基于椭圆拟合的热带气旋中心定位研究-论文.pdf

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1、第42卷第5期计算机科学Vo1．42No．52015年5月ComputerScienceMay2015基于椭圆拟合的热带气旋中心定位研究刘年庆张文生李林(中国科学院自动化研究所北京100190)(国家卫星气象中心北京1OOO81)摘要对热带气旋的中心进行定位是预测其未来路径的基础。提出了一种基于椭圆拟合模型的全自动客观方法来代替传统的基于螺线拟合的方法，以实现热带气旋的中心定位。该方法包含梯度方向融合、椭圆线段选取、椭圆中心聚类以及气旋中心确定4个步骤。采用卫星红外图像进行实验，结果表明，提出的椭圆拟合定

2、位方法与中国气象局发布的热带气旋最佳路径数据集在经度和纬度方向的偏差均值小于0．12度，为热带气旋中心定位提供了客观准确的参考。关键词热带气旋，中心定位，红外云图，数据挖掘，椭圆拟合中图法分类号TP753文献标识码ADOI10．11896／j．issn．1002—137X．2015．5．014StudyofPositioningTropicalCycloneCenterBasedonEllipseFittingLIUNian-qingZHANGWen-shengLILin(InstituteofAutom

3、ation，ChineseAcademyofSciences，Beijing100190，China)(NationalSatelliteMeteorologicalCenter，CMA，Beijing100081，China)AbstractPositioningtropicalcyclone(TC)centeristhebasisofTCforecasting．AnovelellipsemodelwaspresentedinsteadofexistingspiralonestolocateTCcent

4、erobjectivelyandautomatically．Themodelincludesdiffusionoforientedgradient，ellipsesegmentsselection，ellipseclusteringandcenterpointdecision．Experimentalresultsshowthatthemodelbasedoninfraredsatellitecloudimagescanachievethebestaverageerrorofless0．12onbothl

5、atitudeandlongitudeincomparisonwiththebesttrackdatafromtheChinaMeteorologicalAdministration，providingobjectiveandaccuratein—formationfor1ocatingTCcenters．KeywordsTropicalcyclone，Centerpositioning，Infraredsatelliteimage，Datamining，Ellipsefitting时针旋转[3]。因此利

6、用螺旋云带的特性进行热带气旋中心定1引言位的方法逐渐成为学术界的热点。这些方法首先进行螺旋云准确及时的热带气旋中心定位是热带气旋路径预测的基带的螺旋线提取，然后进行螺旋线拟合，最后将螺线的原点作础，即使微小的定位偏差也会对热带气旋未来路径的预测造为热带气旋的中心。DvorakC]首先提出了利用负对数螺线进成巨大影响口]。当热带气旋的中心眼区结构不是很明显时，行热带气旋中心定位的方法；随后Timothy[5]对其进行了进进行准确定位将十分困难。卫星图像和雷达数据是分析热带一步优化；Zhang等[6]提出利用

7、人工蚁群算法来勾勒出无眼气旋的两种途径。相对于雷达数据，卫星资料具有覆盖面广、台风的轮廓，并用连续空间多核函数来优化台风信息，从而进数据质量稳定的优点，因而成为获取热带气旋位置及强度最行台风定位；Bail7最近提出了利用二元蚁群优化算法来进行主要的手段]。目前热带气旋的中心定位仍然主要采用有经螺线模板匹配，从而估计热带气旋中心的位置。这些方法虽验的气象专家通过人工方式完成。他{tin用卫星图像追踪螺然都可以提取出螺线结构，但是所用的阈值方法并不适用于旋云带的移动变化，根据前一个时次热带气旋的定位信息，在大

8、多数情况，需要专家根据情况进行参数调整，此外还要利用其附近用螺旋线模板进行比对来找出最佳匹配，从而得到当复杂的优化算法来解决螺线方程多个参数的估计问题。为了前时次的热带气旋中心。但是，人工方式具有较强的主观性，克服上述问题，本文基于椭圆拟合模型提出了一种新的自动不同的专家由于经验和技术的不同，对同一热带气旋的中心快速热带气旋定位方法，其鲁棒性和定位精度较传统的螺线位置估计往往也不同。随着数据挖掘和图像处理技术的不断拟合方法有不