本发明属于气象预测应用，具体是一种雷电短临预报方法和装置。
背景技术：
1、短临预报与短期预报相比，其预报时效更短，主要集中在0小时到12小时，重点在于对中小尺度天气系统，尤其是强对流天气系统的预报。相对于大尺度天气系统，强对流天气系统具有生命史短、突发性强等特点，其生命周期短的只有几分钟到几十分钟，最长不过十几个小时。由于生消速度快，预报较为困难；当前，强对流短期预报主要采取潜势预报方法，预报强对流出现的落区和概率，对于强对流发生的具体位置和时间还很难准确预报。但提前数小时的短临预报，却可以清楚捕捉到强对流天气系统所在位置，从而能够预报出强对流的具体位置，提前数小时发布预警预报，从而减轻强对流天气的危害。
2、由于大气具有混沌特性，使得数值预报模式对初值极其敏感，输入气象要素初始值出现微小误差可能会导致截然不同的结果，微小的误差会对强对流位置的预测产生极大影响。另外数值预报由于存在spin-up问题，在前数小时内需要进行平衡调整，预报结果不可采用，因此基于物理方程的数值预报技术很难对公里尺度的强对流做出有效的短临预报。当前强对流的短临预报一是采用传统的雷达回波外推方法，如交叉相关算法、单体质心法和光流法等，这些方法仅根据若干个时刻的雷达回波图像推测下一时刻的回波位置，且忽略了实际情况下雷达回波中的中小尺度大气系统的运动非线性，存在对历史雷达资料利用率不足和外推时效较短的问题；二是采用人工智能方法特别是深度学习方法。深度学习方法虽然擅长建模非线性系统，但统计模型存在固有的小样本过平滑问题，预报求解过程缺少物理守恒规律约束，生成的数据图像模糊失真严重。如果雷电探测样本数据存在较大误差，基于样本数据建立的模型更会导致预报出现较大的偏差。因此有必要设计一种可以能够通过音频监测与传统雷电探测相配合，从而得出更加精确位置的雷电短临预报方法和装置。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种雷电短临预报方法和装置，用于通过音频监测与验证模块获取精确的闪电落点位置，更加准确地进行雷电短临预报。
2、为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
3、一方面，提供一种雷电短临预报方法和装置，包括以下步骤：
4、步骤一：探测闪电并获取闪电落点位置，在探测到闪电产生时，提取闪电落点位置为第一闪电落点位置；
5、步骤二：通过设置的音频监测模块对覆盖范围内的音频进行实时采集，根据设置的预设验证范围，以第一闪电落点位置为中心，提取预设验证范围内的音频监测模块采集的音频数据，并将其处理为第一音频数据；
6、步骤三：基于第一音频数据对第一闪电落点位置进行位置验证，当位置验证偏差小于偏差阈值时，直接将第一闪电落点位置作为预测用闪电落点位置；
7、当验证位置偏差大于等于偏差阈值时，基于各音频监测模块位置信息和采集的第一音频数据更新第一闪电落点位置为第二闪电落点位置，将第二闪电落点位置作为预测用闪电落点位置；
8、步骤四：以预测用闪电落点位置为中心获取预测相关数据，并将预测相关数据输入至雷电短临预报模型中，通过雷电短临预报模型输出为雷电短临预报结果。
9、进一步，步骤一中，探测闪电并监测闪电落点位置均通过三维雷电探测网进行；三维雷电监测网实时探测闪电活动参数，闪电活动参数包括：闪电发生的时间、类型、经纬度、高度及峰值电流强度；基于闪电发生的经纬度获取闪电落点位置。
10、进一步，步骤二中，音频监测模块依据为：是否为位于上一时刻的雷电短临预报区域内；如果位于雷电短临预报区域内，则对应的音频监测模块启动并进行音频实时采集。
11、进一步，其特征在于：基于第一音频数据对第一闪电落点位置进行验证，包括如下步骤：
