[發明專利]利用等值線數據提取槽脊特征點與槽脊特征線的方法、天氣圖分析方法

有效

• 申請號: 201810786117.5
• 申請日: 2018-07-17
• 公開（公告）號: CN109102538B
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發明（設計）人: 劉敦龍;胡文東;羅飛;舒紅平;唐鏨釗
• 申請（專利權）人: 成都信息工程大學
• 主分類號: G06T7/60
• 分類號: G06T7/60;G06T5/00
• 代理公司: 成都賽恩斯知識產權代理事務所(普通合伙) 51212
• 代理人: 張帆

本發明公開利用等值線數據提取槽脊特征點與槽脊特征線的方法、天氣圖分析方法。本發明提供在等值場數據中提取槽脊特征點的方法。該方法對于非閉合等值線，根據等值線上每3點的夾角對3點進行取舍，將選取的點組成序列S，根據S的弧線特征確定槽脊特征點。本發明提供利用等值線數據提取槽脊特征線的方法，在提取槽脊特征點基礎上，分三種方案識別其槽/脊點性質，再依距離條件對槽/脊點作歸簇運算，最后利用貝塞爾曲線擬合同簇所有槽/脊點得到槽/脊線。本發明提供兩種方法在天氣圖、地形圖分析中的應用，與一種天氣圖分析方法。本發明方法能夠同時識別槽點與脊點、生成槽線與脊線，算法效率高、結果準確，所得槽脊線無交叉且美觀。

技術領域

本發明涉及一種等值場數據處理方法，特別是涉及利用等值線數據提取槽脊特征點的方法，提供槽脊特征線的方法，及兩者的應用，以及一種天氣圖分析方法。屬于數據特征抽取、預測天氣狀態技術領域。

背景技術

槽線自動識別是天氣圖自動化分析的重要內容，但目前的氣象槽線分析主要通過人工實現。一般來說槽線與脊線相對應，它是等值線曲率最大點按一定規則的連線，在地形數據分析中稱為山脊線、山谷線。在氣象領域，槽線通常由低壓槽區內等高線曲率最大點連接而成，是氣旋中心到低壓槽內氣壓最低點的集合所組成的曲線。目前，槽線自動識別主要通過計算曲率的方法實現，即針對一定高度上的等壓線，通過計算曲率得到曲率局部最大點作為槽點，再依據特定的規則將槽點連接構成槽線。

現有技術《基于DP算法的槽線自動判識》(代曦等，氣象科技，2016 年01期)公開了一種基于Douglas-Peucker算法的氣象槽線自動識別方法。方法首先將等壓線分為閉合和非閉合兩類，再從單條等壓線角度考慮，通過垂距閾值判斷的方法得到等壓線關鍵點。方法具體分三步完成。該方法是采用垂距為指標，根據最大垂距尋找槽點，最終連接槽線。該方法的主要缺陷在于：一方面，不但計算復雜，而且槽點的判識存在一定的誤差；另一方面，對于待分析的等值場數據，僅能尋找出槽點與槽線，不能同時尋找脊點與脊線。

發明內容

本發明的目的就是針對現有技術的不足，提供一種能夠同時抽取等值場數據中槽線與脊線的方法，以及在此基礎上完成的天氣圖分析方法。

為實現上述目的，本發明首先提取一種在等值場數據中提取槽脊特征點的方法，其技術方案如下：

一種利用等值線數據提取槽脊特征點的方法，用于在等值線數據場中提取槽脊特征點；其特征在于：

對于非閉合等值線，以等值線上3個點為一組，計算每組3點構成的夾角α，若夾角α≤角度閾值θ，記錄該組第2點，否則放棄該組3個點；所述每組3點間隔等值線上7～10個點，所述角度閾值θ取值為θ∈[175,180)；依次遍歷所有等值線上所有點，記錄所有符合角度閾值條件的點；將等壓線上連續記錄的點記為一個序列S，確定每個序列S構成弧線的拐點，所得拐點即為槽脊特征點；

對于閉合等值線，等值線上所有點均為槽脊特征點。

上述方法中，槽脊特征點符合槽點數值特征或脊點數值特征的點。方法首先將等值線分為閉合與非閉合兩類。對于非閉合等值線，以等值線上一定相等間距的3個點為一個計算單元，若3點形成的夾角符合角度閾值，則將則進一步將連續滿足同一角度閾值的點記為一個序列S，每個S對應一段弧線，該弧線的拐點即是槽脊特征點(等值線上曲率局部最大的點)。對于閉合等值線，線上所有點都是槽脊特征點。

在優化條件下，一個序列S組成一段弧線的拐點是該序列所構成弧線中角度最小的點。

以上述利用等值線數據提取槽脊特征點的方法為基礎，本發明進一步提供一種提取槽脊特征線的方法，其技術方案如下：

利用上述提取槽脊特征點的方法實現的利用等值線數據提取槽脊特征線的方法，其特征在于：

首先提取槽脊特征點，其次識別槽脊特征點的槽/脊性質，最后分別根據槽點/脊點分別生成槽線/脊線；