[發(fā)明專利]基于長(zhǎng)時(shí)間跨度全球中尺度渦旋的斷點(diǎn)續(xù)追方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711094634.8
• 申請(qǐng)日: 2017-11-09
• 公開（公告）號(hào): CN107657148B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 田豐林;苑黎明;劉淮淑;黃小敏;陳戈
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國海洋大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06F113/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明涉及一種基于長(zhǎng)時(shí)間跨度全球中尺度渦旋的斷點(diǎn)續(xù)追技術(shù)。已有研究發(fā)現(xiàn)渦旋在運(yùn)動(dòng)過程中存在著消失又出現(xiàn)的現(xiàn)象，因此我們?cè)跍u旋追蹤過程中加入了渦旋真?zhèn)挝恢玫臉?biāo)志（0和?1、?2、?3、?4、?5）。該技術(shù)基于中尺度渦旋的識(shí)別結(jié)果和可續(xù)追渦旋通過時(shí)空鄰域相似性匹配來對(duì)全球中尺度渦旋進(jìn)行斷點(diǎn)追蹤處理。如果偽位置標(biāo)志的絕對(duì)值大于渦旋允許消失天數(shù)，則表示該渦旋已消亡并將該渦旋追蹤路徑更新到已消亡渦旋數(shù)據(jù)集中，反之則更新到可續(xù)追渦旋數(shù)據(jù)集中。然后對(duì)更新的可續(xù)追渦旋和更新的增量渦旋進(jìn)行迭代追蹤以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間跨度的渦旋續(xù)追。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于海洋信息技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于長(zhǎng)時(shí)間跨度全球中尺度渦旋的斷點(diǎn)續(xù)追方法。

背景技術(shù)

從 20 世紀(jì) 70年代以來，中尺度渦方面的研究越來越成為物理海洋學(xué)家關(guān)注的熱點(diǎn)和焦點(diǎn)。中尺度渦對(duì)于溫、鹽運(yùn)輸以及全球氣候變化都有顯著影響，所以無論在大洋動(dòng)力學(xué)等理論研究方面還是國防軍事等實(shí)際應(yīng)用方面，都具有很高的研究?jī)r(jià)值和意義。

對(duì)海洋中尺度渦追蹤的方法有多種，目前常見的渦旋追蹤方法有像素法、距離法、相似度法：

(1) 像素法:該方法通過找到在時(shí)空上相鄰的像素的辦法來實(shí)現(xiàn)的。將渦旋中心區(qū)域的像素賦值為1，其他區(qū)域賦值為0，然后針對(duì)值為1的像素找到在時(shí)空鄰近且像素值也為1的像素，并標(biāo)注，作為追蹤到的目標(biāo)。該方法比較適用于渦旋中心區(qū)域明顯，且渦與渦距離不是很近的情況下的渦旋追蹤；

(2) 距離法：該方法是基于渦旋間距離來進(jìn)行渦旋追蹤的，在時(shí)間序列中找到在空間上距離當(dāng)前時(shí)間渦旋最近的下一個(gè)時(shí)間的渦旋，作為追蹤到的目標(biāo)；

(3) 相似度法:該方法是基于渦旋特征的相似性來進(jìn)行追蹤的。該方法計(jì)算時(shí)間序列相鄰的兩張地圖中渦旋的空間距離、渦度、渦半徑和渦動(dòng)能4個(gè)特征的匹配度，找出匹配度最高的渦旋作為追蹤到的目標(biāo)。

目前對(duì)于海洋中尺度渦的追蹤研究中，較少涉及到基于長(zhǎng)時(shí)間跨度全球中尺度渦的斷點(diǎn)續(xù)追數(shù)據(jù)模型構(gòu)建方面的研究，無法基于已有的追蹤數(shù)據(jù)集對(duì)渦旋進(jìn)行續(xù)追處理，在時(shí)間跨度較長(zhǎng)且不斷更新的情況下，不能快速的進(jìn)行追蹤處理，且消耗了很多不必要的計(jì)算時(shí)間。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的方法效果能夠克服上述缺陷，提供一種基于長(zhǎng)時(shí)間跨度全球中尺度渦旋的斷點(diǎn)續(xù)追方法。在長(zhǎng)時(shí)間跨度的渦旋累積追蹤過程中，數(shù)據(jù)追蹤的時(shí)間跨度會(huì)不斷增長(zhǎng)，簡(jiǎn)單的將新的時(shí)間跨度數(shù)據(jù)重新進(jìn)行追蹤消耗時(shí)間較長(zhǎng)。我們將采用“斷點(diǎn)續(xù)追”的方法來支持從已追蹤的時(shí)間點(diǎn)增量追蹤更新后的中尺度渦識(shí)別數(shù)據(jù)，而非從頭開始進(jìn)行追蹤。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案，具體步驟為：

（1）在增量渦旋識(shí)別結(jié)果中檢索已追蹤的渦旋一定距離范圍內(nèi)的渦旋;

（2）對(duì)一定范圍內(nèi)搜索的渦旋與已追蹤渦旋進(jìn)行相似性匹配檢測(cè);

（3）對(duì)（1）（2）步驟中操作進(jìn)行相反操作，即在已追蹤渦旋數(shù)據(jù)集中檢索增量渦旋識(shí)別結(jié)果中一定距離范圍內(nèi)渦旋，并將該渦旋與增量渦旋識(shí)別結(jié)果中渦旋進(jìn)行相似性匹配檢測(cè)，從而選擇最優(yōu)渦旋；

（4）對(duì)偽位置標(biāo)志(-n(n=5))的絕對(duì)值與設(shè)置的可允許渦旋消失天數(shù)進(jìn)行比較，來判斷該軌跡是可續(xù)追還是已消亡；

（5）循環(huán)上述步驟達(dá)到長(zhǎng)時(shí)間跨度斷點(diǎn)渦旋追蹤；

上述步驟（1）中，距離范圍為根據(jù)緯度和羅斯貝波速度確定的橢圓范圍；

上述步驟（2）中，相似性檢測(cè)因子有4個(gè)，主要包括對(duì)渦旋最大地轉(zhuǎn)流邊界面積、振幅、動(dòng)能及兩渦的歐氏距離；

上述步驟（3）中，檢索增量識(shí)別渦旋結(jié)果中渦旋與已追蹤渦旋相互選擇，從而匹配最優(yōu)的渦旋，進(jìn)行追蹤；