12、通过如下公式计算音频监测模块预计接收到的第一音频数据的时间：
13、δt＝d/c
14、式中δt为音频监测模块预计接收到的第一音频数据的时间，d为接收到第一音频数据的音频监测模块与第一闪电落点位置之间的距离，c为声音传播速度，取常数340m/s；
15、对比音频监测模块实际接收到的第一音频数据的时间与音频监测模块预计接收到第一音频数据的时间，若二者时间差异小于阈值，则判定位置验证偏差小于偏差阈值，若二者时间差异大于等于阈值，则判定位置验证偏差大于等于偏差阈值。
16、进一步，基于各音频监测模块位置信息和采集的第一音频数据，更新第一闪电落点位置为第二闪电落点位置，包括如下步骤：随机选择三个接收到第一音频数据的音频监测模块，基于如下公式：
17、d1＝c·δt1
18、d2＝c·δt2
19、d3＝c·δt3
20、式中，c为声音传播速度，取常数340m/s，d1、d2和d3为三个音频监测模块与闪电实际落点位置之间的距离，δt1、δt2和δt3分别为三个音频监测模块实际接收到的音频的时间；
21、以上述公式计算所得的d1、d2和d3为半径，以三个音频监测模块位置为圆心，划分圆形区域，选择三个圆形区域的交点作为第二闪电落点位置。
22、进一步，步骤四中，雷电短临预报模型是基于卫星、雷达和闪电观测数据进行建立的，建立雷电短临预报模型，包括如下步骤：
23、数据收集步骤：收集卫星、雷达和闪电观测数据；
24、特征提取步骤：从收集的卫星、雷达和闪电观测数据中提取与雷电活动相关的特征；
25、模型选择与建立步骤：选择并建立雷电短临预报模型；
26、模型训练步骤：使用收集的卫星、雷达和闪电观测数据建立数据集，通过数据集进行雷电短临预报模型训练并对雷电短临预报模型进行参数优化；
27、评估步骤：对训练后的雷电短临预报模型性能进行评估，将性能评估合格的雷电短临预报模型投入使用。
28、进一步，音频监测模块设置于固定组件上，固定组件包括固定轴，固定轴顶端固定连接有避雷针，固定轴上固定连接有太阳能板，太阳能板电连接有蓄电池组，太阳能板与蓄电池组之间电连接，固定轴上还固定连接有储能箱，蓄电池组设置于储能箱。
29、进一步，音频监测模块一侧固定连接有噪声消除器，噪声消除器包括：
30、电容式麦克风，用于将声音信号转化为电信号；
31、模数转换器，用于将电容式麦克风产生的电信号转换为数字信号；
32、音频信号处理芯片，用于处理模数转换器产生的数字信号并输出一个语言增强信号；
33、数模转换器，用于接收音频信号处理芯片产生的语言增强信号并转换为模拟信号；
34、电容式麦克风、模数转换器、音频信号处理芯片、数模转换器依次连接。
35、另一方面，提供一种雷电短临预报装置，基于上述任意一项所述的雷电短临预报方法运行，包括：
36、第一采集模块，用于探测并监测闪电落点位置，在探测到雷电产生时，提取第一闪电落点位置。
37、第二采集模块，用于对覆盖范围内的音频进行实时采集，根据设置的预设验证范围，以第一闪电落点位置为中心，提取预设验证范围内的音频监测模块采集的音频数据，并将其处理为第一音频数据。
38、验证模块，用于对第一音频数据对第一闪电落点位置进行验证，验证位置偏差时，更新闪电落点位置为第二闪电落点位置，将第二闪电落点位置作为预测用闪电落点位置。
39、输出模块，用于将第二闪电落点位置输入雷电短临预报模型输出为雷电短临预报结果。
40、进一步：第二验证模块用于基于各音频监测模块位置信息和采集的第一音频数据，更新第一闪电落点位置为第二闪电落点位置，随机选择三个接收到第一音频数据的音频监测模块，基于如下公式：
41、d1＝c·δt1
42、d2＝c·δt2
43、d3＝c·δt3
