形成期台风螺旋云带的提取、描述及中心定位的研究

摘要

台风是严重影响人类生产生活的灾害性天气之一,对台风进行识别及定位具有极其重要的现实意义.由于台风形态及结构的复杂性,目前对于台风的自动预报及定位仍处于研究及探索阶段.针对形成期台风,该文的研究工作包括:1、螺旋云带的特征提取及描述;2、台风定位.应用图像处理及计算机视觉等理论,结合专家经验,该文采取的非成熟期台风螺旋云带的提取方案及台风定位算法均取得了较好的效果.首先螺旋云带的提取建立在对云图恰当分割的基础上,从云团的骨架中提取出能够反映螺旋云带特征的局部螺旋线.对局部螺旋线采用了两种拟合方法:其一是利用Hough变换对待定的局部螺旋线集合进行螺旋线检测,以达到对台风定位及螺旋云带描述的目的;其二是直接从局部螺旋线入手,通过多次拟合,综合各次拟合的结果得到台风定位中心.序列云图可以反映云系的动态信息,在台风的识别及定位中具有单幅云图无法比拟的优势.该文对已有的云导风算法进行简化和改进,把云导风运动向量用16个方向表示,突出体现了台风云系微元的运动趋势.在基于台风中心划分的四个象限内,符合正确的运动条件的云系微元所占的比例应最大.以此作为台风定位的依据,将云导风矢量图成功地应用于台风定位中.该文客观地运用台风的形态特征及运动特征,比较成功地解决了形成中期的台风定位问题.随着实践的深入和进一步的研究,将会在台风的自动识别及定位系统中发挥重要的作用.

目录

文摘

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第一章概述

1.1台风及螺旋云带

1.2使用卫星云图确定台风中心的位置

1.3研究现状

1.3.1关于台风云系的研究

1.3.2关于螺旋云带及螺旋线的研究

1.3.3关于中心定位的研究

1.4课题的目标和意义

第二章理论基础

2.1数学形态学

2.1.1数学形态学基本运算

2.1.2形态学重构

2.1.3骨架化

2.2形状分析与描述

2.2.1区域分析与描述

2.2.2线型特征的检测与描述

2.2.3 Hough变换

2.2.4曲线拟合

2.3运动视觉

2.3.1光流法

2.3.2模板匹配法

第三章螺旋云带的提取

3.1预处理

3.2云图分割

3.3提取局部螺旋线

3.4小结

第四章螺旋云带的描述及中心定位

4.1人工台风定位方法

4.2利用Hough变换检测螺旋线

4.2.1利用Hough变换存在的问题

4.2.2局部螺旋线的坐标变换

4.2.3直线的检测算法

4.2.4螺旋线中心及参数的最后确定

4.2.5算法小结

4.3局部螺旋线直接拟合求中心

4.3.1螺旋线拟合算法

4.3.2局部螺旋线拟合求中心

4.3.3算法小结

第五章利用云导风进行形成期台风定位

5.1云导风概述

5.2云导风计算

5.3使用云导风进行台风定位

5.3.1基于台风中心的云导风向量特点

5.3.2基于云导风的台风中心定位

5.4定位结果

5.4小结

第六章总结

6.1系统集成

6.2本文工作总结

6.3设想及展望

参考文献

发表论文和参加科研情况

致谢

附图