基于卫星云图的台风识别和定位研究

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台风是严重影响人类生产生活的灾害性天气系统之一,它给我国东南沿海各省市的工农业生产、交通运输和人民生命财产的安全造成严重威胁和极大损失,其伤亡人数在十大自然灾害中高居首位。我国又是世界上台风灾害最为严重的国家之一。准确的预报台风是事关国家和人民生命安全的大问题。加强台风的监测和预报,是减轻台风灾害的重要的措施。对台风的探测主要是利用气象卫星。在卫星云图上,能清晰地看见台风的存在和大小。台风中心位置的确定是分析预报台风的重要环节。而自动定位台风中心提高了定位的准确性和实效性,避免了人工定位中因人而异的不确定性,有利于及时发出台风预报。 本文以气象卫星云图为研究对像,完成对台风云系的识别和中心定位。准确地从卫星云图各种复杂云系中分割出台风云系是进行台风识别和中心定位的前提,本文对卫星云图进行分割处理,以去除非台风云系便于后续处理。把卫星云图伪彩色图像转换为灰度图像,然后用阈值法分割台风云系,用数学形态学的开运算和台风云系的面积和形状特征去掉部分非台风云系。但是,该方法中仍然有可能还存在一些特殊的非台风云系。因此,我们进一步采用区域生长算法对台风进行分割,通过交互式的种子点选取获得较理想的分割结果。在台风自动识别算法中,则利用卫星云图中台风的纹理特征识别出台风云系。 台风中心位置的确定是分析和预报台风的重要环节。在台风成熟期,通常可以清楚地观测到台风的眼区,台风中心则定位在台风眼处。由于成熟期台风的特征较明显,定位比较容易,且很少失误。但对于形成期的台风云系,不具备明显的眼区特征,这便增加了定位的难度。在此阶段,准确定位可以对台风及早预报、做好早期预防,是一项十分有意义的工作。目前,采用较多的算法有三种:一是,螺旋线拟合法;二是,云导风矢量法;三是,旋转定位法。也都取得了较好的成果。本文采用的是螺旋线拟合法。在台风中心的自动定位中,为了提高算法的适应性,同时又保证定位的准确性,本文利用从台风云系中去掉云墙差值图像方法。通过有效地利用定位前台风的分割结果,结合原图像提取出台风的螺旋云带;然后,在骨架化之前对螺旋云带进行空洞填充,以避免骨架化后出现圆环给中心定位造成不良影响;最后,利用拟合对数螺旋线来拟合台风的螺旋云带,确定螺旋线的中心位置即为台风的中心位置。通过实验结果证明,本文应用的分割和中心定位方法是有效的。
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