一种基于弦切法的天气槽脊线提取方法技术

本发明专利技术公开了一种基于弦切法的天气槽脊线提取方法，其包括以下步骤：S1、根据气象的格点数据计算等值线；S2、判断每条等值线是否为闭合等值线，若是则进入步骤S3，否则进入步骤S4；S3、获取该闭合等值线上的脊点和槽点并进入步骤S6；S4、获取每条非闭合等值线上的弦切点；S5、从非闭合等值线上的弦切点中选取脊点或槽点；S6、根据槽线连接规则和脊线连接规则分别将槽点和脊点连接为槽线和脊线，完成天气槽脊线的提取。本发明专利技术合理采用数据源，根据气象的格点数据计算等值线，并自动从等值线中提取出槽脊线，有效提高槽脊线的提取效率，便于相关人员分析天气形势和天气系统，进行天气预报。

【技术实现步骤摘要】
一种基于弦切法的天气槽脊线提取方法
本专利技术涉及天气数据处理领域，具体涉及一种基于弦切法的天气槽脊线提取方法。
技术介绍
某一个地区某一时刻的天气状况可以通过天气图来反映，因此通过天气图进行天气系统分析是气象人员进行天气预报、分析的本质方法，是气象部门进行天气分析和预报的一种重要工具。天气系统以及各种气象探测数据都会严格准确地显示在天气图中，气象预报员从而能够对当下的天气情况有所了解，并对未来的天气情况作出预报。因此天气图在气象领域内得到了广泛的使用。天气预报中海量实时监测资料的自动分析、天气系统计算机自动化处理的手段仍然相对滞后：由于大气科学的复杂性，引起天气变化的气象条件很多，目前世界各国气象业务分析平台还未能实现天气系统自动识别工作，在业务中依然采用人机交互的方式，通过人工对天气系统进行主观分析。在预报产品急剧增加、人工处理效率低下、自动分析需求迅速增长的情况下，当前预报中仍然由预报员手工分析天气系统，因效率低下而难以满足业务发展。防灾减灾工作对天气系统自动分析提出了迫切的需求。而槽脊线自动识别是天气图自动化分析的重要内容，得到的槽脊线能帮助预报员分析天气形势和天气系统，进行天气预报，但目前的气象槽脊线分析主要通过人工实现。
技术实现思路
针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的一种基于弦切法的天气槽脊线提取方法解决了气象槽脊线需要依靠人工进行识别，识别效率低的问题。为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：提供一种基于弦切法的天气槽脊线提取方法，其包括以下步骤：S1、根据气象的格点数据计算等值线；S2、判断每条等值线是否为闭合等值线，若是则进入步骤S3，否则进入步骤S4；S3、根据每条闭合等值线内部格点数据和外部格点数据的大小获取该闭合等值线上的脊点和槽点，并进入步骤S6；S4、获取每条非闭合等值线上的弦切点；S5、根据每条非闭合等值线左右两侧的格点数据和该等值线在每一弦切点处的弯曲方向将该弦切点作为脊点或槽点；S6、根据槽线连接规则和脊线连接规则分别将槽点和脊点连接为槽线和脊线，完成天气槽脊线的提取。进一步地，步骤S1的具体方法为：通过开源软件MeteoInfo将气象的格点数据转化为以4为间隔值的等值线，并得到等值线每个点的经纬度。进一步地，步骤S2中判断每条等值线是否为闭合等值线的具体方法为：若任一等值线首尾两点的经纬度相同，则为闭合等值线，否则非闭合等值线。进一步地，步骤S3的具体方法为：若任一条闭合等值线内部的格点数据的值大于外部格点数据的值，则将该等值线上最北、最东和最西的点作为脊点；若任一条闭合等值线内部的格点数据的值小于外部格点数据的值，则将该等值线上最北、最南、最东和最西的点作为槽点。进一步地，步骤S4的具体方法包括以下步骤：S4-1、采用直线连接位于同一条非闭合等值线的首尾两点，获取该等值线上距离直线最远的点，即弦切点；S4-2、将步骤S4-1中得到的弦切点作为该等值线的截断点，得到两条子等值线；S4-3、将每一条子等直线作为新的非闭合等值线并重复步骤S4-1和S4-2，获取每一条子等值线上的弦切点，并舍弃弦切点至切线的距离小于距离阈值的弦切点；直至初始非闭合等值线上的弦切点数量等于或大于该非闭合等值线上总格点数的一半。