一种用于槽脊线的特征点提取及自动绘制的方法
一种用于槽脊线的特征点提取及自动绘制的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及气象学领域中的槽脊线，尤其涉及一种用于槽脊线的特征点提取及自 动绘制的方法。
【背景技术】
[0002] 气象预测主要是指对地面天气图、高空天气图的分析，根据不同气压层次温度值 分别绘制出等高线和等温线，从而显示出天气形势的分布。温度场的分析是为了判断底层 的暖空气和中高层的冷空气，高度场的分析是为了判断低压槽线和高压脊线。脊线是指高 温区或者高压区中延伸出来的较狭长区域，即从暖中心或者高压中心出发，沿等温线或者 等高线曲率极大值勾勒而成。脊线通常呈从南到北，从西到东或从西南到东北的走向，槽线 是指低温区或者低压区中延伸出来的较狭长区域，即从冷中心或者低压中心出发，沿等温 线或者等高线曲率极大值勾勒而成。槽线通常呈从北到南，从东到西或从东北到西南的走 向。
[0003] 脊线或者槽线的出现意味着一种天气不稳定因素的形成，因此，基于脊线和槽线 的正确识别对于天气预报具有重要意义。我国在这方面的研宄起步较晚，对于脊线和槽线 的识别，目前仍然停留在人工或需要人工辅助的阶段。如果可以从图像中由计算机自动进 行天气特征的提取，将大大提高天气预报的效率。
[0004] 发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术中至少存在以下缺点和不足：
[0005] 迄今为止，国内气象分析的MICAPS系统尚未实现脊线和槽线的自动识别，又由于 脊线和槽线的人工识别费时费力，会影响到预报的时效性；且不能对可能出现的灾害进行 及时预警，造成经济损失和人员伤亡。
【发明内容】
[0006] 本发明提供了一种用于槽脊线的特征点提取及自动绘制的方法，本发明能自动检 测出脊线和槽线，对灾害进行及时的预警，减少经济损失和人员伤亡，详见下文描述：
[0007] -种用于脊线的特征点提取及自动绘制的方法，所述方法包括以下步骤：
[0008] 根据温度/高度场中脊线的走向，将离散化后梯度方向为0°、45°和90°的气象 格点数据分别作为脊线候选特征点；
[0009] 对所述脊线候选特征点进行纠偏、过滤，获取最终的脊线特征点；
[0010] 根据所述最终的脊线特征点，定向搜索形成折线，将不满足脊线条件的折线删除， 获取筛选后用折线表示的脊线；
[0011] 对筛选后的脊线进行光滑中轴处理，获取最终光滑的脊线。
[0012] 其中，对所述脊线候选特征点进行纠偏、过滤，获取最终的脊线特征点的步骤具体 为：
[0013] 对于90°特征点、0°特征点分别根据等值线分辨率为AV、气象格点数据值，对 取整后的第一插值距离进行重新判断，获取取整后的第二插值距离；
[0014] 对于90°特征点、0°特征点分别根据取整后的第二插值距离、温度/高度差值法 获取取整后的第三插值距离并判断，分别获取准极值区；
[0015] 对于90°特征点、0°特征点，分别根据准极值区获取脊宽，根据脊宽分别获取满 足单调递减条件下的显著性脊的特征点；
[0016] 对于90°特征点、0°特征点，将脊宽的中心确定为显著性脊的特征点；
[0017] 对于90°特征点、0°特征点，分别滤除无效的坡峰点；对于45°特征点有条件保 留。
[0018] 其中，对筛选后的脊线进行光滑中轴处理，获取最终光滑的脊线的步骤具体为：
[0019] 基于最小二乘设计思想，对脊线上的特征点进行顺势连接，获取均匀地穿过离散 数据点的中轴折线，再用二次B样条对中轴折线做进一步平滑处理，得到光滑的脊线。
[0020] 一种用于槽线的特征点提取及自动绘制的方法，所述方法包括以下步骤：
[0021] 根据温度/高度场中槽线的走向，将离散化后梯度方向为-180°、-135°和-90° 的气象格点数据分别作为槽线候选特征点；
[0022] 分别对所述槽线候选特征点进行纠偏、过滤，获取最终的槽线特征点；
[0023] 根据所述最终的槽线特征点分别定向搜索形成折线，将不满足槽线条件的折线删 除，获取筛选后用折线表示的槽线；
[0024] 对筛选后的槽线进行光滑中轴处理，获取最终光滑的槽线。
[0025] 其中，所述分别对所述槽线候选特征点进行纠偏、过滤，获取最终的槽线特征点的 步骤具体为：
[0026] 对于-90°特征点、-180°特征点分别根据等值线分辨率为AV、气象格点数据 值，对取整后的第四插值距离进行重新判断，获取取整后的第五插值距离；
[0027] 对于-90°特征点、-180°特征点分别根据取整后的第五插值距离、温度/高度差 值法获取取整后的第六插值距离并判断，分别获取准极值区；
[0028] 对于-90°特征点、-180°特征点，分别根据准极值区获取槽宽，根据槽宽分别获 取满足单调递增条件下的显著性槽的特征点；
[0029] 对于-90°特征点、-180°特征点，分别滤除无效的坡峰点；对于-135°特征点有 条件保留。
[0030] 其中，所述对筛选后的槽线进行光滑中轴处理，获取最终光滑的槽线的步骤具体 为：
[0031] 基于最小二乘设计思想，对槽线上的特征点进行顺势连接，获取均匀地穿过离散 数据点的中轴折线，再用二次B样条对中轴折线做进一步平滑处理，得到光滑的槽线。
[0032] 本发明提供的技术方案的有益效果是：本方法通过对气象图上槽脊线特征点、槽 脊线的识别，得到光滑的槽脊线，本发明实现了槽脊线的自动检测，有助于对天气灾害进行 及时的预报，以减少经济损失和人员伤亡；并通过实验验证了本方法的有效性。
【附图说明】
[0033] 图1为根据MICAPS提供的850hPa下的温度格点数据绘制的等温线和利用断面极 值法得到的暖脊候选特征点标识；
[0034] 其中，空心圆表示0°特征点，实心圆表示45°特征点，三角形表示90°特征点；
[0035] 图2为以点M为例说明具体插值方法的插值示意图；
[0036] 图3为在图1得到的暖脊候选特征点基础上，进行纠偏、过滤以及有条件保留后得 到的最终暖脊特征点；
[0037] 其中，空心圆表示0°特征点，实心圆表示45°特征点，三角形表示90°特征点；
[0038] 图4为根据图3中最终的脊线特征点，定向搜索形成折线，将不满足脊线条件的折 线删除，画出用折线表示的筛选后的脊线；
[0039] 图5为光滑中轴拟合算法中离散序列的中轴示意图；
[0040] 图6为本发明提供的测试效果图，为光滑中轴算法得到的暖脊线效果图；
[0041] 图7为本发明提供的一种用于脊线的特征点提取及自动绘制的方法的流程图；
[0042] 图8为本发明提供的一种用于槽线的特征点提取及自动绘制的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0043] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步 地详细描述。
[0044] 本方法在分析山脊线算法用于提取脊线或者槽线时暴露出的问题的基础上，提出 一种纠偏算法，配合使用为反映脊线或槽线气象特点所构建的规则，提取到干扰较少的脊 线或者槽线特征点；根据最小二乘法点拟合线的思想，提出一种光滑中轴算法，得到质量较 高的脊线或者槽线，下面结合具体的实施例对本方法进行详细的描述：
[0045] 实施例1
[0046] -种用于脊线的特征点提取及自动绘制的方法，参见图7,该方法包括以下步骤：
[0047] 101 :根据温度/高度场中脊线的走向，将离散化后梯度方向为0°、45°和90°的 气象格点数据分别作为脊线候选特征点；
[0048] 102 :对脊线候选特征点进行纠偏、过滤，获取最终的脊线特征点；
[0049] 103:根据最终的脊线特征点，定向搜索形成折线，将不满足条件的脊线删除，获取 筛选后的脊线；
[0050] 104 :对筛选后的脊线进行光滑中轴处理，获取最终光滑的脊线。
[0051] 其中，对脊线候选特征点进行纠偏、过滤，获取最终的脊线特征点的步骤具体为：
[0052] 对于90°特征点、0°特征点分别根据等值线分辨率为AV、气象格点数据值，对 取整后的第一插值距离进行重新判断，获取取整后的第二插值距离；
[0053] 对于90°特征点、0°特征点分别根据取整后的第二插值距离、温度/高度差值法 获取取整后的第三插值距离并判断，分别获取准极值区；
[0054] 对于90°特征点、0°特征点，分别根据准极值区获取脊宽，根据脊宽分别获取满 足单调递减条件下的显著性脊的特征点；
[0055] 对于90°特征点、0°特征点，将脊宽的中心确定为显著性脊的特征点；
[0056] 对于90°特征点、0°特征点，分别滤除无效的坡峰点；对于45°特征点有条件保 留。
[0057] 进一步地，对筛选后的脊线进行光滑中轴处理，获取最终光滑的脊线的步骤具体 为：
[0058] 基于最小二乘设计思想，对脊线上的特征点进行顺势连接，获取均匀地穿过离散 数据点的中轴折线，再用二次B样条对中轴折线做进一步平滑处理，得到光滑的脊线。