44、式中，c为声音传播速度，取常数340m/s，d1、d2和d3为三个音频监测模块与闪电实际落点位置之间的距离，δt1、δt2和δt3分别为三个音频监测模块实际接收到的音频的时间；
45、以上述公式计算所得的d1、d2和d3为半径，以三个音频监测模块位置为圆心，划分圆形区域，选择三个圆形区域的交点作为第二闪电落点位置。
46、采用上述方案有以下有益效果：
47、1.本发明，首先通过音频监测模块对雷声进行监测，获取到雷声的位置，并设计噪声消除器，用于不捕获由于环境条件等可能存在的噪声或在所捕获的音频中减轻不想要的由于环境条件等可能存在的噪声；并对探测仪监测到的闪电落点位置进行验证更新，从而得出更加准确的位置，基于验证更新后的位置信息采集预测相关数据并进行雷电短临预报，相较于现有技术，降低了多种原因对雷电位置探测产生的影响，能够将位置识别精确度进行提升，使得用于雷电短临预报的闪电落点位置更精确，从而更加准确的进行雷电短临预报。
48、2.本发明，通过监测是否处于上一次预报的雷电短临预报区域内，从而决定是否启动音频监测模块进行音频实时监测，可以有效节约资源，减少浪费。
49、3.本发明，通过结合第一音频数据对第一闪电落点位置进行验证，将获取音频监测模块实际接收到的音频时间与理想状态下接收的音频时间作对比，从而判断是否具有偏差，进一步提升了监测位置的准确性。
50、4.本发明，在具有偏差后，随机选择三个音频监测模块计算各音频监测模块与音源之间的距离，然后以各音频监测模块与音源之间的距离为半径，获取音源可能存在的区域，基于三个音源可能存在的区域交点，最终得到较为精确的闪电位置，可以有效减少无关因素对位置判断的影响，提供了更加完整和精确的位置信息。
1.一种雷电短临预报方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的雷电短临预报方法，其特征在于，步骤一中，探测闪电并监测闪电落点位置均通过三维雷电探测网进行；三维雷电监测网实时探测闪电活动参数，闪电活动参数包括：闪电发生的时间、类型、经纬度、高度及峰值电流强度；基于闪电发生的经纬度获取闪电落点位置。
3.根据权利要求1所述的雷电短临预报方法，其特征在于，步骤二中，音频监测模块依据为：是否为位于上一时刻的雷电短临预报区域内；如果位于雷电短临预报区域内，则对应的音频监测模块启动并进行音频实时采集。
4.根据权利要求1所述的雷电短临预报方法，其特征在于，基于第一音频数据对第一闪电落点位置进行验证，包括如下步骤：
5.根据权利要求1所述的雷电短临预报方法，其特征在于，基于各音频监测模块位置信息和采集的第一音频数据，更新第一闪电落点位置为第二闪电落点位置，包括如下步骤：随机选择三个接收到第一音频数据的音频监测模块，基于如下公式：
6.根据权利要求1所述的雷电短临预报方法，其特征在于，步骤四中，雷电短临预报模型是基于卫星、雷达和闪电观测数据进行建立的，建立雷电短临预报模型，包括如下步骤：
7.根据权利要求1所述的雷电短临预报方法，其特征在于，音频监测模块设置于固定组件上，固定组件包括固定轴，固定轴顶端固定连接有避雷针，固定轴上固定连接有太阳能板，太阳能板电连接有蓄电池组，太阳能板与蓄电池组之间电连接，固定轴上还固定连接有储能箱，蓄电池组设置于储能箱。
8.根据权利要求7所述的所述的雷电短临预报方法，其特征在于，音频监测模块一侧固定连接有噪声消除器，噪声消除器包括：
9.一种雷电短临预报装置，基于权利要求1-8中任意一项所述的雷电短临预报方法运行，其特征在于，包括：
10.根据权利要求9所述的所述的雷电短临预报装置，其特征在于，第二验证模块用于基于各音频监测模块位置信息和采集的第一音频数据，更新第一闪电落点位置为第二闪电落点位置，随机选择三个接收到第一音频数据的音频监测模块，基于如下公式：
