[發(fā)明專利]海洋溫度鋒自動追蹤和特征參數(shù)信息提取方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910675669.3
• 申請日: 2019-07-25
• 公開（公告）號: CN110502801B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 武曉博;韓桂軍;李威
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F16/29;G01C13/00;G01K13/02;G06F119/08
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 王蒙蒙

本發(fā)明公開了一種海洋溫度鋒自動追蹤和特征參數(shù)信息提取方法：(1)溫度梯度場的建立；(2)溫度鋒橫斷面的確定；(3)溫度鋒特征參數(shù)的確定；(4)鋒區(qū)中心位置的追蹤；(5)遍歷海區(qū)內(nèi)所有網(wǎng)格點，得到海區(qū)內(nèi)所有的海洋溫度鋒，并提取相應(yīng)的溫度鋒特征參數(shù)信息，用于海洋中尺度現(xiàn)象研究并對未來海洋溫度鋒的分布做出可能性預(yù)測。本發(fā)明在溫度水平梯度法原理的基礎(chǔ)上，以網(wǎng)格遍歷和物體質(zhì)心權(quán)重分配的方式自動追蹤海洋溫度鋒面中心位置，同時實現(xiàn)對海洋溫度鋒的強度、寬度、邊界等特征參數(shù)信息的協(xié)同一致性提取，解決了傳統(tǒng)的海洋溫度鋒提取方法僅能提供鋒面的中心位置而不能同時給出鋒區(qū)的強度、寬度、邊界等關(guān)鍵特征參數(shù)信息的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及海洋信息技術(shù)，特別涉及一種基于鋒面中心線的海洋溫度鋒自動 追蹤和特征參數(shù)信息提取方法。

背景技術(shù)

海洋鋒是海洋中水文要素水平劇烈變化的區(qū)域，可以用要素的水平梯度來描 述。鋒區(qū)是海水輻聚區(qū)域，存在次級環(huán)流和強烈的混合作用，海洋生產(chǎn)力高，對 于海洋混合與海洋環(huán)流、海-氣相互作用、漁業(yè)、水聲傳播等諸多領(lǐng)域的研究有 著非常重要的影響。開展海洋鋒這一類海洋中尺度特征現(xiàn)象的研究、分析與預(yù)報 的首要環(huán)節(jié)就是對海洋鋒區(qū)的特征參數(shù)，如鋒區(qū)的中心位置、強度、寬度、邊界 等進行信息提取。特別是在利用衛(wèi)星遙感海表面溫度開展海洋溫度鋒實時監(jiān)測和 海洋三維溫鹽流數(shù)值分析和預(yù)報的過程中，人們需要基于海洋溫度場網(wǎng)格分析和 預(yù)報數(shù)據(jù)集，對諸如海洋中尺度渦和溫度鋒這類所關(guān)心的海洋中尺度特征現(xiàn)象進 行快速解釋和應(yīng)用，以便可以高效地為海洋環(huán)境安全保障提供海洋特征現(xiàn)象信息 產(chǎn)品服務(wù)。

對于海洋鋒面的檢測方法主要可以歸結(jié)為兩類：一是梯度法(Gradientalgorithm)，二是直方圖法(Histogram algorithm)。前者主要是根據(jù)給定的溫度 空間梯度的閾值來進行海洋鋒的檢測，適用于任意強度的鋒面，而后者則可適用 于高背景噪音下的弱海洋鋒檢測。但無論是梯度法，還是直方圖法，通常只是給 出鋒面的中心位置，并不能同時給出海洋鋒橫斷面的寬度，即鋒面的側(cè)向邊界。 而在實際海洋環(huán)境安全保障中，往往需要同時給出海洋鋒面的中心位置、強度、 橫斷面的寬度等信息。尤其是在海洋水聲的應(yīng)用中，海洋鋒面邊緣的確定，對水 聲傳播起著非常重要的作用。美國海軍自2002年起在其業(yè)務(wù)化運行的渦可分辨 的全球海洋鋒和中尺度渦特征現(xiàn)象預(yù)報系統(tǒng)中，海洋溫度鋒面邊界的預(yù)報是其發(fā) 布的非常重要的一項海洋環(huán)境安全保障產(chǎn)品。因此，在渦可分辨的全球海洋數(shù)值 預(yù)報系統(tǒng)所產(chǎn)生的海洋溫度場網(wǎng)格分析和預(yù)報數(shù)據(jù)集的基礎(chǔ)上，研究開發(fā)一種精度較高的海洋溫度鋒面自動檢測算法，尤其是可同時給出海洋鋒面的中心位置、 強度、寬度和邊界等特征參數(shù)，并且具有廣泛適用性，從而達到對海洋溫度鋒這 類中尺度特征現(xiàn)象進行快速解釋和應(yīng)用的目的，勢在必行。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對海洋溫度鋒特征參數(shù)信息提取，主要目的是在利用衛(wèi)星遙感海表 面溫度開展海洋溫度鋒實時監(jiān)測和海洋三維溫鹽流數(shù)值分析和預(yù)報的過程中，解 決通常所采用的海洋溫度鋒面的梯度檢測方法僅能提供鋒面的中心位置而不能 同時給出鋒區(qū)的強度、寬度、邊界等關(guān)鍵特征參數(shù)信息這一不足之處，提供一種 基于鋒面中心線的海洋溫度鋒自動追蹤方法，可同時提取鋒面的中心位置、強度、 寬度、邊界等特征參數(shù)信息，實現(xiàn)基于海洋溫度場網(wǎng)格分析和預(yù)報數(shù)據(jù)集的中尺 度特征現(xiàn)象的快速解釋和應(yīng)用。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種海洋溫度鋒自動追蹤和特征參數(shù)信息提取 方法，包括以下步驟：

步驟1，溫度梯度場的建立：利用給定海域的溫度場網(wǎng)格數(shù)據(jù)，計算溫度梯 度場，并對溫度梯度場進行內(nèi)插，獲得較溫度場網(wǎng)格數(shù)據(jù)更高分辨率的溫度梯度 場網(wǎng)格數(shù)據(jù)集；

步驟2，溫度鋒橫斷面的確定：建立溫度鋒判別標準，以某一滿足溫度鋒判 別標準的點為溫度鋒中心位置初猜點，并以溫度鋒中心位置初猜點為中心，分別 沿溫度梯度正負兩個方向?qū)ふ覝囟蠕h臨時邊界點；

步驟3，溫度鋒特征參數(shù)的確定：采用逐步迭代的方式，確定鋒區(qū)的中心位 置，提取特征參數(shù)信息；