据具体确定，以保证通过两种方式确定的所述同源脉冲波形的峰值时间最精确。所述特征向量为哈希值对应的特征向量。哈希值特征或者特征哈希的目标就是将一个数据点转换成一个特征向量。
37.例如：相关算法可包括：假设有特征向量以及特征向量，它们之间的相关系数r定义为：；其中，n 为每个特征向量的长度。相关系数的值的范围是从
ꢀ–
1 到 +1。相关系数的值
ꢀ–
1 表示完全负相关，而相关系数的值 +1 表示完全正相关。相关系数的值 0 表示向量之间没有相关性；表示特征向量a的均值，表示特征向量b的均值；i表示与划分的波段的个数相对应。
38.步骤104：基于所述多个闪电探测站点对应的同源脉冲波形的峰值时间以及所述多个闪电探测站点的位置数据，确定所述同源脉冲放电事件的发生时间及目标位置。
39.在本步骤具体实施过程中，需要预先获取所述多个闪电探测站点的位置数据，进而利用预设的到达时间算法，基于所述多个闪电探测站点对应的同源脉冲波形的峰值时间以及所述多个闪电探测站点的位置数据进行计算，以确定所述同源脉冲放电事件的发生时
间及目标位置。其中，所述到达时间算法（即预估到达时间算法）用于基于至少四个闪电探测站点的同源脉冲波形的峰值时间以及位置数据来计算同源脉冲放电事件的发生时间及目标位置。例如，根据匹配的同源脉冲波形的峰值时间以及各个闪电探测站点的地理位置，利用到达时间算法（即toa定位算法，time of arrival）计算闪电脉冲放电事件的发生时间和目标位置。其中，所述同源脉冲波形为同源脉冲波形，所述同源脉冲波形的峰值时间用于表示相应闪电探测站点接收同源脉冲放电事件的时间。进一步的，还可用lm（levenberg-marquardt）算法对所述发生时间和目标位置进行优化，计算出精确的辐射源定位三维位置和时间，在此不再详细赘述。toa定位算法是对位置服务技术中应用最广泛的一种算法，在此不再详细赘述。
40.图5为一次闪电放电事件被地面闪电探测站点探测到的示意图。toa算法具体包括：假设闪电放电事件500发生的目标位置（即空间坐标位置）和发生时间可表示为（x，y，z，t），均为需要求解的未知量。闪电探测站点i的位置和接收到该闪电脉冲放电事件的时间（即同源脉冲波形的峰值时间）为（xi，yi，zi，ti），均为已知量。根据上述信息可以列出闪电放电事件与闪电探测站点之间的距离关系式：；关系式中c为光速，i为闪电探测站点的编号。由于闪电放电事件要求解的参量有（x，y，z，t）4个，由此可知，需要至少4个上述距离关系式进行计算，因此本发明需要至少4个闪电探测站点便能解算出闪电放电事件的发生时间的目标位置。如图7所示，其为利用哈希特征对一次闪电脉冲放电事件个例的定位结果的示意图。
41.本发明研究了特征对闪电脉冲电场波形的表达能力，根据测试结果确定了表达效果好的特征，代替单一的峰值特征。本发明实施例所述的基于哈希值特征的闪电定位方法，通过获取多个闪电探测站点分别记录的脉冲波形的哈希值和峰值时间；基于峰值时间对脉冲波形进行第一次筛选，获得多个闪电探测站点中满足预设第一次筛选条件的脉冲波形；基于满足预设第一次筛选条件的脉冲波形的哈希值进行关联分析，获得多个闪电探测站点对应的同源脉冲波形的峰值时间；同源脉冲波形的峰值时间用于表示各个闪电探测站点接收到同源脉冲放电事件的时间；基于多个闪电探测站点对应的同源脉冲波形的峰值时间以及多个闪电探测站点的位置数据，来确定同源脉冲放电事件的发生时间及目标位置，其能够有效提高针对闪电脉冲放电事件的定位效率和精确度。
42.与上述提供的一种基于哈希值特征的闪电定位方法相对应，本发明还提供一种基于哈希值特征的闪电定位装置。由于该装置的实施例相似于上述方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处请参见上述方法实施例部分的说明即可，下面描述的基于哈希值特征的闪电定位装置的实施例仅是示意性的。请参考图8所示，其为本发明实施例提供的一种基于哈希值特征的闪电定位装置的结构示意图。
