強對流云團追蹤方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于氣象預測的技術領域，具體涉及一種強對流云團追蹤方法。
【背景技術】
[0002] 由強對流云團引起的短時強降水、雷雨大風、冰雹和龍卷風等強對流天氣對人民 的生命財產造成嚴重威脅，而對強對流云團的預報能夠使人們提前做好預防，以減少此類 災害造成的損失。對強對流云團的追蹤是制作強對流云團預報的前提，目前，通常使用氣象 衛星監測強對流云團，氣象衛星提供的云圖資料能夠為識別追蹤強對流云團的結構性信息 (例如，平均亮溫、面積、直徑和偏心率等）和監測強對流云團的演變情況提供幫助。
[0003] 對強對流云團運動的描述是一個復雜的問題，因為強對流云團為非鋼性的，總是 處于不斷地位移、形變、擴展收縮甚至分裂、融合的過程中，使整個追蹤過程比計算機視覺 中對一般的剛性或近剛性物體的追蹤問題要難得多。在計算機視覺中，有很多運動分析方 面的研究，但大部分運動分析，都假設物體是剛性的，而強對流云團的運動顯然不滿足這一 假設。
[0004] 目前，有下面幾種強對流云團的追蹤方法，例如："兩步追蹤法"，該方法基于 Sethian的水平集（LevelSet)方法，用來處理可變形的非剛性對流云團系統的諸如分裂、 融合等經常發生的拓撲變化，解決了強對流云團非剛性的問題，但該方法缺乏對云團流體 運動的全局動態描述。利用仿射變換來描述云團運動的方法，該方法是通過二維圖像序列 重建云團的三維結構和運動信息來描述云團運動，雖然取得了一定的效果，但是，由于仿射 變換的模型過于簡單，不足以描述云團的所有特征。上述追蹤強對流云團的方法要么缺乏 對云團流體運動的全局動態描述，要么不足以描述云團的所有特征，導致對強對流云團追 蹤的準確度較差，且對于復雜的云團無法進行追蹤，適用性較差。
【發明內容】
[0005] 為了解決目前追蹤強對流云團的方法準確度和適用性較差的問題，本發明提出一 種強對流75T團追蹤方法，以提尚強對流75T團追蹤方法的適用性，提尚強對流75T團追蹤的準 確度。
[0006] 本發明強對流云團追蹤方法，該方法包括以下步驟：
[0007] (1)在第一幀衛星云圖上確定待追蹤強對流云團，并統計該待追蹤強對流云團的 靜態特征，該靜態特征包括所述待追蹤強對流云團的形心、重心、最低亮溫、最高亮溫、低于 負32攝氏度區域面積、低于負52攝氏度區域面積、低于負62攝氏度區域面積；
[0008] (2)識別出第二幀衛星云圖上的所有強對流云團，并統計所述第二幀衛星云圖中 的每一個所述強對流云團的靜態特征；
[0009] (3)在所述第二幀衛星云圖上確定搜索區域，該搜索區域以所述第一幀衛星云圖 中待追蹤強對流云團的重心為中心，以T*V為半徑，其中，T為所述第二幀衛星云圖與所述 第一幀衛星云圖的時間間隔，V為所述強對流云團的最大移動速度；
[0010] (4)在所述搜索區域內查找與所述待追蹤強對流云團相比變化度最小的強對流云 團，用數學公式表示為
[0011]
[0012] 其中，abs為絕對值符號，心表示所述第一幀衛星云圖中待追蹤強對流云團的第i 個靜態特征，Bkl表示所述第二幀衛星云圖中搜索區域內的第k個強對流云團的第i個靜態 特征，當所述第二幀衛星云圖中搜索區域內共有F個強對流云團時，k= 1，2, 3, 4, 5……F， n為靜態特征的數量，
[0013] 該與所述待追蹤強對流云團相比變化度最小的強對流云團為所述待追蹤強對流 云團在所述第二幀衛星云圖上的位置；
[0014] (5)計算所述步驟（4)中追蹤到的所述第二幀衛星云圖上的強對流云團相對于所 述第一幀衛星云圖上待追蹤強對流云團的動態特征，該動態特征包括移動速度變化、移動 角度變化、最低亮溫變化、重心移動距離的變化、重心與形心之間的距離的變化、偏心率的 變化和面積的變化；
[0015] (6)采用所述步驟（3)中確定搜索區域的方式在所述第三幀衛星云圖上確定搜索 區域，計算該搜索區域內所有強對流云團相對于所述步驟（4)中追蹤到的第二幀衛星云圖 中的強對流云團的動態特征，然后在該搜索區域內查找與所述步驟（4)中追蹤到的第二幀 衛星云圖中的強對流云團相比變化度最小的強對流云團，用數學公式表示為
[0016]