进一步地，步骤S5的具体方法为：获取每一非闭合等值线的左侧格点数据和右侧格点数据，将每条非闭合等值线上每一弦切点与位于其前端的第一个格点形成向量并作为前端向量；将位于该弦切点后端的第一个格点与该弦切点形成向量，并作为后端向量；若非闭合等值线的任一弦切点的左侧格点数据小于右侧格点数据，且该弦切点处的前端向量位于后端向量的左侧，则将该弦切点作为槽点；若非闭合等值线的任一弦切点的左侧格点数据大于右侧格点数据，且该弦切点处的前端向量位于后端向量的右侧，则将该弦切点作为槽点；若非闭合等值线的任一弦切点的左侧格点数据大于右侧格点数据，且该弦切点处的前端向量位于后端向量的左侧，则将该弦切点作为脊点；若非闭合等值线的任一弦切点的左侧格点数据小于右侧格点数据，且该弦切点处的前端向量位于后端向量的右侧，则将该弦切点作为脊点。进一步地，步骤S6的具体方法包括以下步骤：S6-1、将所有槽点按其所在等值线的值进行从小到大排序，将值最小的槽点作为起点按照槽线连接规则连接一个槽点；若无符合槽线连接规则的槽点，则根据排序结果选取下一个槽点作为起点；S6-2、将选取的槽点作为起点并按照槽线连接规则连接下一个槽点，直到无符合槽线连接规则的槽点，完成一条槽线的提取；S6-3、除开已被连接的槽点，重复步骤S6-1和S6-2，完成所有槽线的提取；S6-4、将所有脊点按其所在等值线的值进行从大到小排序，将值最大的脊点作为起点按照脊线连接规则连接一个脊点；若无符合脊线连接规则的脊点，则根据排序结果选取下一个脊点作为起点；S6-5、将选取的脊点作为起点并按照脊线连接规则连接下一个脊点，直到无符合脊线连接规则的脊点，完成一条脊线的提取；S6-6、除开已被连接的脊点，重复步骤S6-4和S6-5，完成所有脊线的提取；其中槽线连接规则和脊线连接规则均包括：①即将相连两点位于不同的等值线且还未被选取；②即将相连两点位于相邻等值线，即两点所在等值线数值之差的绝对值为4；③若符合规则①和②的即将相连点有多个，则选取即将相连两点之间距离最小且小于阈值的点；④即将相连两点不能与等值线、已经连接的槽线或脊线相交；⑤即将相连两点的距离大于该两点所形成直线与最近的闭合等值线中心的距离的两倍。本专利技术的有益效果为：本专利技术合理采用数据源，将气象的格点数据转化为等值线，并自动从等值线中提取出槽脊线，有效提高槽脊线的提取效率，便于相关人员分析天气形势和天气系统，进行天气预报。附图说明图1为本专利技术的流程示意图；图2为非闭合等值线的任一弦切点的左侧格点数据小于右侧格点数据，且该弦切点处的前端向量位于后端向量的左侧的示意图；图3为非闭合等值线的任一弦切点的左侧格点数据大于右侧格点数据，且该弦切点处的前端向量位于后端向量的右侧的示意图；图4为非闭合等值线的任一弦切点的左侧格点数据大于右侧格点数据，且该弦切点处的前端向量位于后端向量的左侧的示意图；图5为非闭合等值线的任一弦切点的左侧格点数据大于右侧格点数据，且该弦切点处的前端向量位于后端向量的左侧的示意图；图6为等值线高低压识别结果示意图；图7为采用本方法提取的槽脊线的一个示意图；图8为采用本方法提取的槽脊线的一个示意图；图9为采用本方法提取的槽脊线的一个示意图；图10为非闭合等值线进行弦切的示意图。具体实施方式下面对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便于本
的技术人员理解本专利技术，但应该清楚，本专利技术不限于具体实施方式的范围，对本