[0059] 综上所述，通过上述101-104步骤的处理，本发明实现了脊线的自动检测，对灾害 进行及时的预警，减少了经济损失和人员伤亡。
[0060] 下面结合具体的实验数据、计算公式和图表对实施例1中温度场脊线的特征点提 取及自动绘制的方案进行详细描述，参见实施例2。
[0061] 实施例2
[0062] 201 :根据温度场中脊线的走向，将离散化后梯度方向为0°、45°和90°的气象 格点数据作为脊线候选特征点；
[0063] 该步骤具体为：
[0064] 1)扫描每一个气象格点数据，设（i，j)代表每一个气象格点数据的位置（第i行， 第j列），设气象格点位置（i，j)上的数据值为Zu，对于离散的格点数据，用差分代替微 分，利用（1)式可知fy和fx的三阶反距离平方权差分计算方法（计算方法详细步骤参考文 献1陈楠等，2007)。
[0065] 其中，fy为纵向差分值，匕为横向差分值，Ay为纵向增量，Ax为横向增量，Z 1 = Zi-i，j- i，- Z Z3 - Z j_1； J+1, Z4 - Z i； j_j, Z5 - Z i；J-, Z6 - Z Z7 - Z i+1； j_j, Z8 - Z i+1，j，Z9 =Zi+1；J+1〇
[0066] 例如：Z3代表的是第i_l行、第j+1列的气象格点数据值，Z7代表的是第i+1行、 第j-1列的气象格点数据值。
[0068] 2)对每一个气象格点数据计算梯度方向0
[0070] 3)用（3)式将0。的计算范围（-90°，90° )映射到（0°，360° )，映射后角度 用V。表不，
[0072] 将（0° ,360° )的角度离散成8个方向，离散后角度用a表示，八邻域近似断面 如表1所示。
[0073]例如：第三行数据映射后角度。在区间[67.5°，112.5° ]时，离散后的角 度为90°，断面穿过的三个点所在的位置分别为第i行、j+1列，第i行、j列，第i行、j+1 列。
[0074]表1角度的离散化
[0075]
[0076] 4)根据我国温度场中脊线的走向，只需关注离散化后梯度方向为0°、45°和 90°的气象格点数据。
[0077] 图1显示了根据MICAPS软件（我国气象台所使用的软件，该软件为本领域技术人 员所公知，本发明实施例对此不做赘述）提供的850hPa下的温度格点数据绘制的等温线和 利用传统断面极值法得到的暖脊候选特征点标识，其中，空心圆表示〇°特征点，实心圆表 示45 °特征点，三角形表示90 °特征点。
[0078] 202 :对脊线候选特征点进行纠偏、过滤，获取最终的脊线特征点；
[0079] 该步骤具体为：
[0080] 1)对90°特征点，获取水平剖线范围内的极大值，并建立第一坐标系；对0°特征 点，获取竖直剖线范围内的极大值，并建立第二坐标系；
[0081] 对于90°特征点，扫描第i行气象格点数据，将每一个气象格点数据作为一个数 据点，查找梯度方向落入[45°，135° ]范围内的第一数据点，过第一数据点做长度为n的 水平剖线；
[0082] 在水平剖线范围内找到气象格点数据的极大值，将极大值数据点（'jj标记为 水平坐标轴的原点 0()，令原点0()右侧为正方向，（i & j(i)代表气象格点数据的位置为第i()行， 第jQ列；
[0083] 对于0°特征点，扫描第j列气象格点数据，每一个气象格点数据作为一个数据 点，查找梯度方向落入[0°，45° ]或者[315°，360° ]范围内的第二数据点，过第二数 据点做长度为n的竖直剖线。
[0084] 在竖直剖线范围内找到气象格点数据的极大值，将极大值数据点（ip jj标记为 竖直坐标轴的原点Oi，令原点仏下侧为正方向；
[0085] 2)对于90°特征点、0°特征点，分别根据温度差值法获取第一插值距离并判断， 分别获取取整后第一插值距离；
[0086] 对于90°特征点，将jfl)的温度值插值到原点(^另一侧的等温度数值处，获 得插值点与原点〇〇温度的插值距离d K(l，将1-1)的温度值插值到原点h另一侧的等数 值处，获得插值点与原点Oc!的插值距离如果d 一屯，A为dK(l的取整参数，r f int {dKQ}; 如果'〈心，cQ为dm的取整参数，c Q= int {d J ;
[0087] 其中，（iQ，jQ+l)代表气象格点数据所在的位置：第iQ行、第j Q+1列；（iQ，jQ-l)代 表气象格点数据所在的位置：第i〇行、第j 0-1列。
[0088] 以图2为例说明具体插值方法，点M的水平断面数据如图2所示，丸+1)点向 左的插值距离d K(l= 2. 947，（i。，jQ-l)点向右的插值距离1^。= 0. 029,显然，r。= 2。
[0089] 对于0°特征点，将（ii，ji+1)的温度值插值到原点另一侧的等数值处，获得插 值点与原点的插值距离d K1，将（ii，ji-1)的温度值插值到原点另一侧的等数值处，获 得插值点与原点h的插值距离d u，如果dK1>du，巧为d K1的取整参数，r int {d K1};如果 dK1〈dL1，(^为 dL1 的取整参数，c int{dL1};
[0090] 其中，（ip ji+1)代表气象格点数据所在的位置：第^行、第j i+1列；（ip j「l)代 表气象格点数据所在的位置：第^行、第j fl列。
[0091] 3)对于90°特征点、0°特征点分别根据等值线分辨率为AV、气象格点数据值， 对取整后的第一插值距离进行重新判断，获取取整后的第二插值距离；
[0092]对于90°特征点，设等值线分辨率为A V，若
，则rf r。_1， 重新判断
是否大于AV，直到
'或4=0,则执行步骤 4);
[0093] 若
，则cQ= c。_1，重新判断
是否大于AV， 直到丨
或4= 0,则执行步骤4);
[0094] 其中，4。^代表的是第、行，第j ^列的气象格点数据值；。代表的是第、 行，第jcTA列的气象格点数据值；ZW#。代表的是第i〇行，第j o+co列的气象格点数据值。
[0095] 对于0°特征点，设等值线分辨率为AV，若
，则 重新判断
'或6= 0,则执行步骤4);
[0096] 若
，则 C c「1，重新判断
，若 l^ii+c^A _ Ji 或 ci= 〇,贝1J执行步骤 4);
[0097] 其中，丨仏代表的是第^行，第几列的气象格点数据值；A_ri,A代表的是第 行，第1列的气象格点数据值；&1+Cl,A代表的是第ii+^行，第j :列的气象格点数据值。
[0098] 4)对于90°特征点、0°特征点分别根据取整后的第二插值距离、温度差值法获 取取整后的第三插值距离并判断，分别获取准极值区；
[0099] 对于90°特征点，如果'>心，将jd)点的数值向原点右侧插值，获得插值 点与原点的插值距离t M，若cf 彡0. 5,则cQ=l，否则cQ=0;
[0100] 如果，将（' i+cj点的数值原点左侧插值，获得插值点与原点的插值距离 d' K(l，若 d' K(l彡 0. 5,则 r。= 1，否则 r。= 0,令集合 Sqg[ (i。，jm)，（iQ, jQ+cQ)]为准 极值区；（i〇, jo-rj代表气象格点数据所在的位置：L行、j cm列，（i & jd+cj代表气象格点 数据所在的位置：i〇行、jo+Co列。
[0101] 对于〇°特征点，如果dK1>du，将（im，ji)点的数值向原点下侧插值，获得插值点 与原点的插值距离t u，若cf 0? 5,则Ci= 1，否则Ci= 0 ;如果dK1〈du，将（ii+Ci, j) 点的数值向原点上侧插值，获得插值点与原点的插值距离d' K1，若d' K1>0.5,则ri=l， 否则:0,令集合S # [(i jj，（ii+Ci, jj]为准极值区；（im, jD代表气象格点数 据所在的位置dm行、j i列，（i i+Cl，代表气象格点数据所在的位置di+Ci行、j i列。 [0102] 5)对于90°特征点、0°特征点，分别根据准极值区获取脊宽；
[0103] 对于90°特征点，为确保区域\上的各点数值相近：找到i 和i ，使
，其中为气象格点数据坐标（h，的行偏移量， A 〇2为气象格点数据坐标（i 〇, jo+cd的行偏移量，4。+~1,_/。-，。代表的是1(|+八(11行_]_ (|-1'(|列的 气象格点数据值，4()+4。2,;。+ (：。代表的是1(|+八(|2行_]_(|+〇(|列的气象格点数据值。
[0104] 若 min{| AQ1|, | AQ2|}>pT(根据经验值取 0. 5 ? AT)，贝 1」令 rQ= rQ-l，cQ=。。_1， 重新判断 min{ | A011，| A021}，若 min{ | A011，| A021 }> p T，则令 r0= r。-1，c〇= c。-1，若 min{| AQ1|, | AQ2|}彡 pT或者 rQ= 0、cQ= 0,则计算此处的脊宽：sQ= iWl ;
[0105] 对于0 °特征点，为确保区域S上的各点数值相近：找到j d A jP j 1+ A 12，使
