一种基于动力因素与路径信息的相似台风匹配算法制造技术

本发明专利技术公开了一种基于动力因素与路径信息的相似台风匹配算法，旨在提高台风相似性分析的合理性和科学性。本发明专利技术设计的算法解决了以往台风相似性分析和匹配工作中过度强调台风路径相似而导致的匹配结果不合理的问题，即路径相似的台风所造成的风力、降雨和灾情影响情况可能大相径庭。本专利算法不仅考虑了台风的历史与未来路径的相似性，而且兼顾了台风的动力因素和影响程度的相似性。本发明专利技术所设计的相似台风匹配算法较传统的台风相似分析方法而言，选择的相似匹配特征指标更为全面，分析方法列为合理，更有有助于正确分析台风路径的未来走向和可能造成的影响，有利于制定针对性的台风防御措施。

【技术实现步骤摘要】
一种基于动力因素与路径信息的相似台风匹配算法
本专利技术涉及气象水文监测领域，特别涉及一种基于动力因素与路径信息的相似台风匹配算法。
技术介绍
通过筛选相似历史台风路径走向的方法是台风路径预报评估的方法之一。目前相关的专利有《基于最短路径算法的路径相似台风分析方法》(专利技术(设计)人：福建四创软件有限公司，公开号：103500278A)，相关的论文有《基于GIS空间分析的台风路径预测》(作者：邹亮,任爱珠,徐峰，期刊号：清华大学学报(自然科学版)，2008,48(12):2036-2040)、《利用GIS空间分析进行台风相似路径筛选及预测》(作者：王喜娜,黄华兵,班亚等，期刊号：测绘通报，2014(5):115-118)以及《基于WebGIS的宁波市历史台风相似路径分析》(作者：余亮亮,何亮,缪能斌，期刊号：浙江水利科技,2014(1):24-26)。上述专利和论文中提出的相似台风匹配算法的内涵基本是一致的，其主要算法原理是：绘制一系列的缓冲圆，如果在一系列的缓冲圆内都有某条台风的纪录点，则该条历史台风即为当前实时台风的相似台风；以缓冲圆圆心与每条相似历史台风路径上相应关键点之间的距离d和缓冲圆半径r的比值来计算台风的相似度。申请人于2016年递交的专利《基于Web-GIS的相似台风匹配算法及软件支持系统》(申请号：106772685A)中，在考虑历史路径信息相似的基础上，进一步纳入了未来台风路径的相似性，即利用了各个国家和地区发布的实时台风移动路径的预报信息，将各个国家和地区气象台发布的台风预测路径所包络的范围为预测区域，通过匹配算法把经过预测区域相似的历史台风检索出来。目前相似台风匹配算法的不足之处，主要在于过度强调台风路径相似。在实践过程当中，我们发现仅仅路径相似的台风所造成的风力、降雨和灾情影响情况可能大相径庭，从而影响分析结果，不利于合理制定台风防御措施。因此本专利提出在基于台风路径相似的基础上，还要进一步考虑台风的动力因素和影响程度的相似性。动力因素相似指标主要包括台风中心气压变化梯度(ΔP/Δt)相似，台风移动速度相似以及台风风圈影响范围相似(七级风圈半径、十级风圈半径)。利用本专利算法匹配出的相似台风不仅兼顾了历史与未来台风路径的信息，而且考虑了台风的动力因素和影响程度的相似性，台风相似匹配更为科学合理，对于台风防御而言，更具有参考价值和实用价值。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种新的台风相似性分析和匹配的方法，以提高台风相似性分析的合理性和科学性。为实现以上目标，本专利技术采用如下的技术方案：本专利技术设计了一种相似台风匹配算法，基于台风路径信息，结合台风动力因素，针对当前台风进行相似性分析，提高对台风相似性分析和预测的合理性。基于动力因素与路径信息的相似台风匹配算法，包括如下步骤：(1)台风当前点之前的路径关键节点匹配：步骤1：以地理相似为前提，确定缓冲圆半径、匹配时长(匹配时长代表从台风起始点到结束点的路径)和匹配间隔(匹配间隔代表缓冲圆的绘制间隔)后绘制一系列台风缓冲圆，在缓冲圆内选取出与当前台风路径相似的历史台风；步骤2：获取当前台风气压、移速、各风圈半径信息，针对由步骤1得到的相似台风，进行中心气压变化梯度、移速、风圈半径、强度、季节各条件的匹配；步骤3：根据步骤2条件的选择，进行相似度计算，进行排序，匹配得到相似台风(S1，S2，...，Sn)；(2)台风当前点之后的台风预测路径相似匹配：步骤1：以台风当前点为基础，各气象台预测路径的包络范围作为约束条件，采用凸包算法绘制最大面积包络线；步骤2：选取出经过步骤1中包络区域的历史相似台风；步骤3：获取当前台风气压、移速、各风圈半径信息，针对由步骤2得到的相似台风，进行中心气压变化梯度、移速、风圈半径(七级风圈半径、十级风圈半径)各条件的匹配；步骤4：计算每个相似历史台风落在预测区域内的关键点个数与当前台风预报点个数之比，作为预测路径法的相似度，并进行排序，匹配得到相似台风(L1，L2，…，Ln)；(3)相似台风交集的选择：步骤1：从历史路径匹配得到的相似台风(S1，S2，...