[0017] 其中，abs為絕對值符號，表示追蹤到的所述第二幀衛星云圖中的強對流云團的 第i個靜態特征，Ckl表示所述第三幀衛星云圖中搜索區域內第k個強對流云團的第i個靜 態特征，n為靜態特征的數量，m為動態特征的數量，表示追蹤到的所述第二幀衛星云圖 中的強對流云團的第j個動態特征，Ck]表示所述第三幀衛星云圖中搜索區域內第k個強對 流云團的第j個動態特征，當所述第三幀衛星云圖中搜索區域內共有G個強對流云團時，k =1，2, 3, 4, 5......G，
[0018] 該與所述步驟（4)中追蹤到的第二幀衛星云圖中的強對流云團相比變化度最小 的強對流云團為所述步驟（4)中追蹤到的第二幀衛星云圖中的強對流云團在所述第三幀 衛星云圖上的位置；
[0019] (7)依照所述步驟（5)和所述步驟（6)依次在所述第三幀衛星云圖以后的各幀衛 星Z5T圖上追蹤所述待追蹤強對流Z5T團。
[0020] 其中，所述步驟（1)包括：（1)在第二幀衛星云圖上識別出強對流點；（2)對所述 強對流點進行聯通檢測，同一個聯通區域內的所述強對流點的集合為一個強對流云團。
[0021] 其中，所述步驟（2)中，對所述強對流點進行4聯通檢測。
[0022] 其中，所述步驟（2)中，對所述強對流點進行8聯通檢測。
[0023] 其中，所述步驟（3)中，所述強對流云團的最大移動速度V為80km/h。
[0024] 其中，所述步驟（1)中，識別面積大于或等于250平方公里的強對流云團。
[0025] 其中，在所述各幀衛星云圖中，所述強對流云團的形心坐標定義為：
[0026]
[0027] 其中，Xl為所述強對流云團的邊緣點的橫坐標，y 所述強對流云團的邊緣點的 縱坐標，R為所述強對流云團的邊緣點的數量。
[0028] 本發明強對流云團追蹤方法具有如下的有益效果：
[0029] 本發明強對流云團追蹤方法不僅根據強對流云團的靜態特征進行追蹤，還根據強 對流云團的動態特征進行追蹤，因為前后相鄰的兩幀衛星云圖中同一個強對流云團從靜態 來看，強對流云團的形心、中心和面積等靜態特征不會發生突變，從動態來看，強對流云團 的運動方向和運動速度等動態特征不會發生突變，所以后一幀衛星云圖中與在前一幀衛星 云圖中確定待追蹤強對流云團相比靜態特征和動態特征變化度最小的強對流云團即為要 找的強對流云團。靜態特征和動態特征的組合能更全面更準確地描述強對流云團，通過強 對流云團的靜態特征和動態特征的組合，既能夠對一般的強對流云團進行追蹤，也能夠對 復雜的強對流云團進行追蹤，提高了強對流云團追蹤方法的適用性和準確性。相對于靜態 特征，動態特征更能準確地反映強對流云團的運動規律，本發明強對流云團追蹤方法以強 對流云團的動態特征為主要依據，以強對流云團的靜態特征為輔助依據，提高了強對流云 團追蹤的準確度，有助于氣象工作人員對強對流云團的準確預報。
【附圖說明】
[0030] 圖1為本發明強對流團追蹤方法的原理不意圖。
【具體實施方式】
[0031] 下面結合圖1介紹本發明的技術方案。
[0032] 本發明強對流云團追蹤方法包括以下步驟：
[0033] (1)如圖1所示，在第一幀衛星云圖10上確定待追蹤強對流云團13,并統計該待 追蹤強對流云團13的靜態特征，該靜態特征包括待追蹤強對流云團13的形心、重心、最低 亮溫、最高亮溫、低于負32攝氏度區域面積、低于負52攝氏度區域面積、低于負62攝氏度 區域面積；
[0034] (2)識別出第二幀衛星云圖11上的所有強對流云團，具體地，在第二幀衛星云圖 11上識別出強對流點，然后對該識別出的強對流點進行聯通檢測，即先設定聯通區域，該聯 通區域的大小是固定的，那么同一個聯通區域內的強對流點的集合為一個強對流云團，可 以采用4聯通檢測，這里的"4"指聯通區域的大小，也可以采用8聯通檢測，這里的"8"為 聯通區域的大小。其中，識別并篩選出面積大于或等于250平方公里的強對流云團，進行下 面的步驟，對于面積小于250平方公里的強對流云團直接舍棄，因為面積較小的強對流云 團可能是識別過程中產生的噪點，也有可能是生命周期非常短的強對流云團，該類強強對 流云團追蹤的意義不大。
[0035] 然后統計第二幀衛星云圖11中的每一個強對流云團的靜態特征，該靜態特征包 括強對流云團的形心、重心、最低亮溫、最高亮溫、低于負32攝氏度區域面積、低于負52攝 氏度區域面積、低于負62攝氏度區域面積。
[0036] (3)在第二幀衛星云圖11上確定搜索區域，該搜索區域以第一幀衛星云圖10中待 追蹤強對流云團13的重心為中心，以T*V為半徑，其中，T為第二幀衛星云圖11與第一幀 衛星云圖10的時間間隔，V為強對流云團的最大移動速度，通過對大量強對流云團觀察發 現，強對流云團的移動速度通常在80