43.本发明所述基于哈希值特征的闪电定位装置，具体包括如下部分：脉冲波形数据获取单元801，用于获取多个闪电探测站点分别记录的脉冲波形的哈希值和峰值时间；脉冲波形筛选单元802，用于基于所述峰值时间对所述脉冲波形进行第一次筛选，获得所述多个闪电探测站点中满足预设第一次筛选条件的脉冲波形；
脉冲波形关联分析单元803，用于基于所述满足预设第一次筛选条件的脉冲波形的哈希值进行关联分析，获得所述多个闪电探测站点对应的同源脉冲波形的峰值时间；其中，所述同源脉冲波形的峰值时间用于表示各个闪电探测站点接收到同源脉冲放电事件的时间；闪电定位单元804，用于基于所述多个闪电探测站点对应的同源脉冲波形的峰值时间以及所述多个闪电探测站点的位置数据，确定所述同源脉冲放电事件的发生时间及目标位置。
44.进一步的，所述脉冲波形数据获取单元，具体用于：将所述多个闪电探测站点分别记录的脉冲波形按照对应的时间顺序划分为多个等份的波段，并确定每个波段的脉冲幅度平均值；将所述多个闪电探测站点分别记录的脉冲波形按照对应的脉冲幅度值绝对变化范围划分为多个等份的脉冲幅度变化区间；基于所述脉冲幅度平均值与所述脉冲幅度变化区间的对应关系，以及所述脉冲幅度变化区间对应的数值，确定所述多个闪电探测站点分别记录的脉冲波形的哈希值；其中，所述脉冲波形的哈希值包括多个波段分别对应的多个哈希值。
45.进一步的，所述脉冲波形筛选单元，具体用于：确定第一次筛选条件；所述第一次筛选条件为所述多个闪电探测站点中任意两个闪电探测站点之间的脉冲波形的峰值时间差小于所述两个闪电探测站点之间的光速传播时间；从所述多个闪电探测站点中确定第一闪电探测站点记录的脉冲波形的峰值时间，将所述多个闪电探测站点中第二闪电探测站点记录的脉冲波形的峰值时间分别与所述第一闪电探测站点记录的脉冲波形的峰值时间进行做差，得到时间差；将所述时间差分别与相应的闪电探测站点间的光速传播时间进行比对，得到所述第二闪电探测站点的脉冲波形中满足预设第一次筛选条件的脉冲波形；其中，所述第二闪电探测站点为从所述多个闪电探测站点中确定的除所述第一闪电探测站点之外的多个闪电探测站点。
46.进一步的，所述脉冲波形关联分析单元，具体用于：在划分的脉冲幅度变化区间的数量少于预设数量的情况下，对所述满足预设第一次筛选条件的脉冲波形的哈希值进行街区距离计算，以从第二闪电探测站点中确定与第一闪电探测站点的脉冲波形的哈希值差距最小且小于第一预设值的同源脉冲波形，并确定所述同源脉冲波形的峰值时间；或者，在划分的脉冲幅度变化区间的数量大于或等于所述预设数量的情况下，对所述满足预设第一次筛选条件的脉冲波形的哈希值进行相关系数计算，以从第二闪电探测站点中确定与第一闪电探测站点的脉冲波形的哈希值相关系数最大且大于第二预设值的同源脉冲波形，并确定所述同源脉冲波形的峰值时间。
47.进一步的，在获取多个闪电探测站点分别记录的脉冲波形的哈希值之前，还包括：脉冲波形确定单元，用于预先获取所述多个闪电探测站点采集的闪电脉冲放电信号的原始脉冲波形数据，对所述原始脉冲波形数据进行带通滤波处理，获得相应的脉冲频段，对所述脉冲频段进行归一化处理，获得所述多个闪电探测站点分别对应的目标脉冲频
段；其中，所述闪电脉冲放电信号为闪电脉冲放电事件产生的信号；基于预设的脉冲幅度阈值和时间间隔，从所述目标脉冲频段中查找脉冲峰，获得所述多个闪电探测站点分别对应的单个放电脉冲的脉冲波形。
48.进一步的，所述闪电定位单元，具体用于：获取所述多个闪电探测站点的位置数据；利用预设的到达时间算法，基于所述多个闪电探测站点对应的目标脉冲波形的峰值时间以及所述多个闪电探测站点的位置数据进行计算，以确定所述同源脉冲放电事件的发生时间及目标位置；其中，所述到达时间算法用于基于至少四个闪电探测站点的同源脉冲波形的峰值时间以及位置数据来计算同源脉冲放电事件的发生时间及目标位置。