，其中An为气象格点数据坐标（im，的列偏移量， A 12为气象格点数据坐标i i+ci，Ji的列偏移量，代表的是i「ri行j i+A ii列的气 象格点数据值，A+cd+Au代表的是ii+cjf j d A 12列的气象格点数据值。
[0106] 若 min{| An|, | A12|}>pT，则令；r「1，Ci= c「1，重新判断 min{ | A n |，| A 121}，若 min{| A n |，| A 121} > p T，贝lj 令;1^= r「1，~=c「1，若 min{ | A n |，| A 12|}彡p T或者;r丨二0、c丨二0,则计算此处的脊宽：s丨二r i+Ci+1。
[0107] 6)对于90°特征点、0°特征点，根据脊宽分别获取满足单调递减条件下的显著 性脊的特征点；
[0108] 对于90°特征点，显著性判断在满足单调递减条件的情况下，将脊线两侧各外扩 d个单位，若：
[0110] 则宽度为％的脊是显著性的，保留显著性特征点、舍弃非显著性特征点（根据经 验设定a T= 1. 5°C );表的是L行j m-d列的气象格点数据值，4。,;'。+(；。^代 表的是L行j 〇+c〇+d列的气象格点数据值。
[0111] 对于〇°特征点，显著性判断在满足单调递减条件的情况下，将脊线两侧各外扩d 个单位，若：
[0113] 则宽度为81的脊是显著性的，保留显著性特征点、舍弃非显著性特征点； d代表的是ii行j I_ri_d列的气象格点数据值，Zil.A+q+d代表的是:^行j i+Ci+d列 的气象格点数据值，
[0114] 7)对于90°特征点、0°特征点，将脊宽的中心确定为显著性脊的特征点；
[0115] 对于90°特征点，将脊宽的中心确定为显著性脊的特征点（'j' 其中，j '。 =j〇+(c〇-r〇)/2 ；
[0116]对于0°特征点，将脊宽的中心确定为显著性脊的特征点pji)，其中，Wi=
[0117] 8)对于90°特征点、0°特征点，分别滤除无效的坡峰点；
[0118]对于90°特征点，求AU和AiKkQ，k = 1，2,3, 为气象格点数据坐标 (iQ，的行偏移量，A i_气象格点数据坐标（i&fCd+k)的行偏移量；
[0119] 使
代表的是 i〇+ A itk。行' crrcrk列的气象格点数据值，
代表的是ici+ A iRk(^ j' d+Ca+k 列的气象格点数据值；
[0120] 令厶;[111=11^{|厶;[1±0|}，厶;[1；0=11^{|厶;[ 1；150|}，若111；[11{厶;[111，厶;[1；0}〈1.5厶1'且 A iM+ A iK(l〈5 A T，则（i，j ' J为无效的坡峰点，将其滤除；
[0121]对于〇°特征点，求A ^和A jKkl，k = 1，2,3, Aim为气象格点数据坐标 a' i-rrk，的列偏移量，AiKkl气象格点数据坐标a' i+Cl+k，j)的列偏移量；
[0122] 使
代表的是 i'「rfkRji+A'列的气象格点数据值，Zg+Ci+fcJi+句▲代表的是i' i+^+i^ji+A ' 列的气象格点数据值；
[0123] 令 A jL1= max {| A j Lkl |}，A jK1= max {| A j Kkl |}，若 min { A jL1，A jK1}〈1. 5 A T 且 A ju+ A jK1〈5 A T，则（i ' i，为无效的坡峰点，将其滤除。
[0124] 9)对于45°特征点有条件保留。
[0125] 利用方差概念构建约束量0，
[0126] |3 = arctan(frY/fx) (4)
[0127] 其中，f' y、f' x分别是八邻域格点数据纵向和横向方差，即
(5)
[0129] 将式⑷中fM乍为保留45°特征点的附加条件，即若0 ' Q(i，j)为45°且Zu 为135°方向断面上的极值，则进一步计算0，若0 e [30°，60° ]，则认为（i，j)点的 45°方向为真，保留此点，否则舍弃之。
[0130] 图3为在图1得到的暖脊候选特征点基础上，进行上述纠偏、过滤以及有条件保留 后得到的最终暖脊特征点，其中，空心圆表示〇°特征点，实心圆表示45°特征点，三角形 表示90°特征点。
[0131] 203:根据最终的脊线特征点，定向搜索形成折线，将不满足条件的脊线删除，获取 筛选后的脊线；
[0132] 1)获取最终的脊线特征点，存入脊线特征点集内，在脊线特征点集内找到未被标 记过的温度值最低点，将温度值最低点作为当前点并作标记；
[0133]2)从当前点出发，根据梯度方向确定搜索范围（3+Ax) X (3+Ay)，其中，x正方向 为水平向下，y正方向为水平向左，根据脊线上已标记点的主流方向确定Ax和A y，主流方 向即：90 °特征点时Ax不取值Ay取值，〇 °特征点时Ax取值Ay不取值，45°特征点时 A x不取值A y不取值；
[0134] 例如：90° 特征点时，A x = 0，A y = 2 ;0。特征点时，A x = 2，A y = 0。
[0135]3)重复步骤2)，直到搜索范围内未标记点为空；
[0136] 4)重复步骤1)_2)将连续搜索到的脊线特征点顺序连线，并记录起点匕和终点 P2,计算脊线长度U= llPi-PjJI ;
[0137] 5)遍历脊线，若某条脊线的终点和另一条脊线的起点距离小于等于Al(本实验 中取值为3,具体实现时，根据实际应用中的需要进行设定，本发明实施例对此不做限制）， 且两者走向基本一致，则首尾相接，合并成一条新的脊线；
[0138] 6)遍历各条脊线，若U〈3,则表明此脊线强度较弱，删除此脊线。
[0139] 图4为根据图3中最终的脊线特征点，定向搜索形成折线，将不满足条件的脊线删 除，画出用折线表示的筛选后的脊线。
[0140] 204 :对筛选后的脊线，进行光滑中轴处理，获取最终光滑的脊线。
[0141] 基于最小二乘设计思想，构建光滑中轴算法，其中，中轴概念如图5所示。图中，设 A、B、…、I为定向跟踪算法得到的特征点，该特征点属于一条脊线，点-点之间的实线是由 它们形成的折线，平方和误差为〇,但平滑效果差，不符合气象业务常规做法；虚线为辅助 线，b、c分别为AC和BD的中点，以此类推，顺势连接Bb中点、Cc中点、Dd中点……并将端 点适当延长，即可得到均匀地穿过离散数据点的中轴折线，再用二次B样条对中轴折线做 进一步平滑处理，得到光滑的脊线。
[0142] 其中，高度场中脊线特征点的识别以及自动绘制与温度场中脊线特征点的识别以 及自动绘制相同；对高度场的绘制参见上述步骤，本发明实施例对此不做赘述。
[0143] 实施例3
[0144] -种用于槽线的特征点提取及自动绘制的方法，参见图8,该方法包括以下步骤：
[0145] 301 :根据温度/高度场中槽线的走向，将离散化后梯度方向为-180°、-135° 和-90°的气象格点数据分别作为槽线候选特征点；
[0146] 302 :对槽线候选特征点进行纠偏、过滤，获取最终的槽线特征点；
[0147] 303:根据最终的槽线特征点分别定向搜索形成折线，将不满足条件的槽线删除， 获取筛选后的槽线；
[0148] 304 :对筛选后的槽线进行光滑中轴处理，获取最终光滑的槽线。
[0149] 其中，分别对槽线候选特征点进行纠偏、过滤，获取最终的槽线特征点的步骤具体 为：
[0150] 对于_90°特征点、-180°特征点分别根据等值线分辨率为AV、气象格点数据 值，对取整后的第四插值距离进行重新判断，获取取整后的第五插值距离；
[0151] 对于_90°特征点、-180°特征点分别根据取整后的第五插值距离、温度/高度差 值法获取取整后的第六插值距离并判断，分别获取准极值区；
[0152] 对于-90°特征点、-180°特征点，分别根据准极值区获取槽宽，根据槽宽分别获 取满足单调递增条件下的显著性槽的特征点；
[0153]对于-90°特征点、-180°特征点，分别滤除无效的坡峰点；对于-135°特征点有 条件保留。
[0154] 进一步地，对筛选后的槽线进行光滑中轴处理，获取最终光滑的槽线的步骤具体 为：
[0155] 基于最小二乘设计思想，对槽线上的特征点进行顺势连接，获取均匀地穿过离散 数据点的中轴折线，再用二次B样条对中轴折线做进一步平滑处理，得到光滑的槽线。
[0156] 综上所述，通过上述301-304步骤的处理，本发明实现了槽线的自动检测，有助于 对天气灾害进行及时的预报，以减少经济损失和人员伤亡。
[0157] 下面结合具体的实验数据、计算公式和图表对实施例3中的温度场槽线的特征点 提取及自动绘制的方案进行详细描述，参见实施例4。
[0158] 实施例4
[0159]401 :根据温度场中槽线的走向，将离散化后梯度方向为-180°、-135°和-90° 的气象格点数据作为槽线候选特征点；
[0160] 该步骤具体为：
[0161] 1)扫描每一个气象格点数据，设（i，j)代表每一个气象格点数据的位置（第i行， 第j列），设气象格点位置（i，j)上的数据值为Zu，对于离散的格点数据，用差分代替微分， 利用（6)式可知fy和fx的三阶反距离平方权差分计算方法（计算方法详细步骤参考文献 1陈楠等，2007)。
