基于多通道衛(wèi)星云圖的臺(tái)風(fēng)中心定位方法研究.pdf

1、臺(tái)風(fēng)具有突發(fā)性強(qiáng)、破壞力大的特點(diǎn),是世界上最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一。我國又是世界上臺(tái)風(fēng)災(zāi)害最為嚴(yán)重的國家之一。臺(tái)風(fēng)給我國東南沿海各省市的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸和人民生命財(cái)產(chǎn)的安全造成嚴(yán)重威脅和極大損失。正確面對(duì)臺(tái)風(fēng)、避免臺(tái)風(fēng)的災(zāi)害是一事關(guān)國家和人民生命安全的問題,臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)也就成為了氣象預(yù)報(bào)的重點(diǎn)之一。確定臺(tái)風(fēng)中心位置對(duì)臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)來說具有至關(guān)重要的作用。靜止衛(wèi)星云圖可以連續(xù)監(jiān)視熱帶云系的演變,揭示和發(fā)現(xiàn)新的天氣事實(shí),已成為分析和預(yù)報(bào)臺(tái)風(fēng)的重要工具

2、之一。本文基于靜止衛(wèi)星云圖研究臺(tái)風(fēng)中心定位方法,主要包括如下三個(gè)方面的研究工作:
　　 (1)基于非下采樣輪廓波變換(NSCT)和能量準(zhǔn)則的多通道衛(wèi)星云圖融合。圖像融合對(duì)于臺(tái)風(fēng)中心定位而言是一個(gè)非常重要的預(yù)處理。本文基于NSCT和能量熵提出一種多通道衛(wèi)星云圖融合算法。NSC工具有良好的多分辨率、平移不變性和多方向性等特點(diǎn),它能夠?qū)D像的邊緣和輪廓給出一種最優(yōu)漸進(jìn)表示。局部能量在表示和定位各類圖像的特征時(shí)具有良好的魯棒性。本文對(duì)靜

3、止衛(wèi)星云圖進(jìn)行多尺度NSCT分解,然后分別計(jì)算高頻和低頻系數(shù)的局部能量和能量熵,通過計(jì)算能量熵選擇一些新的系數(shù)。最后通過逆NSCT變換得到融合后的衛(wèi)星云圖。文中討論了基于小波變換、Contourlet變換以及NSCT融合技術(shù)與本文提出的融合方法的性能比較。通過多個(gè)融合例子證明本文所提出的方法能夠獲得豐富的方向信息,并且對(duì)噪聲有較強(qiáng)的魯棒性。
　　 (2)基于邊界特征的臺(tái)風(fēng)主體云系自動(dòng)識(shí)別。臺(tái)風(fēng)在不同的發(fā)展階段具有不同的特點(diǎn),諸如

4、紋理、形狀、面積等會(huì)發(fā)生變化?；谏鲜鲞@些特征不能將各個(gè)發(fā)展階段的臺(tái)風(fēng)主體云系自動(dòng)識(shí)別出來。臺(tái)風(fēng)在各個(gè)發(fā)展階段都有一定的渦旋特性,而非臺(tái)風(fēng)云系一般沒有這種性質(zhì)?；诖?利用融合后的衛(wèi)星云圖提取云系的邊界特征,并統(tǒng)計(jì)邊界云的旋轉(zhuǎn)程度,進(jìn)而自動(dòng)識(shí)別臺(tái)風(fēng)主體云系。首先,利用Bezier直方圖的曲率曲線獲得衛(wèi)星云圖兩次分割的兩個(gè)閾值,分別對(duì)融合后的衛(wèi)星云圖進(jìn)行一次和二次分割；利用分割后的二值化衛(wèi)星云圖結(jié)合臺(tái)風(fēng)的幾何特征,如旋轉(zhuǎn)、面積和形狀等特征

5、,自動(dòng)識(shí)別臺(tái)風(fēng)主體云系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:利用所提出來的方法能夠有效地將各個(gè)發(fā)展階段的臺(tái)風(fēng)主體云系從衛(wèi)星云圖中識(shí)別出來。
　　 (3)基于分形特征和梯度信息的臺(tái)風(fēng)中心定位。除了消亡后期的臺(tái)風(fēng)云系外,其他各個(gè)時(shí)期的臺(tái)風(fēng)大都有密閉云區(qū),而不管是哪種類型的臺(tái)風(fēng),臺(tái)風(fēng)中心絕大部分都位于密閉云區(qū)域內(nèi)?；诖?本文利用分形維數(shù)與灰度-梯度共生矩陣的三個(gè)二次統(tǒng)計(jì)參數(shù)結(jié)合,定出臺(tái)風(fēng)密閉云區(qū)域,而后基于密閉云區(qū)內(nèi)臺(tái)風(fēng)中心區(qū)域梯度信息最豐富的特點(diǎn),定出