49.本发明实施例所述的基于哈希值特征的闪电定位装置，通过获取多个闪电探测站点分别记录的脉冲波形的哈希值和峰值时间；基于峰值时间对脉冲波形进行第一次筛选，获得多个闪电探测站点中满足预设第一次筛选条件的脉冲波形；基于满足预设第一次筛选条件的脉冲波形的哈希值进行关联分析，获得多个闪电探测站点对应的同源脉冲波形的峰值时间；同源脉冲波形的峰值时间用于表示各个闪电探测站点接收到同源脉冲放电事件的时间；基于多个闪电探测站点对应的同源脉冲波形的峰值时间以及多个闪电探测站点的位置数据，来确定同源脉冲放电事件的发生时间及目标位置，其能够有效提高针对闪电脉冲放电事件的定位效率和精确度。
50.与上述提供的基于哈希值特征的闪电定位方法相对应，本发明还提供一种电子设备。由于该电子设备的实施例相似于上述方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处请参见上述方法实施例部分的说明即可，下面描述的电子设备仅是示意性的。如图9所示，其为本发明实施例公开的一种电子设备的实体结构示意图。该电子设备可以包括：处理器（processor）901、存储器（memory）902和通信总线903，其中，处理器901，存储器902通过通信总线903完成相互间的通信，通过通信接口904与外部进行通信。处理器901可以调用存储器902中的逻辑指令，以执行基于哈希值特征的闪电定位方法，该方法包括：获取多个闪电探测站点分别记录的脉冲波形的哈希值和峰值时间；基于所述峰值时间对所述脉冲波形进行第一次筛选，获得所述多个闪电探测站点中满足预设第一次筛选条件的脉冲波形；基于所述满足预设第一次筛选条件的脉冲波形的哈希值进行关联分析，获得所述多个闪电探测站点对应的同源脉冲波形的峰值时间；其中，所述同源脉冲波形的峰值时间用于表示各个闪电探测站点接收到同源脉冲放电事件的时间；基于所述多个闪电探测站点对应的同源脉冲波形的峰值时间以及所述多个闪电探测站点的位置数据，确定所述同源脉冲放电事件的发生时间及目标位置。
51.此外，上述的存储器902中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：存储芯片、u盘、移动硬盘、只读存储器 （rom，read-only memory）、随机存取存储器（ram，random access memory）、磁碟或者
光盘等各种可以存储程序代码的介质。
52.另一方面，本发明实施例还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在处理器可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的基于哈希值特征的闪电定位方法。该方法包括：获取多个闪电探测站点分别记录的脉冲波形的哈希值和峰值时间；基于所述峰值时间对所述脉冲波形进行第一次筛选，获得所述多个闪电探测站点中满足预设第一次筛选条件的脉冲波形；基于所述满足预设第一次筛选条件的脉冲波形的哈希值进行关联分析，获得所述多个闪电探测站点对应的同源脉冲波形的峰值时间；其中，所述同源脉冲波形的峰值时间用于表示各个闪电探测站点接收到同源脉冲放电事件的时间；基于所述多个闪电探测站点对应的同源脉冲波形的峰值时间以及所述多个闪电探测站点的位置数据，确定所述同源脉冲放电事件的发生时间及目标位置。
53.又一方面，本发明实施例还提供一种处理器可读存储介质，所述处理器可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的基于哈希值特征的闪电定位方法。该方法包括：获取多个闪电探测站点分别记录的脉冲波形的哈希值和峰值时间；基于所述峰值时间对所述脉冲波形进行第一次筛选，获得所述多个闪电探测站点中满足预设第一次筛选条件的脉冲波形；基于所述满足预设第一次筛选条件的脉冲波形的哈希值进行关联分析，获得所述多个闪电探测站点对应的同源脉冲波形的峰值时间；其中，所述同源脉冲波形的峰值时间用于表示各个闪电探测站点接收到同源脉冲放电事件的时间；基于所述多个闪电探测站点对应的同源脉冲波形的峰值时间以及所述多个闪电探测站点的位置数据，确定所述同源脉冲放电事件的发生时间及目标位置。
