根据历史卫星图像在当前卫星图像上进行台风定位的方法技术

本发明专利技术属于气象预测的技术领域。为了解决目前手工确定台风中心位置的方法存在的气象工作人员劳动强度大、操作步骤复杂、定位时间长的问题，本发明专利技术提出一种根据历史卫星图像在当前卫星图像上进行台风定位的方法，该方法包括提取历史卫星图像的SIFT特征；在当前卫星图像上截取搜索区域，搜索区域的边长为L+2*(T*60/P)，然后提取该搜索区域的SIFT特征；使用SIFT算法对历史卫星图像和搜索区域进行特征匹配；基于时空一致性，去除错误的匹配关系，然后再通过均匀旋转分布对特征点进行筛选；遍历搜索区域，确定台风中心。本发明专利技术实现了台风的自动定位，简化了台风定位的步骤，减少了气象工作人员的工作量，缩短了台风定位的时间。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于气象预测的
，具体涉及一种根据历史卫星图像在当前卫星图 像上进行台风定位的方法。
技术介绍
严格的说，台风是热带气旋的一种强度，表1为热带气旋按照其强度的分类， 表 1 由表1可以看出，当热带气旋的中心风力持续达到12-13级，底层中心风速为 32. 7-41. 4米/秒时，在气象学上称其为台风。但通常也将不同强度的热带气旋统称为台 风，本技术方案中的台风即指不同强度的热带气旋。 台风云系主要由螺旋云带、台风中心和密闭云区这三部分构成： 螺旋云带：螺旋云带是围绕热带气旋中心运动的云系，在热带气旋发展初期，螺旋 云带通常呈逗点状或者弯曲的螺旋状，随着热带气旋强度的增强，螺旋云带围绕着中心浓 密云区旋转并呈现准圆形。螺旋云带宽度一般在〇. 5个炜距左右，并随着与热带气旋中心 距离的增加而变宽。 台风中心：又称为环流中心，发展成熟的台风中心有眼区结构，其附近的无云或少 云区，在卫星图像上表现为黑色圆形区域。眼区结构的形状，一般可分为不规则的大眼、大 而圆的眼和小而清晰的圆眼等三种。在台风的初生期和消亡期，台风中心没有明显的眼区 结构或眼区被中心密闭云区覆盖，要根据环流形势及台风的形态来确定台风中心。 中心密闭云区：当强度较强的台风发展到成熟阶段时，大量卷云不断地生成并流 出，垂直环流不断加强，在眼区或环流中心的四周，会出现一片光滑的浓密的对流云区。当 系统中心位于这片浓密云区内部时，称其为中心密闭云区（又称为浓密云区）。 确定台风中心位置是制作台风预报和发布台风预警的第一步，对于提前做好台风 预防措施、减少台风造成的危害有着重要的作用。目前有两种确定台风中心位置的方法，一 种是利用台风的历史信息确定台风中心位置，另外一种则不利用台风的历史信息，而是直 接对台风的螺旋云带进行螺线拟合，根据拟合的螺线的原点确定台风中心位置。这里台风 的历史信息包括数字信息和图像信息两大类，数字信息是对台风特征的具体表述，主要指 前一个或多个时次台风的强度、中心经炜度、中心气压、中心风速、中心移动方向以及移动 速度等数值；而图像信息主要包括卫星图像和雷达回波图，是对台风云系及其周围区域环 境的图像描述。 卫星图像中的台风云系是随时间变化的非刚体，即前一时刻台风云系的形态与后 一时刻台风云系的形态不同，而且随着台风云系的移动，台风云系的特征点也会发生位置 的改变，使得台风中心的定位非常困难。目前气象部门通常依靠气象工作人员在卫星图像 上手工确定台风云系的中心位置，然后再结合其他诸如地面资料、雷达资料以及增强云图 等手段进行定位校正。人工定位台风中心一般分为以下几个步骤： 第1步：根据云型特征确定台风中心 当能观测到台风眼时，可以根据台风眼的特征确定台风中心位置：小而圆的眼即 台风中心；大而圆的眼，将其眼区范围的中心定为台风中心；对于不规则的大眼，要分析红 外卫星图像上的眼区，一般将亮温最高区域的几何中心作为台风中心。 当有密闭云区覆盖无法观测到台风眼时： 如果密闭云区呈现近于圆形时，其几何中心即为台风中心；密闭云区中出现弧状 云隙或裂缝时，台风中心位于云缝内密闭云区的中部；当密闭云区减弱，且有舌状干空气侵 入时，干舌的顶端即为台风中心；当密闭云区不对称时，云区边界光滑的一侧为台风中心。 当无法观测到台风眼，且台风中心在云区外部时： 用可见光云图上出现在浓密云区外部的半环状和螺旋状积云线的曲率中心来确 定；或者用红外云图上浓密云区外部或边缘附近出现的圆形无云区确定；或者根据螺旋云 带的曲率中心确定。当有多条螺旋云带时，台风中心往往出现在这些云带中间的晴空区。 第2步：误差网格校正 "星下点"是指位于卫星正下方的点。由于卫星在运行过程中，本身倾斜并不停的 摇摆和旋转，使得"星下点"的位置在不断变化，以"星下点"为基点所确定的网格也发生相 应偏差。因此在确定台风中心位置后，需要进行网格误差校正。在实际操作中，一般是根据 云图上的海岸线、湖泊、河流以及岛屿等地标特征校正网格。