[0162] 其中，fy为纵向差分值，匕为横向差分值，Ay为纵向增量，Ax为横向增量，Z 1 = Zi-i，j-i，- Z Z3 - Z j_1； J+1, Z4 - Z i； j_j, Z5 - Z i；J-, Z6 - Z Z7 - Z i+1； j_j, Z8 - Z i+1，j，Z9 =Zi+1；J+1〇
[0163] 例如：Z3代表的是第i_l行、第j+1列的气象格点数据值，Z7代表的是第i+1行、 第j-1列的气象格点数据值。
[0165] 2)对每一个气象格点数据计算梯度方向0 ^
[0167] 3)用⑶式将0。的计算范围（-90°，90° )映射到（0°，360°)，映射后角度 用V。表不，
[0169] 将（0° ,360° )的角度离散成8个方向，离散后角度用0表示，八邻域近似断面 如表2所示。
[0170]例如：第三行数据映射后角度^在区间[67. 5°，112. 5° ]时，离散后的角度 为-270°，断面穿过的三个点所在的位置分别为第i行、j+1列，第i行、j列，第i行、j+1 列。
[0171] 表2角度的离散化
[0173]4)根据我国温度场中槽线的走向，只需关注离散化后梯度方向为-180°、-135° 和-90°的气象格点数据。
[0174] 402 :对槽线候选特征点进行纠偏、过滤，获取最终的槽线特征点；
[0175] 该步骤具体为：
[0176] 1)对-90°特征点，获取水平剖线范围内的极大值，并建立坐标系；对-180°特征 点，获取竖直剖线范围内的极小值，并建立坐标系；
[0177] 对于-90°特征点，扫描第i行气象格点数据，将每一个气象格点数据作为一个数 据点，查找梯度方向落入[45°，135° ]范围内的第三数据点，过第三数据点做长度为n的 水平剖线；
[0178] 在水平剖线范围内找到气象格点数据的极小值，将极小值数据点j)标记为 水平坐标轴的原点0()，令原点0()右侧为正方向，（imi)代表气象格点数据的位置为第 i() 行，第jQ列；
[0179] 对于-180°特征点，扫描第j列气象格点数据，每一个气象格点数据作为一个数 据点，查找梯度方向落入[0°，45° ]或者[315°，360° ]范围内的第四数据点，过第四 数据点做长度为n的竖直剖线。
[0180] 在竖直剖线范围内找到气象格点数据的极小值，将极小值数据点（ip jj标记 为 竖直坐标轴的原点h，令原点仏下侧为正方向。
[0181] 2)对于-90°特征点、-180°特征点，分别根据温度差值法获取第四插值距离并 判断，分别获取取整后的第四插值距离；
[0182] 3)对于-90°特征点、-180°特征点分别根据等值线分辨率为A V、气象格点数据 值，对取整后的第四插值距离进行重新判断，获取取整后的第五插值距离；
[0183] 4)对于-90°特征点、-180°特征点分别根据取整后的第五插值距离、温度差值 法获取取整后的第六插值距离并判断，分别获取准极值区；
[0184] 5)对于-90°特征点、-180°特征点，分别根据准极值区获取槽宽；
[0185] 其中，上述步骤2)-5)的操作过程，对于-90°特征点的处理参见实施例2中 对-90°特征点的处理，对于-180°特征点的处理参见实施例2中对0°特征点的处理，本 发明实施例对此不作限制。
[0186] 6)对于-90°特征点、-180°特征点，根据槽宽分别获取满足单调递增条件下的 显著性槽的特征点；
[0187] 对于-90°特征点，显著性判断在满足单调递增条件的情况下，将槽线两侧各外扩 d个单位，若：
[0189] 则宽度为S(l的槽是显著性的，保留显著性特征点、舍弃非显著性特征点（根据经 验设定aT= 1. 5°C) ; 4。,九-^^代表的是；[(|行」(|-1'(|- (1列的气象格点数据值，2^。+￡；()+{2代 表的是L行j0+c0+d列的气象格点数据值，
[0190] 对于-180°特征点，显著性判断在满足单调递增条件的情况下，将槽线两侧各外 扩d个单位，若：
[0192] 则宽度为81的槽是显著性的，保留显著性特征点、舍弃非显著性特征点； 代表的是:^行j ^ri-d列的气象格点数据值，Zid+Ci+d代表的是:^行j i+Ci+d 列的气象格点数据值，
[0193] 7)对于-90°特征点、-180°特征点，将槽宽的中心确定为显著性槽的特征点；
[0194] 8)对于-90°特征点、-180°特征点，分别滤除无效的坡峰点；
[0195] 9)对于-135°特征点有条件保留。
[0196] 其中，上述步骤7)-9)的操作过程，对于-90°特征点的处理参见实施例2中 对-90°特征点的处理，对于-180°特征点的处理参见实施例2中对0°特征点的处理，对 于-135°特征点的处理参见实施例2中对45°特征点的处理，本发明实施例对此不作限 制。
[0197] 403:根据最终的槽线特征点，定向搜索形成折线，将不满足条件的槽线删除，获取 筛选后的槽线；
[0198] 1)获取最终的槽线特征点，存入槽线特征点集内，在槽线特征点集内找到未被标 记过的温度值最高点，将温度最高点作为当前点并作标记；
[0199]2)从当前点出发，根据其梯度方向确定搜索范围（3+Ax) X (3+Ay)，则x正方向 为水平向上，y正方向为水平向右，根据槽线上已标记点的主流方向确定Ax和Ay。
[0200] 即：-90°特征点时Ax不取值Ay取值，-180°特征点时Ax取值Ay不取 值，-135°特征点时A x不取值A y不取值；
[0201] 例如：_90。特征点时，Ax = 0，Ay = 2 ;_180° 特征点时，Ax = 2，Ay = 〇;
[0202] 3)重复步骤2)，直到搜索范围内未标记点为空；
[0203] 4)重复步骤1)_2)将连续搜索到的槽线特征点顺序连线，并记录起点％和终点 Q2,计算槽线长度L 2= IIQ「Q2II ;
[0204]5)遍历槽线，若某条槽线的终点和另一条槽线的起点距离小于等于A2(本实验 中取值为3,具体实现时，根据实际应用中的需要进行设定，本发明实施例对此不做限制）， 且两者走向基本一致，则首尾相接，合并成一条新的槽线；
[0205] 6)遍历各条槽线，若L2〈3,则表明此槽线强度较弱，删除此槽线。
[0206] 其中，步骤3)-6)的操作过程，参见实施例2,本发明实施例对此不作限制。
[0207] 404 :对筛选后的槽线，进行光滑中轴处理，获取最终光滑的槽线。
[0208] 其中，该步骤的具体操作过程参见实施例2,本发明实施例对此不做赘述。
[0209] 高度场中槽线特征点的识别以及自动绘制与温度场中槽线特征点的识别以及自 动绘制相同。对高度场的绘制参见上述步骤，本发明实施例对此不做赘述。
[0210] 实施例5
[0211] 下面以具体的测试来验证本发明实施例提供的一种用于槽脊线的特征点提取及 自动绘制的方法的可行性，测试样本由中国天津气象局提供，详见下文描述：
[0212] 图6为本发明提供的测试效果图，即最后形成的光滑的脊线图，在此图中真实的 暖脊条数为4条，正确自动绘制暖脊条数4条，误识暖脊条数0条，漏识暖脊条数0条，依照 这种统计方法对89个等温线图的样本进行统计，其中测试结果在表3中得到了展示。
[0213] 表3对本文算法的测试结果
[0215] 表2是对89组样本检验后的统计结果。可以看出，针对测试样本，本方法的槽脊 线击中率高达97. 25%，凡击中的槽脊线，在一定程度上比人工分析更精细，且方便提供量 化参数。
[0216] 本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例 序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
[0217] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和 原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
[0218] 参考文献
[0219] 1陈楠，王钦敏，汤国安.2007.基于DEM的坡向提取算法对比分析[J].遥感信 息，16(01) : 70-75。
【主权项】