54.所述处理器可读存储介质可以是处理器能够存取的任何可用介质或数据存储设备，包括但不限于磁性存储器（例如软盘、硬盘、磁带、磁光盘（mo）等）、光学存储器（例如cd、dvd、bd、hvd等）、以及半导体存储器（例如rom、eprom、eeprom、非易失性存储器（nand flash）、固态硬盘（ssd））等。
55.以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
56.通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
57.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和
范围。

技术特征：
1.一种基于哈希值特征的闪电定位方法，其特征在于，包括：获取多个闪电探测站点分别记录的脉冲波形的哈希值和峰值时间；基于所述峰值时间对所述脉冲波形进行第一次筛选，获得所述多个闪电探测站点中满足预设第一次筛选条件的脉冲波形；基于所述满足预设第一次筛选条件的脉冲波形的哈希值进行关联分析，获得所述多个闪电探测站点对应的同源脉冲波形的峰值时间；其中，所述同源脉冲波形的峰值时间用于表示各个闪电探测站点接收到同源脉冲放电事件的时间；基于所述多个闪电探测站点对应的同源脉冲波形的峰值时间以及所述多个闪电探测站点的位置数据，确定所述同源脉冲放电事件的发生时间及目标位置。2.根据权利要求1所述的基于哈希值特征的闪电定位方法，其特征在于，所述基于所述满足预设第一次筛选条件的脉冲波形的哈希值进行关联分析，获得所述多个闪电探测站点对应的同源脉冲波形的峰值时间，具体包括：在划分的脉冲幅度变化区间的数量少于预设数量的情况下，对所述满足预设第一次筛选条件的脉冲波形的哈希值进行街区距离计算，以从第二闪电探测站点中确定与第一闪电探测站点的脉冲波形的哈希值差距最小且小于第一预设值的同源脉冲波形，并确定所述同源脉冲波形的峰值时间；或者，在划分的脉冲幅度变化区间的数量大于或等于所述预设数量的情况下，对所述满足预设第一次筛选条件的脉冲波形的哈希值进行相关系数计算，以从第二闪电探测站点中确定与第一闪电探测站点的脉冲波形的哈希值相关系数最大且大于第二预设值的同源脉冲波形，并确定所述同源脉冲波形的峰值时间。3.根据权利要求1所述的基于哈希值特征的闪电定位方法，其特征在于，所述基于所述峰值时间对所述脉冲波形进行第一次筛选，获得所述多个闪电探测站点中满足预设第一次筛选条件的脉冲波形，具体包括：确定第一次筛选条件；所述第一次筛选条件为所述多个闪电探测站点中任意两个闪电探测站点之间的脉冲波形的峰值时间差小于所述两个闪电探测站点之间的光速传播时间；从所述多个闪电探测站点中确定第一闪电探测站点记录的脉冲波形的峰值时间，将所述多个闪电探测站点中第二闪电探测站点记录的脉冲波形的峰值时间分别与所述第一闪电探测站点记录的脉冲波形的峰值时间进行做差，得到时间差；将所述时间差分别与相应的闪电探测站点间的光速传播时间进行比对，得到所述第二闪电探测站点的脉冲波形中满足预设第一次筛选条件的脉冲波形；其中，所述第二闪电探测站点为从所述多个闪电探测站点中确定的除所述第一闪电探测站点之外的多个闪电探测站点。4.根据权利要求1所述的基于哈希值特征的闪电定位方法，其特征在于，所述获取多个闪电探测站点分别记录的脉冲波形的哈希值，具体包括：将所述多个闪电探测站点分别记录的脉冲波形按照对应的时间顺序划分为多个等份的波段，并确定每个波段的脉冲幅度平均值；将所述多个闪电探测站点分别记录的脉冲波形按照对应的脉冲幅度值绝对变化范围划分为多个等份的脉冲幅度变化区间；基于所述脉冲幅度平均值与所述脉冲幅度变化区间的对应关系，以及所述脉冲幅度变
