本发明涉及雷电监测，特别是一种基于光纤传感器的雷电观测方法和系统。
背景技术：
1、近年来，随着气象科学技术的迅猛发展，雷电观测技术已成为预警和防灾减灾的重要组成部分，传统的雷电观测技术多基于电磁波和光学成像原理，通过地面接收装置探测电场和磁场变化来记录雷电事件，这些方法虽然在一定程度上可以实现雷电位置和强度的检测，但由于受设备分布密度、环境噪声等因素的影响，测量精度和实时性方面存在显著不足，同时，近年来光纤传感器技术的快速发展，逐渐使其成为一种新型的雷电观测手段，光纤传感器具备耐高压、抗干扰和高灵敏度的优势，尤其适合在雷电活动频繁和电磁干扰较强的区域进行精确测量，与传统电磁法相比，光纤传感器能够实现更高分辨率的信号采集和更精确的时序同步，具有广阔的应用前景，然而现有的雷电观测技术缺乏高精度的雷电坐标定位与强度分析手段，难以全面、有效地实现雷电事件的精准识别，难以满足复杂雷电事件的精准观测需求。
技术实现思路
1、鉴于上述现有的基于光纤传感器的雷电观测方法和系统中存在的问题，提出了本发明。
2、因此，本发明所要解决的问题在于现有的雷电观测技术缺乏高精度的雷电坐标定位与强度分析手段，难以全面、有效地实现雷电事件的精准识别。
3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于光纤传感器的雷电观测方法，其包括，部署传感器节点形成传感网络，并通过传感节点收集雷电信号；基于传感器节点坐标建立方程组求解雷电位置和雷电强度，根据雷电信号和雷电强度识别雷电类型并生成雷电观测报告；将雷电观测报告进行展示并存储至数据库中。
4、作为本发明所述基于光纤传感器的雷电观测方法的一种优选方案，其中：所述部署传感器节点形成传感网络指在雷电发生区域通过网格化布设法对传感器节点进行布设，所述传感器节点包括光纤传感器和数据传输组件，采用gps时钟对光纤传感器进行时间同步，将所有传感器节点通过有线方式与数据中心连接形成传感器网络。
5、作为本发明所述基于光纤传感器的雷电观测方法的一种优选方案，其中：所述通过光纤传感器收集雷电信号指通过分布的光纤传感器收集雷电的光学信号和电磁信号，并获取时间戳生成雷电信号传输至数据中心，使用带通滤波器对雷电信号进行噪声过滤，应用卡尔曼滤波算法对噪声过滤后的雷电信号进行动态校正，对齐各传感器节点动态校正后的雷电信号的时间戳序列。
6、作为本发明所述基于光纤传感器的雷电观测方法的一种优选方案，其中：所述基于传感器节点坐标建立方程组求解雷电位置和雷电强度指根据接收雷电信号的时间戳从早到迟对传感器节点进行排序，按排序从前向后选择节点，若排序前三的节点不能够组成几何稳定的三角形则从前向后更换节点直至节点能够组成三角形，将节点作为三角形顶点，提取节点坐标作为节点坐标向量；
7、设定雷电位置坐标向量为，初始化，分别计算的距离平方，构建cmd矩阵：
8、；
9、其中为cmd矩阵，为节点坐标向量之间距离平方；
10、根据cmd矩阵分别计算的权重：
11、；
12、；
13、权重决定了各个节点在雷电位置估算中的影响程度，cmd矩阵和权重计算的结合，确保了三角化定位过程中各节点的空间位置和影响力得到精确反映，从而提高了雷电定位的解算精度；
14、计算节点坐标向量到其他节点的方向向量：
15、；
16、基于三角化定位优化公式使用权重求解新的雷电位置坐标向量：
17、；
18、将新的雷电位置坐标向量更新cmd矩阵和权重，并迭代计算新的雷电位置坐标向量，计算每次迭代后的雷电位置坐标向量的变化值，当变化值低于设定阈值时停止迭代，输出最终的雷电位置坐标向量并提取其中雷电位置；
19、在cmd矩阵提供的初始几何框架下，使用三角化定位优化公式，通过节点坐标方向向量和权重求解新的雷电位置坐标向量，三角化定位优化公式通过多次迭代来逐步逼近雷电事件的真实位置，每次迭代后，利用新的雷电位置坐标更新cmd矩阵和各权重，并再次应用优化公式进行下一次迭代计算，直至雷电位置坐标的变化值低于设定的精度阈值时停止迭代，输出最终的雷电位置坐标向量，此优化公式的迭代过程有助于消除位置偏差和系统误差，实现高精度的雷电事件定位。
20、计算雷电位置和任一传感器节点之间距离，根据传感器节点接收的电磁信号强度计算雷电强度：
21、；
22、其中为附加噪声，为信号增益因子；
23、对所有传感器节点计算雷电强度并计算所有传感器节点的雷电强度均值作为最终的雷电强度s。
