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一种基于曲率的槽脊线的提取与识别方法

阅读：812发布：2021-02-23

IPRDB可以提供一种基于曲率的槽脊线的提取与识别方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种基于曲率的槽脊线的提取与识别方法，包括如下步骤：S1、通过读取MICAPS第四类数据的方法获取格点数据；S2、根据格点数据计算等压线与等值线，并根据等值线判断高低压分区；S3、判断等压线是否为闭合曲线，若是则进入步骤S5，否则进入步骤S4；S4、根据曲率法提取等压线的槽点和脊点，并进入步骤S6；S5、根据高低压分区提取等压线的槽点和脊点，并进入步骤S6；S6、追踪槽点和脊点并连接出槽线和脊线，实现槽脊线的提取与识别。本发明解决了现有技术的工作量大、人力投入大、效率低以及分析结果存在偏差导致的精确度不高的问题。，下面是一种基于曲率的槽脊线的提取与识别方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于曲率的槽脊线的提取与识别方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：通过读取MICAPS第四类数据的方法获取格点数据；

S2：根据格点数据计算等压线与等值线，并根据等值线判断高低压分区；

S3：判断等压线是否为闭合曲线，若是则进入步骤S5，否则进入步骤S4；

S4：根据曲率法提取等压线的槽点和脊点，并进入步骤S6；

S5：根据高低压分区提取等压线的槽点和脊点，并进入步骤S6；

S6：追踪所述槽点和脊点并连接出槽线和脊线，实现槽脊线的提取与识别。

2.根据权利要求1所述的基于曲率的槽脊线的提取与识别方法，其特征在于，所述步骤S2中，根据等值线判断高低压分区，即根据等值线左右两侧的格点数据，得到等值线左右两侧的高低压分区。

3.根据权利要求1所述的基于曲率的槽脊线的提取与识别方法，其特征在于，所述步骤S3中，判断等压线是否为闭合曲线的方法为：找出等压线的起点和终点，并判断两点在天气系统中的经纬度是否相同，若相同则为闭合曲线，若不同则为非闭合曲线。

4.根据权利要求1所述的基于曲率的槽脊线的提取与识别方法，其特征在于，所述步骤S4中，根据曲率法提取等压线的槽点和脊点，包括以下步骤：S4-1：提取等压线上每个点的曲率的绝对值；

S4-2：根据等压线所处高低压分区和等值线的弯曲方向判断每个点的曲率的正负；

S4-3：根据每个点的曲率判断等压线的槽脊分区；

S4-4：最根据距离法和槽脊分区提取等压线的槽点和脊点。

5.根据权利要求4所述的基于曲率的槽脊线的提取与识别方法，其特征在于，所述步骤S4-1中，曲率的绝对值的计算公式为：Pi＝1/R＝(2sinα)/L,α∈[0,π]式中，Pi点的曲率绝对值；R为相邻三点所构成三角形的外接圆半径；α为Pi角的锐角角度；L为与Pi点相邻两点的距离。

6.根据权利要求4所述的等压线气压槽线和脊线的绘制方法，其特征在于，所述步骤S4-3中，判断公式为：若等值线前进方向的高低压分区为“左低右高”，则

式中，为Pi-1点与Pi点曲率向量；为Pi-1点与Pi+1点曲率向量。

若等值线前进方向的高低压分区为“左高右低”，则

式中，为Pi-1点与Pi点曲率向量；为Pi-1点与Pi+1点曲率向量。

7.根据权利要求4所述的基于曲率的槽脊线的提取与识别方法，其特征在于，所述步骤S4-4中，根据距离法和槽脊分区提取等压线的槽点和脊点，包括如下步骤：S4-4-1：依次连接槽区和脊区的起点与终点，得到连接线；

S4-4-2：将等压线上拥有到连接线最大垂距的点作为极限值点；

S4-4-3：判断最大垂距是否大于阈值，若是则进入步骤S4-4-4，否则进入步骤S4-4-5；

S4-4-4：连接极限值点和极限值点两侧的临界点，重复步骤S4-4-2；

S4-4-5：根据等压线的分区和极限值点得到槽点和脊点。

8.根据权利要求1所述的等压线气压槽线和脊线的绘制方法，其特征在于，所述步骤S5中，根据高低压分区提取等压线的槽点和脊点，包括以下步骤：S5-1：判断该等压线所处区域是否为低压区，若是则进入步骤S5-2，否则进入步骤S5-

