一种供热区域局部气象预测方法及系统与流程

本发明涉及气象预测，尤其涉及一种供热区域局部气象预测方法及系统。

背景技术：

1、在集中供热运行过程中，供热负荷随室外气象条件的变化而波动，气象预报数据是供热调度决策与热负荷预测的核心输入依据。为实现供热量与用户实际热需求的精准匹配，供热调度通常依据换热站所在区域的气象预报数据，计算各换热站的供水温度设定值与热负荷预测值，并据此调整一次网阀门开度、循环泵频率等运行参数。

2、现有的供热区域局部气象预测方法通过接入外部气象源发布的规则网格气象预报数据，以网格中心点或最近邻匹配的方式，将气象预报数据分配至各换热站，作为该换热站供热区域内末端用户的热负荷预测与调控依据。

3、现有技术中，换热站实际供热区域呈现不规则形状，其边界与规则气象网格边界存在空间错位，且气象网格内部气象要素空间均一性的假设与供热区域内部因建筑密度梯度、地形高差、遮挡关系所形成的微气象差异相矛盾，未结合供热区域实际边界对气象预报数据进行空间降尺度处理，导致预测结果在空间维度被平滑，同一换热站所辖多个热力分支的末端用户实际接收的是网格平均气象而非反映其所在位置真实气象环境的局部气象，末端用户迎风侧与背风侧、高密度区与开敞区之间的局部热负荷响应差异被掩盖，预测结果与末端实际气象环境之间产生系统性空间偏差，进而使得基于该预测结果计算的各热力分支阀门开度与泵频设定值在末端用户间产生系统性偏差，近端过热与远端过冷的失调模式被固化甚至放大，预测精度的提升无法转化为供热均衡性的改善。

技术实现思路

1、本技术通过提供一种供热区域局部气象预测方法及系统，解决了现有技术中网格气象预报与实际供热区域边界错位且缺乏空间降尺度处理，导致预测结果空间平滑、掩盖末端局部气象差异并引发水力失调的问题，实现了结合实际边界与微环境特征生成精细化局部气象预测，消除空间偏差以改善供热均衡性。

