[发明专利]一种基于马尔科夫链的雷电先导发展路径的模拟方法

权利要求书

1.一种基于马尔科夫链的雷电先导发展路径的模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：搜集真实雷电图像，对图像进行分析和处理，识别雷电通道，提取图像中的雷电路径；利用加权平均值法对彩色图像进行灰度化处理，将背景的偏亮云块进行暗化处理，使图像背景部分与雷电通道像素的灰度值差距加大，对雷电通道进行识别，提取雷电通道；

步骤2：基于雷电分形理论，用盒维数法确定马尔科夫链模型的三个关键参数：步长，分支概率和转移概率的合理范围，并依次进行计算；计算分形维数，确定参数合理取值范围，在范围内选择步长；对雷电路径的主支和各级分支分别计算分支概率，并对同级分支概率求平均值；定义为马尔科夫链状态空间的九种状态，一步转移概率即为雷电路径在特定步长下，在上述九种状态之间的转移概率，所有一步转移概率组成一步转移概率矩阵；

步骤3：建立马尔科夫链模型；根据雷电发展的规律特性，采用灰色模型方法对一步转移概率矩阵进行修正，使矩阵元素更具有普适性以及参考价值，再将灰色模型和一步转移概率矩阵相结合得到优化后的马尔科夫链模型；

步骤4：通过Matlab编程，输入模型数据，模拟雷击路径并生成雷电图像，重复多次，选取合理的图像；对比模型生成雷电路径与实际雷电数据，验证模型合理性。

2.根据权利要求1所述的基于马尔科夫链的雷电先导发展路径的模拟方法，其特征在于，步骤1中，采用基于Otsu自适应阈值的Canny算子识别法对雷电通道进行识别，提取雷电通道。

3.根据权利要求1所述的基于马尔科夫链的雷电先导发展路径的模拟方法，其特征在于，步骤2中，运用盒维数法计算分形维数。

4.根据权利要求1所述的基于马尔科夫链的雷电先导发展路径的模拟方法，其特征在于，步骤2中，将雷电发展的九个方向定义为马尔科夫链状态空间的九种状态。

5.根据权利要求1所述的基于马尔科夫链的雷电先导发展路径的模拟方法，其特征在于，步骤3中，由步长、分支概率和转移概率建立马尔科夫链模型。

6.根据权利要求1所述的基于马尔科夫链的雷电先导发展路径的模拟方法，其特征在于，步骤4中，用蒙特卡洛法模拟雷击路径并生成雷电图像。