，Sn)与预测路径匹配得到的相似台风(L1，L2，…，Ln)的交集(T1，T2，…，Tn)，该交集为本算法最终匹配得到的相似历史台风；步骤2：计算步骤1中匹配到的历史台风(T1，T2，…，Tn)的相似度；步骤3：根据步骤2中得到的相似度进行排序。本专利技术的上述技术方案的有益效果如下：本专利技术所设计的相似台风匹配算法较传统的台风相似分析方法而言，选择的匹配特征指标更为科学合理，不仅强调历史与未来路径的相似，而且考虑了台风动力因素及所造成的影响，该专利技术有帮助于正确分析台风的路径走向和可能造成的影响，有利于制定针对性的台风防御措施。附图说明图1是本专利技术中相似台风匹配算法原理图。图2是本专利技术中相似台风匹配算法流程示意图。图3是本专利技术中相似台风匹配算法实施例示意图。具体实施方式下面结合说明书附图针对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。如图1、图2所示，本专利技术设计的相似台风匹配算法是基于台风路径信息以及台风的动力因素，进行数据分析，获得历史上与当前台风较为相似的台风，以此作为当前台风防御措施制定的参考，具体包括以下步骤：步骤1：通过各气象网站读取当前台风数据，以地理相似为前提，确定缓冲圆半径、匹配时长(匹配时长代表从台风起始点到结束点的路径)和匹配间隔(匹配间隔代表缓冲圆的绘制间隔)后绘制一系列台风缓冲圆；步骤2：针对出现在一系列台风缓冲圆之中的历史台风，对当前台风进行动力因素的计算步骤包括：步骤2a：计算台风中心气压变化梯度，记作Pj，其中Pi+1与Pi分别为相似历史台风路径上第i+1和第i个关键点的气压值，Δt为两个关键点之间的时间差；步骤2b：求得步骤3中台风气压变化梯度后，根据步骤2中出现的历史台风进行筛选符合气压变化梯度判断范围、台风风圈半径判断范围、季节相似判断范围、移速相似判断范围和强度相似判断范围的台风，获得符合条件的相似历史台风；步骤3：根据步骤2中的选择，计算相似台风相似度步骤3包括：步骤3a：计算历史路径关键点的相似度，记作SI，其中d为缓冲圆圆心与每条相似历史台风路径上相应关键点之间的距离，r为缓冲圆半径；步骤3b：求得步骤2中所有缓冲圆中历史路径关键点的相似度后，求其各个相似度的平均值，作为历史台风在该缓冲圆处的相似度，记作ASI，其中SI为历史台风路径对应的每个关键点的相似度，n为关键点个数；步骤3c：求历史台风ASI的平均值，作为历史台风与实时台风的相似度，记作SASI，其中ASI为历史台风在某一缓冲圆处的相似度，SASI越接近1，表明该历史路径与实时路径越相似。步骤4：将步骤3中得到的台风按相似度排序，得到特征相似台风X＝{S1，S2，...，Sn}；步骤5：获取预报台预测路径信息，以各个国家和地区气象台发布的台风预测路径所包络的范围为预测区域，绘制最大面积包络线，这里选择凸包算法绘制包络线其步骤包括：步骤5a：给定一个点集P＝{P0,P1,.....Pn},找出点集中Y(Y代表点的纵坐标)值最小的点，如果Y值最小的点有多个，可选择其中X(X代表点的横坐标)值最小的；步骤5b：假设上一步找出的点位P0，现在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于动力因素和相似路径的相似台风匹配算法，其特征在于：基于台风路径信息，结合台风动力因素，针对当前台风进行相似性分析。

【技术特征摘要】
1.基于动力因素和相似路径的相似台风匹配算法，其特征在于：基于台风路径信息，结合台风动力因素，针对当前台风进行相似性分析。2.根据权利要求1所述的基于动力因素与相似路径的相似台风匹配算法，包括如下步骤：步骤1：以地理相似为前提，确定缓冲圆半径、匹配时长(匹配时长代表从台风起始点到结束点的路径)和匹配间隔(匹配间隔代表缓冲圆的绘制间隔)后绘制一系列台风缓冲圆，步骤2：选取出依次经过步骤1缓冲园区域的相似台风；步骤3：进一步对相似台风进行动力因素各条件(季节、台风中心气压、风圈半径、移速、强度)的匹配；步骤4：根据步骤3条件的选择，进行相似度计算，进行排序，匹配得到相似台风(S1，S2，...，Sn)；步骤5：以台风当前点为基础，各气象台预测路径的包络范围作为约束条件，...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁涛，沈秋，崔学林，颜丹佳，王伟，何默为，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33