2、本技术实施例提供了一种供热区域局部气象预测方法，包括：根据供热管网分布数据提取换热站及各热力分支的范围轮廓，确定各热力分支子区域范围及对应的位置信息；

3、获取大范围网格气象预报数据，以及各网格对应的地表高度和建筑分布特征；

4、根据位置信息、地表高度和建筑分布特征，确定各网格对热力分支子区域的综合影响权重，得到各热力分支子区域的初始局部气象预测数据；

5、根据各热力分支子区域末端用户的实际室内温度与预测室内温度的偏差，得到更新综合影响权重；

6、对比相邻热力分支子区域的初始局部气象预测数据，在两者差异超出差异范围时，利用预测准确度高的一方调整预测准确度低的一方，得到校验后的局部气象预测数据；

7、输出各热力分支子区域校验后的局部气象预测数据。

8、进一步的，确定各热力分支子区域范围及对应的位置信息的步骤包括：

9、从供热管网分布数据中提取换热站与管线以及末端用户的对应关系；

10、沿二次管线的外侧边缘进行封闭连接，生成换热站对应的供热区域不规则轮廓；

11、在换热站包含多个热力分支时，将供热区域不规则轮廓切分为多个热力分支子区域不规则轮廓；

12、每一热力分支子区域不规则轮廓对应一组末端用户的物理供热范围；

13、获取每一热力分支子区域不规则轮廓的中心位置坐标、覆盖面积以及换热站识别标记，将中心位置坐标作为位置信息；

14、在每一个供热计算周期开始前确定位置信息，并在供热管网分布发生变更时重新更新确定。

15、进一步的，获取大范围网格气象预报数据，以及各网格对应的地表高度和建筑分布特征的步骤包括：

16、接收外部气象源发布的大范围网格气象预报数据，网格节点包含不同时间段的气温、风速、风向和湿度的预测数值及位置坐标；

17、获取与大范围网格位置对齐的空间数据，空间数据包含地表高度数据、建筑密度数据以及遮挡影响数值；

18、地表高度数据提供网格节点对应的地表海拔高度；

19、建筑密度数据提供网格节点所在范围内的建筑占用比例；

20、遮挡影响数值根据相邻网格间的建筑高度差与距离计算，用于表示网格间的遮挡情况；

21、在供热计算周期内保持地表高度数据、建筑密度数据及遮挡影响数值不变，并在地面高度或建筑更新时同步更新。

22、进一步的，确定各网格对热力分支子区域的综合影响权重的步骤包括：

23、以位置信息作为目标点，在网格节点中搜索周边特定范围内的网格节点，组成源节点集合；

24、计算源节点与目标点之间的距离并确定距离权重，距离越小则距离权重越大；

25、根据源节点与目标点的地表高度差值确定地形权重，高度差值越小则地形权重越大，在高度差值超出设定限值时剔除对应源节点；

26、根据源节点与目标点的建筑密度及遮挡影响数值差异确定建筑权重，差异越小则建筑权重越大；

27、将距离权重、地形权重与建筑权重相乘得到综合影响权重，并对源节点集合中各源节点的综合影响权重进行归一化处理。

28、进一步的，得到各热力分支子区域的初始局部气象预测数据的步骤包括：

29、以归一化处理后的综合影响权重作为加权系数；

30、对源节点集合中所有源节点在同一时间段的气象预报数值，进行加权求和计算；

31、将加权求和计算的结果，作为对应热力分支子区域在该时间段的局部气象预测数值；

32、对大范围网格气象预报数据所覆盖的全部时间段依次执行加权求和计算，得到该热力分支子区域对应的局部气象预测数据序列；

33、对全部热力分支子区域依次重复执行加权求和计算过程，汇总得到全部热力分支子区域对应的局部气象预测数据序列，并将汇总结果作为初始局部气象预测数据。

34、进一步的，得到更新综合影响权重的步骤包括：

35、获取热力分支子区域内末端用户的实测室温，并根据初始局部气象预测数据计算预测室温；

36、将实测室温与预测室温相减，得到温度预测偏差；

37、当温度预测偏差大于正向设定值时，增大综合影响权重较大的源节点的权重占比，并减小综合影响权重较小的源节点的权重占比；

38、当温度预测偏差小于负向设定值时，反向调整各源节点的权重占比；

39、对调整后的权重再次归一化，得到更新综合影响权重。

40、进一步的，利用预测准确度高的一方调整预测准确度低的一方，得到校验后的局部气象预测数据的步骤包括：

41、根据供热管网分布识别相互相邻的热力分支子区域组合；

42、针对每一对相邻的热力分支子区域组合，计算同一时间段内两者对应的初始局部气象预测数据的差值绝对值；

43、在差值绝对值不大于设定物理限值时，保留原初始局部气象预测数据不变；

44、在差值绝对值大于设定物理限值时，确定两者的计算可信度，并利用计算可信度较高一方的数值调整计算可信度较低一方的数值；

45、其中计算可信度根据源节点的数量、源节点与目标点的平均距离以及历史温度预测偏差的波动幅度综合确定。

46、进一步的，利用预测准确度高的一方调整预测准确度低的一方，得到校验后的局部气象预测数据的步骤还包括：

47、以计算可信度较高一方的数值为基准，叠加两者的差值绝对值的一半作为调整量，计算得到计算可信度较低一方的修正数值；

48、以修正数值为基础，重新识别全部相邻的热力分支子区域组合中是否存在差值绝对值大于设定物理限值的情况；

49、在存在差值绝对值大于设定物理限值的情况时，重复执行数值比较与修正过程；

50、直至全部相邻的热力分支子区域组合的数值差值绝对值均不大于设定物理限值，或者重复修正次数达到设定的最大迭代次数时，停止修正过程并输出校验后的局部气象预测数据。

51、本技术实施例提供了一种供热区域局部气象预测系统，用于实现一种供热区域局部气象预测方法，包括：位置信息确定模块、数据获取模块、综合影响权重确定模块、综合影响权重更新模块、局部气象预测数据校验模块、预测数据输出模块；

52、其中，所述位置信息确定模块，用于根据供热管网分布数据提取换热站及各热力分支的范围轮廓，确定各热力分支子区域范围及对应的位置信息；

53、所述数据获取模块，用于获取大范围网格气象预报数据，以及各网格对应的地表高度和建筑分布特征；

54、所述综合影响权重确定模块，用于根据位置信息、地表高度和建筑分布特征，确定各网格对热力分支子区域的综合影响权重，得到各热力分支子区域的初始局部气象预测数据；

55、所述综合影响权重更新模块，用于根据各热力分支子区域末端用户的实际室内温度与预测室内温度的偏差，得到更新综合影响权重；

56、所述局部气象预测数据校验模块，用于对比相邻热力分支子区域的初始局部气象预测数据，在两者差异超出差异范围时，利用预测准确度高的一方调整预测准确度低的一方，得到校验后的局部气象预测数据；

57、所述预测数据输出模块，用于输出各热力分支子区域校验后的局部气象预测数据。

58、本技术实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

59、考虑到换热站实际供热区域呈现不规则形状且内部存在建筑密度、遮挡等局部气候差异，通过提取热力分支子区域的实际轮廓与位置信息，并结合地表高度和建筑分布特征确定网格的综合影响权重，将大范围网格气象预报数据精细化分配至各热力分支子区域，打破了规则网格与实际供热区域的空间错位，将笼统的“网格平均气象”转化为反映局部环境差异的“末端局部气象”，消除了预测结果在空间维度的平滑效应，减少了预测数据与末端实际气象环境之间的系统性空间偏差。

60、进一步地，在减少空间偏差的动态调整环节中，通过比对末端用户的实际室内温度与预测室内温度的偏差，实时更新网格的综合影响权重，实现了预测结果与末端真实热负荷响应特征的闭环匹配，使得预测数据能够自适应不同分支（如迎风侧或背风侧、高密度区或开敞区）的实际环境，进一步提升了局部气象预测的精准度和场景适应能力。

61、再进一步地，在提升预测精准度的多分支协同环节中，通过对比相邻热力分支子区域的局部气象预测数据，当两者差异超出合理物理范围时，利用预测准确度高的一方调整准确度低的一方，进行了空间一致性约束校验，避免了因局部数据波动或过度调整导致的预测异常，保证了整个供热区域内气象预测分布的连续性与合理性，从而为二次网水力平衡调节提供了准确一致的依据，避免了因预测失真导致的各分支阀门开度与泵频设定值产生系统性偏差。