[發(fā)明專利]基于邊界識別追蹤技術的雷暴云團的臨近預報方法和系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910108556.1
• 申請日: 2009-06-30
• 公開（公告）號: CN101937078A
• 公開（公告）日: 2011-01-05
• 發(fā)明（設計）人: 蘭紅平;孫向明;梁碧玲;毛輝;張文海
• 申請（專利權）人: 深圳市氣象局
• 主分類號: G01S7/41
• 分類號: G01S7/41;G01S13/95;G01W1/10
• 代理公司: 深圳市萬商天勤知識產(chǎn)權事務所(普通合伙) 44279
• 代理人: 王志明

1.一種基于邊界識別追蹤技術的雷暴云團的臨近預報方法，該方法以高時空分辨率氣象雷達資料處理系統(tǒng)為硬件基礎，其特征在于該臨近預報方法包括如下步驟：

(1)以一定的時間間隔連續(xù)重復執(zhí)行如下步驟a至步驟e，獲得雷達探測區(qū)域內(nèi)雷暴云團探測數(shù)據(jù)的時空序列：

a.氣象雷達接收來自觀測對象的雷達反射回波信號并把該反射回波信號傳輸給雷達資料處理系統(tǒng)；

b.所述雷達資料處理系統(tǒng)對所述雷達反射回波信號進行預處理形成在探測區(qū)域內(nèi)的二維網(wǎng)格形式的數(shù)字化雷達回波數(shù)據(jù)；

c.使用膨脹-侵蝕算法消除雷達掃描缺線對雷暴云團邊界識別所造成的不良影響；

d.使用N-近鄰跟蹤遍歷算法和邊緣提取算法對探測區(qū)域范圍內(nèi)的雷暴云團的邊界進行識別，從而使探測區(qū)域內(nèi)所有雷暴云團都具有清晰連續(xù)的邊界線；

e.用統(tǒng)計方法計算探測區(qū)域內(nèi)各雷暴云團的平均強度；

(2)、對探測區(qū)域相鄰時間序列的雷暴云團的雷達回波數(shù)據(jù)采用四分樹匹配分析因子進行雷暴云團的相似性判定，從而獲得每個雷暴云團的幾何和拓撲特征，所述雷暴云團的幾何和拓撲特征包括：雷暴云團的運動方向、速度、面積、強中心、增強或減弱、膨脹或縮小的狀態(tài)信息；然后再組合使用重疊因子、面積因子、外接矩形因子、輪廓綜合因子和局部相似判定因子對所述雷暴云團的幾何和拓撲特征進行糾錯；

(3)、根據(jù)在指定時序或最新時序的雷暴云團的幾何和拓撲特征，建立雷暴云團的生命時序與族譜關系，并在此基礎上對雷暴云團的運動向量進行線性外推從而獲得雷暴云團的臨近預報。

2.根據(jù)權利要求1所述的基于邊界識別追蹤技術的雷暴云團的臨近預報方法，其特征在于：建立基于地圖系統(tǒng)的二維坐標系來選取指定的雷暴云團，獲得雷暴云團空間位置信息、發(fā)展軌跡、演變特征和未來預測。

3.根據(jù)權利要求1所述的基于邊界識別追蹤技術的雷暴云團的臨近預報方法，其特征在于：所述使用膨脹-侵蝕算法消除雷達掃描缺線對雷暴云團邊界識別所造成的不良影響包括如下過程：首先把探測區(qū)域內(nèi)的數(shù)字化雷達回波數(shù)據(jù)轉化為二值化圖像數(shù)據(jù)形成二值圖像空間，然后執(zhí)行雷暴云團的邊界檢測，即在所述二值圖像空間內(nèi)由上向下、由左向右進行逐行掃描，得到水平掃描線與雷暴云團邊界線的交點，交點處的像素P有如下幾種情況：P值為“真”，但其左邊相鄰像素值為“假”，稱為左交點；P值為“真”，但其右邊相鄰像素值為“假”，稱為右交點；如果左右相鄰像素同時為“假”的情況不是交點；

膨脹算法為：若是左交點，將交點左邊二或者左邊一相鄰像素的取值設為“真”；若是右交點，將交點右邊二或者右邊一相鄰像素的取值設為“真”，由此邊界向外膨脹1至2個格點，雷達掃描缺線扇面內(nèi)就被填了2或4條線，所述缺失扇面就被填塞了，雷達掃描缺線不再被誤認為雷暴云團的邊界線；

侵蝕算法是上述膨脹算法逆運算：若是左交點，將交點右邊二或者右邊一相鄰像素的取值設為“假”；若是右交點，將交點左邊二或者左邊一相鄰像素的取值設為“假”，侵蝕算法還原了雷暴云團的外邊界。

4.根據(jù)權利要求1所述的基于邊界識別追蹤技術的雷暴云團的臨近預報方法，其特征在于：所述N-近鄰跟蹤遍歷法是一種特定的邊界自動跟蹤遍歷方法：N取值為8或者25，N近鄰有兩種類型：第一種是直接近鄰，即兩個像素的相應單元共一條邊；第二種是非直接近鄰，即兩個像素相應單元僅在一個角上相接觸；兩種近鄰在云團邊界識別中均被使用；

所述邊界相關邊緣提取算法為：首先在二值圖像空間內(nèi)由上向下、由左向右逐行掃描得到第一個圖像值為“真”的像素作為初始像素P1，利用“N-近鄰”對初始像素的8個方向進行跟蹤，而且總是選擇最右邊的像素為所得的像素，必在一個方向上找到下一邊界像素點P2，再利用邊界像素點P2的“N-近鄰”關系，找到下一邊界像素點P3，如此逐點跟蹤，若當前像素點的坐標與初始像素點的坐標相同或者已經(jīng)遍歷過時，邊界相關邊緣提取算法結束，由此得到一條環(huán)狀的雷暴云團邊界。

5.根據(jù)權利要求4所述的基于邊界識別追蹤技術的雷暴云團的臨近預報方法，其特征在于：在獲得所述雷暴云團外邊界輪廓曲線后，利用外邊界輪廓線是否存在能量突變來判定是否為雷暴云團的有效邊界，以排除識別錯誤，其簡化的做法是：以外邊界輪廓線為中心線，制作外邊界輪廓線的緩沖區(qū)，然后以此環(huán)形緩沖區(qū)與雷達回波做空間疊加分析；對環(huán)形緩沖區(qū)內(nèi)的雷達回波進行二值化處理后對結果進行累加，累加值與環(huán)形緩沖區(qū)面積之比越趨向于零，則雷暴云團外邊界輪廓線的質(zhì)量越可靠。