24、作为本发明所述基于光纤传感器的雷电观测方法的一种优选方案，其中：所述根据雷电信号和雷电强度识别雷电类型并生成雷电观测报告包括构建svm模型，使用支持向量机分类器进行模型训练，并定义损失函数对svm模型进行迭代优化；
25、将雷电信号和雷电强度输入训练好的svm模型中，输出雷电类型，根据雷电信息和雷电类型生成雷电观测报告。
26、作为本发明所述基于光纤传感器的雷电观测方法的一种优选方案，其中：所述将雷电观测报告进行展示指将雷电观测报告结合雷电强度进行可视化展示，并在地图上对雷电位置进行标注，辅助工作人员结合雷电观测报告对雷电灾害进行分析。
27、作为本发明所述基于光纤传感器的雷电观测方法的一种优选方案，其中：所述存储至数据库中指将雷电信息和雷电观测报告存储至数据库中，并按照时间戳进行分类，数据库定期对存储数据进行完整性检验，同步上传至云端进行存储数据备份。
28、本发明的另外一个目的是提供一种基于光纤传感器的雷电观测系统，其包括，
29、数据收集模块，用于部署传感器节点形成传感网络并收集雷电信号进行预处理；
30、雷电观测模块，用于根据传感器节点坐标对雷电位置进行求解，并基于雷电位置对雷电强度进行计算；
31、识别模块，用于根据雷电信息和雷电强度对雷电类型进行识别并生成雷电观测报告；
32、展示存储模块，用于对雷电观测报告进行展示并存储至数据库中。
33、一种计算机设备，包括：存储器和处理器；所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述基于光纤传感器的雷电观测方法的步骤。
34、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述基于光纤传感器的雷电观测方法的步骤。
35、本发明有益效果为：本发明通过光纤传感器收集雷电信息，并根据光纤传感器节点位置和雷电信息求解雷电坐标和雷电强度，提高了雷电观测的精度，实现了雷电事件的精准定位，根据雷电信号和雷电强度识别雷电类型生成雷电观测报告实现了雷电的自动识别，为雷电预警提供了有效支撑。
1.一种基于光纤传感器的雷电观测方法，其特征在于：包括，
2.如权利要求1所述的基于光纤传感器的雷电观测方法，其特征在于：所述部署传感器节点形成传感网络指在雷电发生区域通过网格化布设法对传感器节点进行布设，所述传感器节点包括光纤传感器和数据传输组件，采用gps时钟对光纤传感器进行时间同步，将所有传感器节点通过有线方式与数据中心连接形成传感器网络。
3.如权利要求2所述的基于光纤传感器的雷电观测方法，其特征在于：所述通过光纤传感器收集雷电信号指通过分布的光纤传感器收集雷电的光学信号和电磁信号，并获取时间戳生成雷电信号传输至数据中心，使用带通滤波器对雷电信号进行噪声过滤，应用卡尔曼滤波算法对噪声过滤后的雷电信号进行动态校正，对齐各传感器节点动态校正后的雷电信号的时间戳序列。
4.如权利要求3所述的基于光纤传感器的雷电观测方法，其特征在于：所述基于传感器节点坐标建立方程组求解雷电位置和雷电强度指根据接收雷电信号的时间戳从早到迟对传感器节点进行排序，按排序从前向后选择节点，若排序前三的节点不能够组成几何稳定的三角形则从前向后更换节点直至节点能够组成三角形，将节点作为三角形顶点，提取节点坐标作为节点坐标向量；
5.如权利要求4所述的基于光纤传感器的雷电观测方法，其特征在于：所述根据雷电信号和雷电强度识别雷电类型并生成雷电观测报告包括构建svm模型，使用支持向量机分类器进行模型训练，并定义损失函数对svm模型进行迭代优化；
6.如权利要求5所述的基于光纤传感器的雷电观测方法，其特征在于：所述将雷电观测报告进行展示指将雷电观测报告结合雷电强度进行可视化展示，并在地图上对雷电位置进行标注，辅助工作人员结合雷电观测报告对雷电灾害进行分析。
7.如权利要求6所述的基于光纤传感器的雷电观测方法，其特征在于：所述存储至数据库中指将雷电信息和雷电观测报告存储至数据库中，并按照时间戳进行分类，数据库定期对存储数据进行完整性检验，同步上传至云端进行存储数据备份。
8.一种如权利要求1-7任一所述的基于光纤传感器的雷电观测方法的基于光纤传感器的雷电观测系统，其特征在于：包括，
9.一种计算机设备，包括：存储器和处理器；所述存储器存储有计算机程序，其特征在于：所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的基于光纤传感器的雷电观测方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的基于光纤传感器的雷电观测方法的步骤。