3；

S5-2：提取位于该等压线最北端、最东端、最西端以及最南端的点为槽点，并结束提取；

S5-3：提取位于该等压线最北端、最东端、最西端以及最南端的点为脊点，并结束提取。

9.根据权利要求1所述的等压线气压槽线和脊线的绘制方法，其特征在于，所述步骤S6中，连接出槽线的方法为：找到最小等值线的槽点作为起点，遍历所有槽点，依次连接相邻的、未连线的以及位于不同等值线上的下一个槽点，找到非闭合曲线上的槽点作为终点，保证该槽线不能与等值线以及已连接的槽脊线相交。

10.根据权利要求1所述的等压线气压槽线和脊线的绘制方法，其特征在于，所述步骤S6中，连接出脊线的方法为：找到最大等值线的脊点作为起点，遍历所有脊点，依次连接相邻的、未连线的以及位于不同等值线上的下一个脊点，找到非闭合曲线上的脊点作为终点，保证该脊线不能与等值线以及已连接的槽脊线相交。

说明书全文

一种基于曲率的槽脊线的提取与识别方法

技术领域

[0001] 本发明属于天气环流图自动化分析技术领域，具体涉及一种基于曲率的槽脊线的提取与识别方法。

背景技术

[0002] 在气象学中，槽线(trough line)是指低压槽中等压线气旋性曲率最大而具有最低气压(或位势高度)各点的连线，槽线是低压槽内气流水平辐合最强的地区。通常在槽线附近的天气变化比较明显，如西风带中，槽线前部常吹偏南风，有上升运动，水汽丰沛可形成云和降水。槽线后部多吹偏北风，有下沉运动，天气常晴朗少云。槽线的这种特征使它在天气预报中占据着非常重要的位置，极大得影响了天气预报员的预报趋势，是预报中成云致雨的重要依据之一。脊线(Ridge lines)是指海拔相同的平面上，气压高与毗邻三面而低于另一面的区域，常是高气压延伸出来的狭长区域。天气图上表示高压脊的等压线或等高线以凹面朝向高压。脊附近的空间等压面类似山脊。在天气图上高压脊不闭合时略呈U形或∩形，其中间气压高于周围三面，有如地形上的山脊。高压脊中各等压线弯曲最大处(曲率最大)的连线叫脊线。高压脊区一般为气流辐散区，在脊线处天气主晴。

[0003] 在气象领域，基于现代化人机交互气象信息处理和天气预报制作系统(MICAPS)，槽线的人工识别已经发展到了很成熟的阶段，天气预报员对于槽线的肉眼分析已经轻车熟路。但影响槽线脊线识别的因素很多，如果完全采用人工的分析提取，分析结果往往会与实际有所偏差，其中包括诸多主观和不确定的客观因素，而且人工识别需要的时间开销很大，在气象资料采集如此短时间、高密度的今天，人工识别显然不利于实时资料的快速处理与更新。

[0004] 现有技术存在以下问题：

[0005] (1)现有技术中，槽脊线的提取主要采用人工分析的方式，工作量大，人力投入大，并且效率低；

[0006] (2)人工分析的方式存在误差，分析结果往往会与实际有所偏差，精确度不高。

发明内容

[0007] 针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种高实用性、减少工作量、节约人力投入、效率高以及精确度高的基于曲率的槽脊线的提取与识别方法，避免了分析结果出现误差和偏离，解决了现有技术的工作量大、人力投入大、效率低以及分析结果存在偏差导致的精确度不高的问题。

[0008] 为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

[0009] 一种基于曲率的槽脊线的提取与识别方法，包括如下步骤：

[0010] S1：通过读取MICAPS第四类数据的方法获取格点数据；

[0011] S2：根据格点数据计算等压线与等值线，并根据等值线判断高低压分区；

[0012] S3：判断等压线是否为闭合曲线，若是则进入步骤S5，否则进入步骤S4；

[0013] S4：根据曲率法提取等压线的槽点和脊点，并进入步骤S6；

[0014] S5：根据高低压分区提取等压线的槽点和脊点，并进入步骤S6；

[0015] S6：追踪槽点和脊点并连接出槽线和脊线，实现槽脊线的提取与识别。

[0016] 进一步地，步骤S2中，根据等值线判断高低压分区，即根据等值线左右两侧的格点数据，得到等值线左右两侧的高低压分区。

[0017] 进一步地，步骤S3中，判断等压线是否为闭合曲线的方法为：找出等压线的起点和终点，并判断两点在天气系统中的经纬度是否相同，若相同则为闭合曲线，若不同则为非闭合曲线。