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专利技术的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本专利技术构思的专利技术创造均在保护之列。如图1所示，该基于弦切法的天气槽脊线(即槽线和脊线)提取方法包括以下步骤：S1、根据气象的格点数据计算等值线；S2、判断每条等值线是否为闭合等值线，若是则进入步骤S3，否则进入步骤S4；S3、根据每条闭合等值线内部格点数据和外部格点数据的大小获取该闭合等值线上的脊点和槽点，并进入步骤S6；S4、获取每条非闭合等本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于弦切法的天气槽脊线提取方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、根据气象的格点数据计算等值线；S2、判断每条等值线是否为闭合等值线，若是则进入步骤S3，否则进入步骤S4；S3、根据每条闭合等值线内部格点数据和外部格点数据的大小获取该闭合等值线上的脊点和槽点，并进入步骤S6；S4、获取每条非闭合等值线上的弦切点；S5、根据每条非闭合等值线左右两侧的格点数据和该等值线在每一弦切点处的弯曲方向将该弦切点作为脊点或槽点；S6、根据槽线连接规则和脊线连接规则分别将槽点和脊点连接为槽线和脊线，完成天气槽脊线的提取。

【技术特征摘要】
1.一种基于弦切法的天气槽脊线提取方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、根据气象的格点数据计算等值线；S2、判断每条等值线是否为闭合等值线，若是则进入步骤S3，否则进入步骤S4；S3、根据每条闭合等值线内部格点数据和外部格点数据的大小获取该闭合等值线上的脊点和槽点，并进入步骤S6；S4、获取每条非闭合等值线上的弦切点；S5、根据每条非闭合等值线左右两侧的格点数据和该等值线在每一弦切点处的弯曲方向将该弦切点作为脊点或槽点；S6、根据槽线连接规则和脊线连接规则分别将槽点和脊点连接为槽线和脊线，完成天气槽脊线的提取。2.根据权利要求1所述的基于弦切法的天气槽脊线提取方法，其特征在于：所述步骤S1的具体方法为：通过开源软件MeteoInfo将气象的格点数据转化为以4为间隔值的等值线，并得到等值线每个点的经纬度。3.根据权利要求2所述的基于弦切法的天气槽脊线提取方法，其特征在于：所述步骤S2中判断每条等值线是否为闭合等值线的具体方法为：若任一等值线首尾两点的经纬度相同，则为闭合等值线，否则非闭合等值线。4.根据权利要求3所述的基于弦切法的天气槽脊线提取方法，其特征在于：所述步骤S3的具体方法为：若任一条闭合等值线内部的格点数据的值大于外部格点数据的值，则将该等值线上最北、最东和最西的点作为脊点；若任一条闭合等值线内部的格点数据的值小于外部格点数据的值，则将该等值线上最北、最南、最东和最西的点作为槽点。5.根据权利要求4所述的基于弦切法的天气槽脊线提取方法，其特征在于：所述步骤S4的具体方法包括以下步骤：S4-1、采用直线连接位于同一条非闭合等值线的首尾两点，获取该等值线上距离直线最远的点，即弦切点；S4-2、将步骤S4-1中得到的弦切点作为该等值线的截断点，得到两条子等值线；S4-3、将每一条子等直线作为新的非闭合等值线并重复步骤S4-1和S4-2，获取每一条子等值线上的弦切点，并舍弃弦切点至切线的距离小于距离阈值的弦切点；直至初始非闭合等值线上的弦切点数量等于或大于该非闭合等值线上总格点数的一半。6.根据权利要求5所述的基于弦切法的天气槽脊线提取方法，其特征在于：所述步骤S5的具体方法为：获取每一非闭合等值线的左侧格点数据和右...

【专利技术属性】
技术研发人员：甘建红，胡文东，舒红平，罗飞，王亚强，刘敦龙，赵卓宁，何童丽，尹麒名，
申请(专利权)人：成都信息工程大学，
类型：发明
国别省市：四川,51