在现有的精定位的标称格式卫 星数据中，其定位精度已经有了很大改善，一般小于2个像素。 第3步：斜视误差订正 由于西北太平洋和南海地区的大多数台风离星下点较远，必须进行斜视误差校 正，通常向东南方校正0. 1个经炜度，具体修正值要根据台风与星下点的距离来估算。 第4步：合理性检验 经过上述两步校正，再利用台风的前期位置和强度变化以及路径与台风位置的相 关来检验所确定的位置是否合理，最后定出台风中心的位置。 手工确定台风中心位置的方法已经沿用了几十年，虽然定位结果总体来说比较可 靠，但是需要气象工作人员根据经验来确定台风中心位置，导致定位结果因人而异，这也是 世界上多数台风预警中心对台风定位结果不统一的原因；而且手工确定台风中心位置的方 法存在着气象工作人员劳动强度大、操作步骤复杂、定位时间长等问题。
技术实现思路
为了解决目前手工确定台风中心位置的方法存在的气象工作人员劳动强度大、操 作步骤复杂、定位时间长的问题，本专利技术提出一种根据历史卫星图像在当前卫星图像上进 行台风定位的方法，以实现台风的自动定位，简化台风定位的步骤，减少气象工作人员的工 作量，缩短台风定位的时间。 本专利技术包括以下步 骤： (1)以历史卫星图像中的台风中心为中心，截取覆盖整个台风云系的图片，并提取 该图片的SIFT特征，以得到该图片的若干个SIFT特征点； (2)在当前卫星图像上截取搜索区域，所述当前卫星图像与所述历史卫星图像的 时间间隔为T小时，所述当前卫星图像的分辨率为P，所述步骤（1)中图片的边长为L，则搜 索区域的边长为L+2* (T*60/P)，然后提取该搜索区域的SIFT特征，以得到该搜索区域的若 干个SIFT特征点； (3)使用SIFT算法对所述图片和所述搜索区域进行特征匹配，以得到所述图片中 的SIFT特征点在所述搜索区域中的对应SIFT特征点； (4)当所述图片中的SIFT特征点与所述搜索区域中的对应SIFT特征点之间的距 离大于T*80/P时，则所述图片中的SIFT特征点与所述搜索区域中的对应SIFT特征点之间 为错误的匹配关系，删除该错误的匹配关系； (5)遍历所述搜索区域，以在所述搜索区域内找到一个点，当该点与所述搜索区域 中的各对应SIFT特征点的关系和所述历史卫星图像中的台风中心与所述图片中的各SIFT 特征点的关系相对应时，则该点为所述当前卫星图像的台风中心。 其中，所述步骤（5)中，所述搜索区域中的某个点与所述搜索区域中的各对应 SIFT特征点的关系和所述历史卫星图像中的台风中心与所述图片中的各SIFT特征点的关 系相对应是指，所述搜索区域中的某个点到所述搜索区域中的各对应SIFT特征点的距离 与所述历史卫星图像中的台风中心到所述图片中的各SIFT特征点的距离之差的和最小， 用数学公式表示为： ----- i -4 其中N为匹配的SIFT特征点数量，|p||f广为Frebeniu范数，Q= {Lj || Li-fHI F< R}，R为台风中心移动的最大距离，Xi为当前卫星图像的SIFT特征点，x， 为\的匹配SIFT特征点，0为历史卫星图像的台风中心，a为当前卫星图像的台风中心。 其中，所述步骤（5)中，所述搜索区域本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种根据历史卫星图像在当前卫星图像上进行台风定位的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)以历史卫星图像中的台风中心为中心，截取覆盖整个台风云系的图片，并提取该图片的SIFT特征，以得到该图片的若干个SIFT特征点；(2)在当前卫星图像上截取搜索区域，所述当前卫星图像与所述历史卫星图像的时间间隔为T小时，所述当前卫星图像的分辨率为P,所述步骤(1)中图片的边长为L，则搜索区域的边长为L+2*(T*60/P)，然后提取该搜索区域的SIFT特征，以得到该搜索区域的若干个SIFT特征点；(3)使用SIFT算法对所述图片和所述搜索区域进行特征匹配，以得到所述图片中的SIFT特征点在所述搜索区域中的对应SIFT特征点；(4)当所述图片中的SIFT特征点与所述搜索区域中的对应SIFT特征点之间的距离大于T*80/P时，则所述图片中的SIFT特征点与所述搜索区域中的对应SIFT特征点之间为错误的匹配关系，删除该错误的匹配关系；(5)遍历所述搜索区域，以在所述搜索区域内找到一个点，当该点与所述搜索区域中的各对应SIFT特征点的关系和所述历史卫星图像中的台风中心与所述图片中的各SIFT特征点的关系相对应时，则该点为所述当前卫星图像的台风中心。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘年庆，方翔，王新，廖蜜，李云，方萌，
申请(专利权)人：国家卫星气象中心，
类型：发明
国别省市：北京;11