1. 一种用于脊线的特征点提取及自动绘制的方法，其特征在于，所述方法包括以下步 骤： 根据温度/高度场中脊线的走向，将离散化后梯度方向为0°、45°和90°的气象格点 数据分别作为脊线候选特征点； 对所述脊线候选特征点进行纠偏、过滤，获取最终的脊线特征点； 根据所述最终的脊线特征点，定向搜索形成折线，将不满足脊线条件的折线删除，获取 筛选后用折线表示的脊线； 对筛选后的脊线进行光滑中轴处理，获取最终光滑的脊线。2. 根据权利要求1所述的一种用于脊线的特征点提取及自动绘制的方法，其特征在 于，对所述脊线候选特征点进行纠偏、过滤，获取最终的脊线特征点的步骤具体为： 对于90°特征点、0°特征点分别根据等值线分辨率为AV、气象格点数据值，对取整 后的第一插值距离进行重新判断，获取取整后的第二插值距离； 对于90°特征点、0°特征点分别根据取整后的第二插值距离、温度/高度差值法获取 取整后的第三插值距离并判断，分别获取准极值区； 对于90°特征点、0°特征点，分别根据准极值区获取脊宽，根据脊宽分别获取满足单 调递减条件下的显著性脊的特征点； 对于90°特征点、0°特征点，将脊宽的中心确定为显著性脊的特征点； 对于90°特征点、0°特征点，分别滤除无效的坡峰点；对于45°特征点有条件保留。3. 根据权利要求1所述的一种用于脊线的特征点提取及自动绘制的方法，其特征在 于，对筛选后的脊线进行光滑中轴处理，获取最终光滑的脊线的步骤具体为： 基于最小二乘设计思想，对脊线上的特征点进行顺势连接，获取均匀地穿过离散数据 点的中轴折线，再用二次B样条对中轴折线做进一步平滑处理，得到光滑的脊线。4. 一种用于槽线的特征点提取及自动绘制的方法，其特征在于，所述方法包括以下步 骤： 根据温度/高度场中槽线的走向，将离散化后梯度方向为-180°、_135°和-90°的气 象格点数据分别作为槽线候选特征点； 分别对所述槽线候选特征点进行纠偏、过滤，获取最终的槽线特征点； 根据所述最终的槽线特征点分别定向搜索形成折线，将不满足槽线条件的折线删除， 获取筛选后用折线表示的槽线； 对筛选后的槽线进行光滑中轴处理，获取最终光滑的槽线。5. 根据权利要求4所述的一种用于槽线的特征点提取及自动绘制的方法，其特征在 于，所述分别对所述槽线候选特征点进行纠偏、过滤，获取最终的槽线特征点的步骤具体 为： 对于-90°特征点、-180°特征点分别根据等值线分辨率为AV、气象格点数据值，对 取整后的第四插值距离进行重新判断，获取取整后的第五插值距离； 对于-90°特征点、-180°特征点分别根据取整后的第五插值距离、温度/高度差值法 获取取整后的第六插值距离并判断，分别获取准极值区； 对于-90°特征点、-180°特征点，分别根据准极值区获取槽宽，根据槽宽分别获取满 足单调递增条件下的显著性槽的特征点； 对于-90°特征点、-180°特征点，分别滤除无效的坡峰点；对于-135°特征点有条件 保留。6.根据权利要求4所述的一种用于槽线的特征点提取及自动绘制的方法，其特征在 于，所述对筛选后的槽线进行光滑中轴处理，获取最终光滑的槽线的步骤具体为： 基于最小二乘设计思想，对槽线上的特征点进行顺势连接，获取均匀地穿过离散数据 点的中轴折线，再用二次B样条对中轴折线做进一步平滑处理，得到光滑的槽线。
【专利摘要】本发明公开了一种用于槽脊线的特征点提取及自动绘制的方法，包括以下步骤：根据温度/高度场中槽脊线的走向，将离散化后梯度方向为0°、45°和90°的气象格点数据作为脊线候选特征点，将离散化后梯度方向为-180°、-135°和-90°的气象格点数据作为槽线候选特征点；对脊线候选特征点、槽线候选特征点进行纠偏、过滤，获取最终的脊线特征点、槽线特征点；根据最终的脊线特征点，槽线特征点定向搜索形成折线，将不满足条件的脊线、槽线删除，获取筛选后的脊线、槽线；对筛选后的脊线、槽线进行光滑中轴处理，获取最终光滑的脊线、槽线。本发明实现了槽脊线的自动检测，有助于对天气灾害的预报，减少经济损失和人员。
【IPC分类】G06T5/00, G01W1/10, G06K9/46
【公开号】CN104898186
【申请号】CN201510319714
【发明人】王萍, 王苹苹, 闫春遐
【申请人】天津大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月9日
【技术领域】
[0001] 本发明涉及气象学领域中的槽脊线，尤其涉及一种用于槽脊线的特征点提取及自 动绘制的方法。
【背景技术】
[0002] 气象预测主要是指对地面天气图、高空天气图的分析，根据不同气压层次温度值 分别绘制出等高线和等温线，从而显示出天气形势的分布。温度场的分析是为了判断底层 的暖空气和中高层的冷空气，高度场的分析是为了判断低压槽线和高压脊线。脊线是指高 温区或者高压区中延伸出来的较狭长区域，即从暖中心或者高压中心出发，沿等温线或者 等高线曲率极大值勾勒而成。脊线通常呈从南到北，从西到东或从西南到东北的走向，槽线 是指低温区或者低压区中延伸出来的较狭长区域，即从冷中心或者低压中心出发，沿等温 线或者等高线曲率极大值勾勒而成。槽线通常呈从北到南，从东到西或从东北到西南的走 向。
[0003] 脊线或者槽线的出现意味着一种天气不稳定因素的形成，因此，基于脊线和槽线 的正确识别对于天气预报具有重要意义。我国在这方面的研宄起步较晚，对于脊线和槽线 的识别，目前仍然停留在人工或需要人工辅助的阶段。如果可以从图像中由计算机自动进 行天气特征的提取，将大大提高天气预报的效率。
[0004] 发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术中至少存在以下缺点和不足：
[0005] 迄今为止，国内气象分析的MICAPS系统尚未实现脊线和槽线的自动识别，又由于 脊线和槽线的人工识别费时费力，会影响到预报的时效性；且不能对可能出现的灾害进行 及时预警，造成经济损失和人员伤亡。
【发明内容】
[0006] 本发明提供了一种用于槽脊线的特征点提取及自动绘制的方法，本发明能自动检 测出脊线和槽线，对灾害进行及时的预警，减少经济损失和人员伤亡，详见下文描述：
[0007] -种用于脊线的特征点提取及自动绘制的方法，所述方法包括以下步骤：
[0008] 根据温度/高度场中脊线的走向，将离散化后梯度方向为0°、45°和90°的气象 格点数据分别作为脊线候选特征点；
[0009] 对所述脊线候选特征点进行纠偏、过滤，获取最终的脊线特征点；
[0010] 根据所述最终的脊线特征点，定向搜索形成折线，将不满足脊线条件的折线删除， 获取筛选后用折线表示的脊线；
[0011] 对筛选后的脊线进行光滑中轴处理，获取最终光滑的脊线。
[0012] 其中，对所述脊线候选特征点进行纠偏、过滤，获取最终的脊线特征点的步骤具体 为：
[0013] 对于90°特征点、0°特征点分别根据等值线分辨率为AV、气象格点数据值，对 取整后的第一插值距离进行重新判断，获取取整后的第二插值距离；
[0014] 对于90°特征点、0°特征点分别根据取整后的第二插值距离、温度/高度差值法 获取取整后的第三插值距离并判断，分别获取准极值区；
[0015] 对于90°特征点、0°特征点，分别根据准极值区获取脊宽，根据脊宽分别获取满 足单调递减条件下的显著性脊的特征点；
[0016] 对于90°特征点、0°特征点，将脊宽的中心确定为显著性脊的特征点；
[0017] 对于90°特征点、0°特征点，分别滤除无效的坡峰点；对于45°特征点有条件保 留。
[0018] 其中，对筛选后的脊线进行光滑中轴处理，获取最终光滑的脊线的步骤具体为：
[0019] 基于最小二乘设计思想，对脊线上的特征点进行顺势连接，获取均匀地穿过离散 数据点的中轴折线，再用二次B样条对中轴折线做进一步平滑处理，得到光滑的脊线。
[0020] 一种用于槽线的特征点提取及自动绘制的方法，所述方法包括以下步骤：
[0021] 根据温度/高度场中槽线的走向，将离散化后梯度方向为-180°、-135°和-90° 的气象格点数据分别作为槽线候选特征点；
[0022] 分别对所述槽线候选特征点进行纠偏、过滤，获取最终的槽线特征点；
[0023] 根据所述最终的槽线特征点分别定向搜索形成折线，将不满足槽线条件的折线删 除，获取筛选后用折线表示的槽线；
[0024] 对筛选后的槽线进行光滑中轴处理，获取最终光滑的槽线。
[0025] 其中，所述分别对所述槽线候选特征点进行纠偏、过滤，获取最终的槽线特征点的 步骤具体为：
[0026] 对于-90°特征点、-180°特征点分别根据等值线分辨率为AV、气象格点数据 值，对取整后的第四插值距离进行重新判断，获取取整后的第五插值距离；
[0027] 对于-90°特征点、-180°特征点分别根据取整后的第五插值距离、温度/高度差 值法获取取整后的第六插值距离并判断，分别获取准极值区；
[0028] 对于-90°特征点、-180°特征点，分别根据准极值区获取槽宽，根据槽宽分别获 取满足单调递增条件下的显著性槽的特征点；
[0029] 对于-90°特征点、-180°特征点，分别滤除无效的坡峰点；对于-135°特征点有 条件保留。
[0030] 其中，所述对筛选后的槽线进行光滑中轴处理，获取最终光滑的槽线的步骤具体 为：
[0031] 基于最小二乘设计思想，对槽线上的特征点进行顺势连接，获取均匀地穿过离散 数据点的中轴折线，再用二次B样条对中轴折线做进一步平滑处理，得到光滑的槽线。
[0032] 本发明提供的技术方案的有益效果是：本方法通过对气象图上槽脊线特征点、槽 脊线的识别，得到光滑的槽脊线，本发明实现了槽脊线的自动检测，有助于对天气灾害进行 及时的预报，以减少经济损失和人员伤亡；并通过实验验证了本方法的有效性。
