[發明專利]一種基于離線多目標跟蹤的天氣規避區劃設方法

有效

• 申請號: 202011210672.7
• 申請日: 2020-11-03
• 公開（公告）號: CN112562419B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發明（設計）人: 毛億;聶建強;孫蕊;單堯;程琦;鐘罡
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G08G5/00
• 分類號: G08G5/00;G06K9/62;G01S13/95
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 胡建華

本發明涉及空中交通管理領域，具體涉及一種基于離線多目標跟蹤的天氣規避區劃設方法，包括：首先，進行天氣規避區靜態識別：天氣規避數據提取；圖片二值化及輪廓提取；天氣規避區輪廓聚類；凸多邊形生成及合并。其次，進行天氣規避區動態修正：凸多邊形關聯和修正。相比于現有技術，本發明在對多維數值氣象數據圖像化處理基礎上，首先綜合利用DBSCAN聚類和聚合聚類算法靜態識別天氣規避區，再結合離線多目標跟蹤技術，通過追蹤天氣規避區的演變趨勢對異常天氣規避區進行修正，確保天氣規避區在形態變化上的時空連續性，實現對天氣規避區的精準動態劃設，有效提高管制員量化評估天氣對航空運行的影響的準確性和動態規劃管制引導路徑的魯棒性。

技術領域

本發明涉及空中交通管理技術領域，尤其涉及一種基于離線多目標跟蹤的天氣規避區劃設方法。

背景技術

天氣規避區是指當航路或空域受天氣影響而無法正常使用時，為保障航班安全飛行而在陸地或海洋上空臨時劃定的在規定時間內航空器禁止飛行的空域。天氣規避區是一個自動生成的多邊形，其邊界被認為是飛行員可能跟隨飛行的雷暴邊界。劃設天氣規避區是惡劣天氣條件下有效評估空域通行能力和規劃航空器改航路徑的重要前提。動態性是天氣規避區的固有屬性。天氣規避區的形狀、大小、位置以及其包圍區域天氣強度等要素都會隨時間的變化而改變。出于安全因素的考慮，航班改航通常從側向繞過天氣規避區。因此，天氣規避區通常以二維方式表示，不考慮高度信息，即天氣規避區范圍內各高度層均禁用，不考慮從上方或下方飛越該區域。天氣規避區劃設的基礎是航空氣象部門提供的天氣預報產品。現有天氣規避區劃設方法都依賴多源精細化的氣象信息。現實情況下，大多數發展中國家的天氣預報產品都難以提供多源精細化的氣象信息，導致劃設的天氣規避區較為籠統，失真較大且缺少一定實際意義。另外，現有天氣規避區多是根據同一時刻的氣象預報信息生成，只在短時段內具備較高的精確性，無法確保時間相鄰的天氣規避區之間的空間連續性，魯棒性弱，難以為后續應用提供有效支撐。因此，如何結合發展中國家如以中國的天氣預報系統發展實際，利用單一氣象信息源，綜合考慮天氣覆蓋區域變化的時空連續性，設計一種魯棒性更強的天氣規避區劃設方法具有重要的現實意義。

查閱國內外相關資料，尚未發現基于單一氣象信息源，采用離線多目標跟蹤技術利用天氣覆蓋區域形態動態變化趨勢信息進行天氣規避區劃設的方法。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的在于提供一種改進天氣規避區時空連續性的精準劃設天氣規避區的自動化方法。

一種基于離線多目標跟蹤的天氣規避區劃設方法，包括以下步驟：

步驟1，獲取雷達回波圖后，根據所述雷達回波圖對天氣規避區進行靜態識別；具體的，本發明中，對航空氣象部門按時間間隔T_s提供的預報雷達回波圖進行遍歷處理，確定反射率等級≥41dBZ的像素點，定義為天氣規避像素點，所述時間間隔T_s通常取5 分鐘。

步驟2，對所述天氣規避區進行動態修正，輸出所述天氣規避區的劃設結果。

進一步地，在一種實現方式中，所述步驟1包括：

步驟1.1，從所述雷達回波圖中提取天氣規避數據，所述天氣規避數據包括天氣規避像素點和天氣像素點對應的經緯度坐標：

對所述雷達回波圖進行遍歷處理，將所述雷達回波圖中反射率等級大于或等于預設反射率閾值的像素點定義為天氣規避像素點，同時根據雷達所在位置的經緯度坐標以及所述雷達回波圖的分辨率，確定每個所述天氣規避像素點對應的經緯度坐標；

步驟1.2，根據所述天氣規避數據，對所述雷達回波圖二值化并提取天氣規避區輪廓：

對所述雷達回波圖進行二值化處理，凸顯天氣規避部分并灰度化背景后，獲得天氣規避區；提取所有所述雷達回波圖中天氣規避區的輪廓，并對所述所有雷達回波圖中天氣規避區的輪廓進行多邊形逼近，獲得所述天氣規避區輪廓，輸出天氣規避區輪廓集合；