[0018] 进一步地，步骤S4中，根据曲率法提取等压线的槽点和脊点，包括以下步骤：

[0019] S4-1：提取等压线上每个点的曲率的绝对值；

[0020] S4-2：根据等压线所处高低压分区和等值线的弯曲方向判断每个点的曲率的正负；

[0021] S4-3：根据每个点的曲率判断等压线的槽脊分区；

[0022] S4-4：根据距离法和槽脊分区提取等压线的槽点和脊点。

[0023] 进一步地，步骤S4-1中，曲率的绝对值的计算公式为：

[0024] Pi＝1/R＝(2sinα)/L,α∈[0,π]

[0025] 式中，Pi点的曲率绝对值；R为相邻三点所构成三角形的外接圆半径；α为Pi角的锐角角度；L为与Pi点相邻两点的距离。

[0026] 进一步地，步骤S4-3中，判断公式为：

[0027] 若等值线前进方向的高低压分区为“左低右高”，则

[0028]

[0029] 式中，为Pi-1点与Pi点曲率向量；为Pi-1点与Pi+1点曲率向量。

[0030] 若等值线前进方向的高低压分区为“左高右低”，则

[0031]

[0032] 式中，为Pi-1点与Pi点曲率向量；为Pi-1点与Pi+1点曲率向量。

[0033] 进一步地，步骤S4-4中，根据距离法和槽脊分区提取等压线的槽点和脊点，包括如下步骤：

[0034] S4-4-1：依次连接槽区和脊区的起点与终点，得到连接线；

[0035] S4-4-2：将等压线上拥有到连接线最大垂距的点作为极限值点；

[0036] S4-4-3：判断最大垂距是否大于阈值，若是则进入步骤S4-4-4，否则进入步骤S4-4-5；

[0037] S4-4-4：连接极限值点和极限值点两侧的临界点，重复步骤S4-4-2；

[0038] S4-4-5：根据等压线的分区和极限值点得到槽点和脊点。

[0039] 进一步地，步骤S5中，根据高低压分区提取等压线的槽点和脊点，包括以下步骤：

[0040] S5-1：判断该等压线所处区域是否为低压区，若是则进入步骤S5-2，否则进入步骤S5-3；

[0041] S5-2：提取位于该等压线最北端、最东端、最西端以及最南端的点为槽点，并结束提取；

[0042] S5-3：提取位于该等压线最北端、最东端、最西端以及最南端的点为脊点，并结束提取。

[0043] 进一步地，步骤S6中，连接出槽线的方法为：找到最小等值线的槽点作为起点，遍历所有槽点，依次连接相邻的、未连线的以及位于不同等值线上的下一个槽点，找到非闭合曲线上的槽点作为终点，保证该槽线不能与等值线以及已连接的槽脊线相交。

[0044] 进一步地，步骤S6中，连接出脊线的方法为：找到最大等值线的脊点作为起点，遍历所有脊点，依次连接相邻的、未连线的以及位于不同等值线上的下一个脊点，找到非闭合曲线上的脊点作为终点，保证该脊线不能与等值线以及已连接的槽脊线相交。

[0045] 本方案的有益效果为：

[0046] (1)本方案基于曲率法实现了槽脊线的提取与识别，提高了方法的实用性；

[0047] (2)避免了人工分析方式减少了工作量，节约人力投入，并且提高了效率；

[0048] (3)避免了存在误差导致识别结果偏离，提高了精确度，提取出了良好的槽脊线；

[0049] (4)槽脊线的连接结果符合天气系统槽脊线分析的要求，能够较好地反应槽脊点的趋势，进一步提高了实用性。

附图说明

[0050] 图1为基于曲率的槽脊线的提取与识别方法流程图；

[0051] 图2为提取等压线的槽点和脊点方法流程图；

[0052] 图3为非闭合曲线提取等压线的槽点和脊点方法流程图；

[0053] 图4为闭合曲线提取等压线的槽点和脊点方法流程图；

[0054] 图5为槽脊线连线图。

具体实施方式

[0055] 下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

[0056] 一种基于曲率的槽脊线的提取与识别方法，如图1所示，包括如下步骤：

[0057] S1：通过读取MICAPS第四类数据的方法获取格点数据；

[0058] S2：根据格点数据计算等压线与等值线，并根据等值线判断高低压分区；

[0059] S3：判断等压线是否为闭合曲线，若是则进入步骤S5，否则进入步骤S4；

[0060] S4：根据曲率法提取等压线的槽点和脊点，并进入步骤S6；

[0061] 根据曲率法提取等压线的槽点和脊点，如图2所示，包括以下步骤：

[0062] S4-1：提取等压线上每个点的曲率的绝对值；

[0063] 曲率的绝对值的计算公式为：

[0064] Pi＝1/R＝(2sinα)/L,α∈[0,π]