【附图说明】
[0033] 图1为根据MICAPS提供的850hPa下的温度格点数据绘制的等温线和利用断面极 值法得到的暖脊候选特征点标识；
[0034] 其中，空心圆表示0°特征点，实心圆表示45°特征点，三角形表示90°特征点；
[0035] 图2为以点M为例说明具体插值方法的插值示意图；
[0036] 图3为在图1得到的暖脊候选特征点基础上，进行纠偏、过滤以及有条件保留后得 到的最终暖脊特征点；
[0037] 其中，空心圆表示0°特征点，实心圆表示45°特征点，三角形表示90°特征点；
[0038] 图4为根据图3中最终的脊线特征点，定向搜索形成折线，将不满足脊线条件的折 线删除，画出用折线表示的筛选后的脊线；
[0039] 图5为光滑中轴拟合算法中离散序列的中轴示意图；
[0040] 图6为本发明提供的测试效果图，为光滑中轴算法得到的暖脊线效果图；
[0041] 图7为本发明提供的一种用于脊线的特征点提取及自动绘制的方法的流程图；
[0042] 图8为本发明提供的一种用于槽线的特征点提取及自动绘制的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0043] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步 地详细描述。
[0044] 本方法在分析山脊线算法用于提取脊线或者槽线时暴露出的问题的基础上，提出 一种纠偏算法，配合使用为反映脊线或槽线气象特点所构建的规则，提取到干扰较少的脊 线或者槽线特征点；根据最小二乘法点拟合线的思想，提出一种光滑中轴算法，得到质量较 高的脊线或者槽线，下面结合具体的实施例对本方法进行详细的描述：
[0045] 实施例1
[0046] -种用于脊线的特征点提取及自动绘制的方法，参见图7,该方法包括以下步骤：
[0047] 101 :根据温度/高度场中脊线的走向，将离散化后梯度方向为0°、45°和90°的 气象格点数据分别作为脊线候选特征点；
[0048] 102 :对脊线候选特征点进行纠偏、过滤，获取最终的脊线特征点；
[0049] 103:根据最终的脊线特征点，定向搜索形成折线，将不满足条件的脊线删除，获取 筛选后的脊线；
[0050] 104 :对筛选后的脊线进行光滑中轴处理，获取最终光滑的脊线。
[0051] 其中，对脊线候选特征点进行纠偏、过滤，获取最终的脊线特征点的步骤具体为：
[0052] 对于90°特征点、0°特征点分别根据等值线分辨率为AV、气象格点数据值，对 取整后的第一插值距离进行重新判断，获取取整后的第二插值距离；
[0053] 对于90°特征点、0°特征点分别根据取整后的第二插值距离、温度/高度差值法 获取取整后的第三插值距离并判断，分别获取准极值区；
[0054] 对于90°特征点、0°特征点，分别根据准极值区获取脊宽，根据脊宽分别获取满 足单调递减条件下的显著性脊的特征点；
[0055] 对于90°特征点、0°特征点，将脊宽的中心确定为显著性脊的特征点；
[0056] 对于90°特征点、0°特征点，分别滤除无效的坡峰点；对于45°特征点有条件保 留。
[0057] 进一步地，对筛选后的脊线进行光滑中轴处理，获取最终光滑的脊线的步骤具体 为：
[0058] 基于最小二乘设计思想，对脊线上的特征点进行顺势连接，获取均匀地穿过离散 数据点的中轴折线，再用二次B样条对中轴折线做进一步平滑处理，得到光滑的脊线。
[0059] 综上所述，通过上述101-104步骤的处理，本发明实现了脊线的自动检测，对灾害 进行及时的预警，减少了经济损失和人员伤亡。
[0060] 下面结合具体的实验数据、计算公式和图表对实施例1中温度场脊线的特征点提 取及自动绘制的方案进行详细描述，参见实施例2。
[0061] 实施例2
[0062] 201 :根据温度场中脊线的走向，将离散化后梯度方向为0°、45°和90°的气象 格点数据作为脊线候选特征点；
[0063] 该步骤具体为：
[0064] 1)扫描每一个气象格点数据，设（i，j)代表每一个气象格点数据的位置（第i行， 第j列），设气象格点位置（i，j)上的数据值为Zu，对于离散的格点数据，用差分代替微 分，利用（1)式可知fy和fx的三阶反距离平方权差分计算方法（计算方法详细步骤参考文 献1陈楠等，2007)。
[0065] 其中，fy为纵向差分值，匕为横向差分值，Ay为纵向增量，Ax为横向增量，Z 1 = Zi-i，j- i，- Z Z3 - Z j_1； J+1, Z4 - Z i； j_j, Z5 - Z i；J-, Z6 - Z Z7 - Z i+1； j_j, Z8 - Z i+1，j，Z9 =Zi+1；J+1〇
[0066] 例如：Z3代表的是第i_l行、第j+1列的气象格点数据值，Z7代表的是第i+1行、 第j-1列的气象格点数据值。
[0068] 2)对每一个气象格点数据计算梯度方向0
[0070] 3)用（3)式将0。的计算范围（-90°，90° )映射到（0°，360° )，映射后角度 用V。表不，
[0072] 将（0° ,360° )的角度离散成8个方向，离散后角度用a表示，八邻域近似断面 如表1所示。
[0073]例如：第三行数据映射后角度。在区间[67.5°，112.5° ]时，离散后的角 度为90°，断面穿过的三个点所在的位置分别为第i行、j+1列，第i行、j列，第i行、j+1 列。
[0074]表1角度的离散化
[0075]
[0076] 4)根据我国温度场中脊线的走向，只需关注离散化后梯度方向为0°、45°和 90°的气象格点数据。
[0077] 图1显示了根据MICAPS软件（我国气象台所使用的软件，该软件为本领域技术人 员所公知，本发明实施例对此不做赘述）提供的850hPa下的温度格点数据绘制的等温线和 利用传统断面极值法得到的暖脊候选特征点标识，其中，空心圆表示〇°特征点，实心圆表 示45 °特征点，三角形表示90 °特征点。
[0078] 202 :对脊线候选特征点进行纠偏、过滤，获取最终的脊线特征点；
[0079] 该步骤具体为：
[0080] 1)对90°特征点，获取水平剖线范围内的极大值，并建立第一坐标系；对0°特征 点，获取竖直剖线范围内的极大值，并建立第二坐标系；
[0081] 对于90°特征点，扫描第i行气象格点数据，将每一个气象格点数据作为一个数 据点，查找梯度方向落入[45°，135° ]范围内的第一数据点，过第一数据点做长度为n的 水平剖线；
[0082] 在水平剖线范围内找到气象格点数据的极大值，将极大值数据点（'jj标记为 水平坐标轴的原点 0()，令原点0()右侧为正方向，（i & j(i)代表气象格点数据的位置为第i()行， 第jQ列；
[0083] 对于0°特征点，扫描第j列气象格点数据，每一个气象格点数据作为一个数据 点，查找梯度方向落入[0°，45° ]或者[315°，360° ]范围内的第二数据点，过第二数 据点做长度为n的竖直剖线。
[0084] 在竖直剖线范围内找到气象格点数据的极大值，将极大值数据点（ip jj标记为 竖直坐标轴的原点Oi，令原点仏下侧为正方向；
[0085] 2)对于90°特征点、0°特征点，分别根据温度差值法获取第一插值距离并判断， 分别获取取整后第一插值距离；
[0086] 对于90°特征点，将jfl)的温度值插值到原点(^另一侧的等温度数值处，获 得插值点与原点〇〇温度的插值距离d K(l，将1-1)的温度值插值到原点h另一侧的等数 值处，获得插值点与原点Oc!的插值距离如果d 一屯，A为dK(l的取整参数，r f int {dKQ}; 如果'〈心，cQ为dm的取整参数，c Q= int {d J ;
[0087] 其中，（iQ，jQ+l)代表气象格点数据所在的位置：第iQ行、第j Q+1列；（iQ，jQ-l)代 表气象格点数据所在的位置：第i〇行、第j 0-1列。
[0088] 以图2为例说明具体插值方法，点M的水平断面数据如图2所示，丸+1)点向 左的插值距离d K(l= 2. 947，（i。，jQ-l)点向右的插值距离1^。= 0. 029,显然，r。= 2。
[0089] 对于0°特征点，将（ii，ji+1)的温度值插值到原点另一侧的等数值处，获得插 值点与原点的插值距离d K1，将（ii，ji-1)的温度值插值到原点另一侧的等数值处，获 得插值点与原点h的插值距离d u，如果dK1>du，巧为d K1的取整参数，r int {d K1};如果 dK1〈dL1，(^为 dL1 的取整参数，c int{dL1};
[0090] 其中，（ip ji+1)代表气象格点数据所在的位置：第^行、第j i+1列；（ip j「l)代 表气象格点数据所在的位置：第^行、第j fl列。
[0091] 3)对于90°特征点、0°特征点分别根据等值线分辨率为AV、气象格点数据值， 对取整后的第一插值距离进行重新判断，获取取整后的第二插值距离；
