[發明專利]一種強對流單體樣本的標記方法

在審

• 申請號: 201810279008.4
• 申請日: 2018-03-31
• 公開（公告）號: CN108665486A
• 公開（公告）日: 2018-10-16
• 發明（設計）人: 王萍;車焯;王迪
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06T7/269
• 分類號: G06T7/269;G06T7/136;G06T7/187;G06T7/11
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李麗萍

1.一種強對流單體樣本的標記方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、輸入對流天氣實況和一組連續體掃的雷達基數據，所述對流天氣實況包括對流天氣類型、發生結束時間、發生結束地點；

以所述該組雷達基數據為原始數據，求取獲得一組組合反射率圖，記為第一組合反射率圖；同時獲得一組去除了0.5°仰角反射率后得到的組合反射率圖，記為第二組合反射率圖；并對上述得到的兩組組合反射率圖分別進行單體分割，從而得到單體；

步驟二、對存在于第一組合反射率圖而不存在于第二組合反射率圖的單體進行超折射濾除，并以第一組合反射率圖中保留的單體作為最終的單體分割結果；

步驟三、通過光流法實現前后體掃時刻的單體跟蹤，從而確定前后體掃時刻的單體是否關聯；

步驟四、對強對流單體進行標記：

用戶根據對流天氣實況對一個體掃時刻的所有單體分別進行類型的標記，根據步驟三的跟蹤結果自動給出與所標記單體相關聯的所有單體的類型的標記，單體的類型包括強對流單體類型和非強對流單體類型，其中，所述強對流單體的類型包括：冰雹、短時強降水、雷雨大風、冰雹+短時強降水、冰雹+雷雨大風和冰雹+短時強降水+雷雨大風；

將自動給出的標記結果中不符合對流天氣實況的標記結果進行手動更正。

2.根據權利要求1所述強對流單體樣本的標記方法，其特征在于：步驟一中，單體分割的步驟如下：

步驟1)篩選n個種子區域：將以45dBZ為閾值，以80km²為面積閾值提取的連通域作為種子區域，分別標記為S₁、S₂、……、S_n-1、S_n；

步驟2)篩選最大關注區域：用閾值分割法得到所有取值大于30dBZ的區域作為最大關注區域，分別標記為N₁、N₂、……、N_m-1、N_m，N_i中包含種子區域的個數為j，j≤n，1≤i≤m，若j≤1，則最大關注區域N_i表示為一個單體；否則，對最大關注區域N_i進行如下操作；

步驟2-1)令該最大關注區域N_i中的種子區域長大形成k個單體核H，包括：

從最大關注區域N_i的外圍歷經30dBZ、35dBZ和40dBZ三個值域到達種子區域邊界，將其中閾值在40dBZ、35dBZ和30dBZ以上的區域分別記為種子區域的內核、中核和外核；

單體核H的形成根據以下情況確定：

1)若最大關注區域N_i的外核包含的種子區域數目小于2，則該最大關注區域N_i的外核形成了單體核H；

2)若最大關注區域N_i的外核包含的種子區域數目不小于2，且最大關注區域N_i的中核包含的種子區域數目小于2，則該最大關注區域N_i的中核形成了單體核H；

3)在上述情況1)和2)均不成立的情況下，則該最大關注區域N_i的內核形成了單體核H；

步驟2-2)膨脹-避讓式分割單體：

①最大關注區域N_i的最小外包矩形寬為w、高為h，將k個單體核H記為H₁、H₂、......、H_k-1、H_k，設一個數組A的大小為w×h，并設該數組A所有元素的初值為0；

②用數組A將最大關注區域N_i中的所有像素點做確定性標記和尚不確定性標記：即將數組A中與第1個單體核對應的元素賦值為1，以此表示此像素點屬于第1個單體；將數組A中與最大關注區域N_i中非單體核區域對應的元素賦值為k+1；

③用數學形態學的膨脹法對最大關注區域N_i中的所有單體核H₁、H₂、......、H_k-1、H_k進行膨脹，得到膨脹模板H^*₁、H^*₂、......、H^*_k-1、H^*_k；遍歷中的新增點P，p＝1，2，3，....，k-1,k；若A(P)＝m+1，則將P點拾入單體p，即A(P)＝p；

④逆轉p的順序，重復上述③的操作直至數組A中的所有值均不為m+1。

3.根據權利要求1所述強對流單體樣本的標記方法，其特征在于：步驟三的具體內容如下：

步驟1)利用光流法求得光流數：利用步驟二得到前體掃時刻單體和后體掃時刻單體；然后輸入該兩幀組合反射率圖，并通過光流法計算出光流場數據；遍歷光流場數據點，對于X方向速度或者Y方向速度大于30的光流場數據點賦值為0；通過光流場數據計算得到前體掃時刻所有像素在后體掃時刻的流入位置；對比前后體掃時刻各單體的范圍，計算出光流數；光流數記為SUM(A→B)，用以表示由前體掃時刻單體A流入后體掃時刻單體B的像素數；用光流數量化前體掃時刻單體A和后體掃時刻單體B的關聯程度，

步驟2)結合前后體掃時刻單體的面積S，綜合考慮前后體掃時刻單體出現分裂或合并的情況，制定如下三個條件，若滿足其一則認為前體掃時刻單體A和后體掃時刻單體B存在關聯，

條件一、SUM(A→B)>S(A)×50％；

條件二、SUM(A→B)>S(B)×50％；

條件三、設SUM(A→B)＝c，對前體掃時刻的l個單體流入后體掃時刻單體B的所有像素求和，記為SUM，c/SUM>50％，且c/S(B)>33％。