[0065] 式中，Pi点的曲率绝对值；R为相邻三点所构成三角形的外接圆半径；α为Pi角的锐角角度；L为与Pi点相邻两点的距离；

[0066] S4-2：根据等压线所处高低压分区和等值线的弯曲方向判断每个点的曲率的正负；

[0067] S4-3：根据每个点的曲率判断等压线的槽脊分区；

[0068] 判断公式为：

[0069] 若等值线前进方向的高低压分区为“左低右高”，则

[0070]

[0071] 式中，为Pi-1点与Pi点曲率向量；为Pi-1点与Pi+1点曲率向量。

[0072] 若等值线前进方向的高低压分区为“左高右低”，则

[0073]

[0074] 式中，为Pi-1点与Pi点曲率向量；为Pi-1点与Pi+1点曲率向量；

[0075] S4-4：根据距离法和槽脊分区提取等压线的槽点和脊点，如图3所示，包括如下步骤：

[0076] S4-4-1：依次连接槽区和脊区的起点与终点，得到连接线；

[0077] S4-4-2：将等压线上拥有到连接线最大垂距的点作为极限值点；

[0078] S4-4-3：判断最大垂距是否大于阈值，若是则进入步骤S4-4-4，否则进入步骤S4-4-5；

[0079] S4-4-4：连接极限值点和极限值点两侧的临界点，重复步骤S4-4-2；

[0080] S4-4-5：根据等压线的分区和极限值点得到槽点和脊点；

[0081] S5：根据高低压分区提取等压线的槽点和脊点，并进入步骤S6；

[0082] 根据高低压分区提取等压线的槽点和脊点，如图4所示，包括以下步骤：

[0083] S5-1：判断该等压线所处区域是否为低压区，若是则进入步骤S5-2，否则进入步骤S5-3；

[0084] S5-2：提取位于该等压线最北端、最东端、最西端以及最南端的点为槽点，并结束提取；

[0085] S5-3：提取位于该等压线最北端、最东端、最西端以及最南端的点为脊点，并结束提取；

[0086] S6：追踪槽点和脊点并连接出槽线和脊线，如图5所示，实现槽脊线的提取与识别。

[0087] 本实施例中，步骤S2中，根据等值线判断高低压分区，即根据等值线左右两侧的格点数据，得到等值线左右两侧的高低压分区。

[0088] 本实施例中，步骤S3中，判断等压线是否为闭合曲线的方法为：找出等压线的起点和终点，并判断两点在天气系统中的经纬度是否相同，若相同则为闭合曲线，若不同则为非闭合曲线。

[0089] 本实施例中，步骤S6中，连接出槽线的方法为：找到最小等值线的槽点作为起点，遍历所有槽点，依次连接相邻的、未连线的以及位于不同等值线上的下一个槽点，找到非闭合曲线上的槽点作为终点，保证该槽线不能与等值线以及已连接的槽脊线相交。

[0090] 本实施例中，步骤S6中，连接出脊线的方法为：找到最大等值线的脊点作为起点，遍历所有脊点，依次连接相邻的、未连线的以及位于不同等值线上的下一个脊点，找到非闭合曲线上的脊点作为终点，保证该脊线不能与等值线以及已连接的槽脊线相交。

[0091] 本发明实施例中，本方案基于曲率法实现了槽脊线的提取与识别，提高了方法的实用性；避免了人工分析方式减少了工作量，节约了人力投入，并且提高了效率；避免了存在误差导致识别结果偏离，提高了精确度，提取出了良好的槽脊线；槽脊线的连接结果符合天气系统槽脊线分析的要求，能够较好地反应槽脊点的趋势，进一步提高了实用性。

标题	发布/更新时间	阅读量
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可变曲率导管-专利编号CN105050646B	2020-05-13	102
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