[0092]对于90°特征点，设等值线分辨率为A V，若
，则rf r。_1， 重新判断
是否大于AV，直到
'或4=0,则执行步骤 4);
[0093] 若
，则cQ= c。_1，重新判断
是否大于AV， 直到丨
或4= 0,则执行步骤4);
[0094] 其中，4。^代表的是第、行，第j ^列的气象格点数据值；。代表的是第、 行，第jcTA列的气象格点数据值；ZW#。代表的是第i〇行，第j o+co列的气象格点数据值。
[0095] 对于0°特征点，设等值线分辨率为AV，若
，则 重新判断
'或6= 0,则执行步骤4);
[0096] 若
，则 C c「1，重新判断
，若 l^ii+c^A _ Ji 或 ci= 〇,贝1J执行步骤 4);
[0097] 其中，丨仏代表的是第^行，第几列的气象格点数据值；A_ri,A代表的是第 行，第1列的气象格点数据值；&1+Cl,A代表的是第ii+^行，第j :列的气象格点数据值。
[0098] 4)对于90°特征点、0°特征点分别根据取整后的第二插值距离、温度差值法获 取取整后的第三插值距离并判断，分别获取准极值区；
[0099] 对于90°特征点，如果'>心，将jd)点的数值向原点右侧插值，获得插值 点与原点的插值距离t M，若cf 彡0. 5,则cQ=l，否则cQ=0;
[0100] 如果，将（' i+cj点的数值原点左侧插值，获得插值点与原点的插值距离 d' K(l，若 d' K(l彡 0. 5,则 r。= 1，否则 r。= 0,令集合 Sqg[ (i。，jm)，（iQ, jQ+cQ)]为准 极值区；（i〇, jo-rj代表气象格点数据所在的位置：L行、j cm列，（i & jd+cj代表气象格点 数据所在的位置：i〇行、jo+Co列。
[0101] 对于〇°特征点，如果dK1>du，将（im，ji)点的数值向原点下侧插值，获得插值点 与原点的插值距离t u，若cf 0? 5,则Ci= 1，否则Ci= 0 ;如果dK1〈du，将（ii+Ci, j) 点的数值向原点上侧插值，获得插值点与原点的插值距离d' K1，若d' K1>0.5,则ri=l， 否则:0,令集合S # [(i jj，（ii+Ci, jj]为准极值区；（im, jD代表气象格点数 据所在的位置dm行、j i列，（i i+Cl，代表气象格点数据所在的位置di+Ci行、j i列。 [0102] 5)对于90°特征点、0°特征点，分别根据准极值区获取脊宽；
[0103] 对于90°特征点，为确保区域\上的各点数值相近：找到i 和i ，使
，其中为气象格点数据坐标（h，的行偏移量， A 〇2为气象格点数据坐标（i 〇, jo+cd的行偏移量，4。+~1,_/。-，。代表的是1(|+八(11行_]_ (|-1'(|列的 气象格点数据值，4()+4。2,;。+ (：。代表的是1(|+八(|2行_]_(|+〇(|列的气象格点数据值。
[0104] 若 min{| AQ1|, | AQ2|}>pT(根据经验值取 0. 5 ? AT)，贝 1」令 rQ= rQ-l，cQ=。。_1， 重新判断 min{ | A011，| A021}，若 min{ | A011，| A021 }> p T，则令 r0= r。-1，c〇= c。-1，若 min{| AQ1|, | AQ2|}彡 pT或者 rQ= 0、cQ= 0,则计算此处的脊宽：sQ= iWl ;
[0105] 对于0 °特征点，为确保区域S上的各点数值相近：找到j d A jP j 1+ A 12，使
，其中An为气象格点数据坐标（im，的列偏移量， A 12为气象格点数据坐标i i+ci，Ji的列偏移量，代表的是i「ri行j i+A ii列的气 象格点数据值，A+cd+Au代表的是ii+cjf j d A 12列的气象格点数据值。
[0106] 若 min{| An|, | A12|}>pT，则令；r「1，Ci= c「1，重新判断 min{ | A n |，| A 121}，若 min{| A n |，| A 121} > p T，贝lj 令;1^= r「1，~=c「1，若 min{ | A n |，| A 12|}彡p T或者;r丨二0、c丨二0,则计算此处的脊宽：s丨二r i+Ci+1。
[0107] 6)对于90°特征点、0°特征点，根据脊宽分别获取满足单调递减条件下的显著 性脊的特征点；
[0108] 对于90°特征点，显著性判断在满足单调递减条件的情况下，将脊线两侧各外扩 d个单位，若：
[0110] 则宽度为％的脊是显著性的，保留显著性特征点、舍弃非显著性特征点（根据经 验设定a T= 1. 5°C );表的是L行j m-d列的气象格点数据值，4。,;'。+(；。^代 表的是L行j 〇+c〇+d列的气象格点数据值。
[0111] 对于〇°特征点，显著性判断在满足单调递减条件的情况下，将脊线两侧各外扩d 个单位，若：
[0113] 则宽度为81的脊是显著性的，保留显著性特征点、舍弃非显著性特征点； d代表的是ii行j I_ri_d列的气象格点数据值，Zil.A+q+d代表的是:^行j i+Ci+d列 的气象格点数据值，
[0114] 7)对于90°特征点、0°特征点，将脊宽的中心确定为显著性脊的特征点；
[0115] 对于90°特征点，将脊宽的中心确定为显著性脊的特征点（'j' 其中，j '。 =j〇+(c〇-r〇)/2 ；
[0116]对于0°特征点，将脊宽的中心确定为显著性脊的特征点pji)，其中，Wi=
[0117] 8)对于90°特征点、0°特征点，分别滤除无效的坡峰点；
[0118]对于90°特征点，求AU和AiKkQ，k = 1，2,3, 为气象格点数据坐标 (iQ，的行偏移量，A i_气象格点数据坐标（i&fCd+k)的行偏移量；
[0119] 使
代表的是 i〇+ A itk。行' crrcrk列的气象格点数据值，
代表的是ici+ A iRk(^ j' d+Ca+k 列的气象格点数据值；
[0120] 令厶;[111=11^{|厶;[1±0|}，厶;[1；0=11^{|厶;[ 1；150|}，若111；[11{厶;[111，厶;[1；0}〈1.5厶1'且 A iM+ A iK(l〈5 A T，则（i，j ' J为无效的坡峰点，将其滤除；
[0121]对于〇°特征点，求A ^和A jKkl，k = 1，2,3, Aim为气象格点数据坐标 a' i-rrk，的列偏移量，AiKkl气象格点数据坐标a' i+Cl+k，j)的列偏移量；
[0122] 使
代表的是 i'「rfkRji+A'列的气象格点数据值，Zg+Ci+fcJi+句▲代表的是i' i+^+i^ji+A ' 列的气象格点数据值；
[0123] 令 A jL1= max {| A j Lkl |}，A jK1= max {| A j Kkl |}，若 min { A jL1，A jK1}〈1. 5 A T 且 A ju+ A jK1〈5 A T，则（i ' i，为无效的坡峰点，将其滤除。
[0124] 9)对于45°特征点有条件保留。
[0125] 利用方差概念构建约束量0，
[0126] |3 = arctan(frY/fx) (4)
[0127] 其中，f' y、f' x分别是八邻域格点数据纵向和横向方差，即
(5)
[0129] 将式⑷中fM乍为保留45°特征点的附加条件，即若0 ' Q(i，j)为45°且Zu 为135°方向断面上的极值，则进一步计算0，若0 e [30°，60° ]，则认为（i，j)点的 45°方向为真，保留此点，否则舍弃之。
[0130] 图3为在图1得到的暖脊候选特征点基础上，进行上述纠偏、过滤以及有条件保留 后得到的最终暖脊特征点，其中，空心圆表示〇°特征点，实心圆表示45°特征点，三角形 表示90°特征点。
[0131] 203:根据最终的脊线特征点，定向搜索形成折线，将不满足条件的脊线删除，获取 筛选后的脊线；
[0132] 1)获取最终的脊线特征点，存入脊线特征点集内，在脊线特征点集内找到未被标 记过的温度值最低点，将温度值最低点作为当前点并作标记；
[0133]2)从当前点出发，根据梯度方向确定搜索范围（3+Ax) X (3+Ay)，其中，x正方向 为水平向下，y正方向为水平向左，根据脊线上已标记点的主流方向确定Ax和A y，主流方 向即：90 °特征点时Ax不取值Ay取值，〇 °特征点时Ax取值Ay不取值，45°特征点时 A x不取值A y不取值；
[0134] 例如：90° 特征点时，A x = 0，A y = 2 ;0。特征点时，A x = 2，A y = 0。
[0135]3)重复步骤2)，直到搜索范围内未标记点为空；
[0136] 4)重复步骤1)_2)将连续搜索到的脊线特征点顺序连线，并记录起点匕和终点 P2,计算脊线长度U= llPi-PjJI ;
[0137] 5)遍历脊线，若某条脊线的终点和另一条脊线的起点距离小于等于Al(本实验 中取值为3,具体实现时，根据实际应用中的需要进行设定，本发明实施例对此不做限制）， 且两者走向基本一致，则首尾相接，合并成一条新的脊线；