化区间对应的数值，确定所述多个闪电探测站点分别记录的脉冲波形的哈希值；其中，所述脉冲波形的哈希值包括多个波段分别对应的多个哈希值。5.根据权利要求1所述的基于哈希值特征的闪电定位方法，其特征在于，在获取多个闪电探测站点分别记录的脉冲波形的哈希值之前，还包括：预先获取所述多个闪电探测站点采集的闪电脉冲放电信号的原始脉冲波形数据，对所述原始脉冲波形数据进行带通滤波处理，获得相应的脉冲频段，对所述脉冲频段进行归一化处理，获得所述多个闪电探测站点分别对应的目标脉冲频段；其中，所述闪电脉冲放电信号为闪电脉冲放电事件产生的信号；基于预设的脉冲幅度阈值和时间间隔，从所述目标脉冲频段中查找脉冲峰，获得所述多个闪电探测站点分别对应的单个放电脉冲的脉冲波形。6.根据权利要求1所述的基于哈希值特征的闪电定位方法，其特征在于，所述基于所述多个闪电探测站点对应的同源脉冲波形的峰值时间以及所述多个闪电探测站点的位置数据，确定所述同源脉冲放电事件的发生时间及目标位置，具体包括：获取所述多个闪电探测站点的位置数据；利用预设的到达时间算法，基于所述多个闪电探测站点对应的目标脉冲波形的峰值时间以及所述多个闪电探测站点的位置数据进行计算，以确定所述同源脉冲放电事件的发生时间及目标位置；其中，所述到达时间算法用于基于至少四个闪电探测站点的同源脉冲波形的峰值时间以及位置数据来计算同源脉冲放电事件的发生时间及目标位置。7.一种基于哈希值特征的闪电定位装置，其特征在于，包括：脉冲波形数据获取单元，用于获取多个闪电探测站点分别记录的脉冲波形的哈希值和峰值时间；脉冲波形筛选单元，用于基于所述峰值时间对所述脉冲波形进行第一次筛选，获得所述多个闪电探测站点中满足预设第一次筛选条件的脉冲波形；脉冲波形关联分析单元，用于基于所述满足预设第一次筛选条件的脉冲波形的哈希值进行关联分析，获得所述多个闪电探测站点对应的同源脉冲波形的峰值时间；其中，所述同源脉冲波形的峰值时间用于表示各个闪电探测站点接收到同源脉冲放电事件的时间；闪电定位单元，用于基于所述多个闪电探测站点对应的同源脉冲波形的峰值时间以及所述多个闪电探测站点的位置数据，确定所述同源脉冲放电事件的发生时间及目标位置。8.根据权利要求7所述的基于哈希值特征的闪电定位装置，其特征在于，所述脉冲波形关联分析单元，具体用于：在划分的脉冲幅度变化区间的数量少于预设数量的情况下，对所述满足预设第一次筛选条件的脉冲波形的哈希值进行街区距离计算，以从第二闪电探测站点中确定与第一闪电探测站点的脉冲波形的哈希值差距最小且小于第一预设值的同源脉冲波形，并确定所述同源脉冲波形的峰值时间；或者，在划分的脉冲幅度变化区间的数量大于或等于所述预设数量的情况下，对所述满足预设第一次筛选条件的脉冲波形的哈希值进行相关系数计算，以从第二闪电探测站点中确定与第一闪电探测站点的脉冲波形的哈希值相关系数最大且大于第二预设值的同源脉冲波形，并确定所述同源脉冲波形的峰值时间。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6任意一项所述的基于哈希值特征的闪电定位方法的步骤。10.一种处理器可读存储介质，所述处理器可读存储介质上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任意一项所述的基于哈希值特征的闪电定位方法的步骤。

技术总结
本发明提供一种基于哈希值特征的闪电定位方法及装置，涉及闪电监测技术领域。该方法包括：获取多个闪电探测站点分别记录的脉冲波形的哈希值和峰值时间；基于峰值时间对脉冲波形进行第一次筛选，获得多个闪电探测站点中满足第一次筛选条件的脉冲波形；基于满足第一次筛选条件的脉冲波形的哈希值进行关联分析，获得多个闪电探测站点的同源脉冲波形的峰值时间；同源脉冲波形的峰值时间用于表示各个闪电探测站点接收到同源脉冲放电事件的时间；基于多个闪电探测站点的同源脉冲波形的峰值时间以及多个闪电探测站点的位置数据，确定同源脉冲放电事件的发生时间及目标位置。本发明提供的方法，能够有效提高针对闪电脉冲放电事件的定位效率和精确度。定位效率和精确度。定位效率和精确度。


技术研发人员：张阳 王敬轩 樊艳峰
受保护的技术使用者：中国气象科学研究院
技术研发日：2023.07.13
技术公布日：2023/8/13