[0138] 6)遍历各条脊线，若U〈3,则表明此脊线强度较弱，删除此脊线。
[0139] 图4为根据图3中最终的脊线特征点，定向搜索形成折线，将不满足条件的脊线删 除，画出用折线表示的筛选后的脊线。
[0140] 204 :对筛选后的脊线，进行光滑中轴处理，获取最终光滑的脊线。
[0141] 基于最小二乘设计思想，构建光滑中轴算法，其中，中轴概念如图5所示。图中，设 A、B、…、I为定向跟踪算法得到的特征点，该特征点属于一条脊线，点-点之间的实线是由 它们形成的折线，平方和误差为〇,但平滑效果差，不符合气象业务常规做法；虚线为辅助 线，b、c分别为AC和BD的中点，以此类推，顺势连接Bb中点、Cc中点、Dd中点……并将端 点适当延长，即可得到均匀地穿过离散数据点的中轴折线，再用二次B样条对中轴折线做 进一步平滑处理，得到光滑的脊线。
[0142] 其中，高度场中脊线特征点的识别以及自动绘制与温度场中脊线特征点的识别以 及自动绘制相同；对高度场的绘制参见上述步骤，本发明实施例对此不做赘述。
[0143] 实施例3
[0144] -种用于槽线的特征点提取及自动绘制的方法，参见图8,该方法包括以下步骤：
[0145] 301 :根据温度/高度场中槽线的走向，将离散化后梯度方向为-180°、-135° 和-90°的气象格点数据分别作为槽线候选特征点；
[0146] 302 :对槽线候选特征点进行纠偏、过滤，获取最终的槽线特征点；
[0147] 303:根据最终的槽线特征点分别定向搜索形成折线，将不满足条件的槽线删除， 获取筛选后的槽线；
[0148] 304 :对筛选后的槽线进行光滑中轴处理，获取最终光滑的槽线。
[0149] 其中，分别对槽线候选特征点进行纠偏、过滤，获取最终的槽线特征点的步骤具体 为：
[0150] 对于_90°特征点、-180°特征点分别根据等值线分辨率为AV、气象格点数据 值，对取整后的第四插值距离进行重新判断，获取取整后的第五插值距离；
[0151] 对于_90°特征点、-180°特征点分别根据取整后的第五插值距离、温度/高度差 值法获取取整后的第六插值距离并判断，分别获取准极值区；
[0152] 对于-90°特征点、-180°特征点，分别根据准极值区获取槽宽，根据槽宽分别获 取满足单调递增条件下的显著性槽的特征点；
[0153]对于-90°特征点、-180°特征点，分别滤除无效的坡峰点；对于-135°特征点有 条件保留。
[0154] 进一步地，对筛选后的槽线进行光滑中轴处理，获取最终光滑的槽线的步骤具体 为：
[0155] 基于最小二乘设计思想，对槽线上的特征点进行顺势连接，获取均匀地穿过离散 数据点的中轴折线，再用二次B样条对中轴折线做进一步平滑处理，得到光滑的槽线。
[0156] 综上所述，通过上述301-304步骤的处理，本发明实现了槽线的自动检测，有助于 对天气灾害进行及时的预报，以减少经济损失和人员伤亡。
[0157] 下面结合具体的实验数据、计算公式和图表对实施例3中的温度场槽线的特征点 提取及自动绘制的方案进行详细描述，参见实施例4。
[0158] 实施例4
[0159]401 :根据温度场中槽线的走向，将离散化后梯度方向为-180°、-135°和-90° 的气象格点数据作为槽线候选特征点；
[0160] 该步骤具体为：
[0161] 1)扫描每一个气象格点数据，设（i，j)代表每一个气象格点数据的位置（第i行， 第j列），设气象格点位置（i，j)上的数据值为Zu，对于离散的格点数据，用差分代替微分， 利用（6)式可知fy和fx的三阶反距离平方权差分计算方法（计算方法详细步骤参考文献 1陈楠等，2007)。
[0162] 其中，fy为纵向差分值，匕为横向差分值，Ay为纵向增量，Ax为横向增量，Z 1 = Zi-i，j-i，- Z Z3 - Z j_1； J+1, Z4 - Z i； j_j, Z5 - Z i；J-, Z6 - Z Z7 - Z i+1； j_j, Z8 - Z i+1，j，Z9 =Zi+1；J+1〇
[0163] 例如：Z3代表的是第i_l行、第j+1列的气象格点数据值，Z7代表的是第i+1行、 第j-1列的气象格点数据值。
[0165] 2)对每一个气象格点数据计算梯度方向0 ^
[0167] 3)用⑶式将0。的计算范围（-90°，90° )映射到（0°，360°)，映射后角度 用V。表不，
[0169] 将（0° ,360° )的角度离散成8个方向，离散后角度用0表示，八邻域近似断面 如表2所示。
[0170]例如：第三行数据映射后角度^在区间[67. 5°，112. 5° ]时，离散后的角度 为-270°，断面穿过的三个点所在的位置分别为第i行、j+1列，第i行、j列，第i行、j+1 列。
[0171] 表2角度的离散化
[0173]4)根据我国温度场中槽线的走向，只需关注离散化后梯度方向为-180°、-135° 和-90°的气象格点数据。
[0174] 402 :对槽线候选特征点进行纠偏、过滤，获取最终的槽线特征点；
[0175] 该步骤具体为：
[0176] 1)对-90°特征点，获取水平剖线范围内的极大值，并建立坐标系；对-180°特征 点，获取竖直剖线范围内的极小值，并建立坐标系；
[0177] 对于-90°特征点，扫描第i行气象格点数据，将每一个气象格点数据作为一个数 据点，查找梯度方向落入[45°，135° ]范围内的第三数据点，过第三数据点做长度为n的 水平剖线；
[0178] 在水平剖线范围内找到气象格点数据的极小值，将极小值数据点j)标记为 水平坐标轴的原点0()，令原点0()右侧为正方向，（imi)代表气象格点数据的位置为第 i() 行，第jQ列；
[0179] 对于-180°特征点，扫描第j列气象格点数据，每一个气象格点数据作为一个数 据点，查找梯度方向落入[0°，45° ]或者[315°，360° ]范围内的第四数据点，过第四 数据点做长度为n的竖直剖线。
[0180] 在竖直剖线范围内找到气象格点数据的极小值，将极小值数据点（ip jj标记 为 竖直坐标轴的原点h，令原点仏下侧为正方向。
[0181] 2)对于-90°特征点、-180°特征点，分别根据温度差值法获取第四插值距离并 判断，分别获取取整后的第四插值距离；
[0182] 3)对于-90°特征点、-180°特征点分别根据等值线分辨率为A V、气象格点数据 值，对取整后的第四插值距离进行重新判断，获取取整后的第五插值距离；
[0183] 4)对于-90°特征点、-180°特征点分别根据取整后的第五插值距离、温度差值 法获取取整后的第六插值距离并判断，分别获取准极值区；
[0184] 5)对于-90°特征点、-180°特征点，分别根据准极值区获取槽宽；
[0185] 其中，上述步骤2)-5)的操作过程，对于-90°特征点的处理参见实施例2中 对-90°特征点的处理，对于-180°特征点的处理参见实施例2中对0°特征点的处理，本 发明实施例对此不作限制。
[0186] 6)对于-90°特征点、-180°特征点，根据槽宽分别获取满足单调递增条件下的 显著性槽的特征点；
[0187] 对于-90°特征点，显著性判断在满足单调递增条件的情况下，将槽线两侧各外扩 d个单位，若：
[0189] 则宽度为S(l的槽是显著性的，保留显著性特征点、舍弃非显著性特征点（根据经 验设定aT= 1. 5°C) ; 4。,九-^^代表的是；[(|行」(|-1'(|- (1列的气象格点数据值，2^。+￡；()+{2代 表的是L行j0+c0+d列的气象格点数据值，
[0190] 对于-180°特征点，显著性判断在满足单调递增条件的情况下，将槽线两侧各外 扩d个单位，若：
[0192] 则宽度为81的槽是显著性的，保留显著性特征点、舍弃非显著性特征点； 代表的是:^行j ^ri-d列的气象格点数据值，Zid+Ci+d代表的是:^行j i+Ci+d 列的气象格点数据值，
[0193] 7)对于-90°特征点、-180°特征点，将槽宽的中心确定为显著性槽的特征点；
[0194] 8)对于-90°特征点、-180°特征点，分别滤除无效的坡峰点；
[0195] 9)对于-135°特征点有条件保留。
[0196] 其中，上述步骤7)-9)的操作过程，对于-90°特征点的处理参见实施例2中 对-90°特征点的处理，对于-180°特征点的处理参见实施例2中对0°特征点的处理，对 于-135°特征点的处理参见实施例2中对45°特征点的处理，本发明实施例对此不作限 制。
[0197] 403:根据最终的槽线特征点，定向搜索形成折线，将不满足条件的槽线删除，获取 筛选后的槽线；
[0198] 1)获取最终的槽线特征点，存入槽线特征点集内，在槽线特征点集内找到未被标 记过的温度值最高点，将温度最高点作为当前点并作标记；
[0199]2)从当前点出发，根据其梯度方向确定搜索范围（3+Ax) X (3+Ay)，则x正方向 为水平向上，y正方向为水平向右，根据槽线上已标记点的主流方向确定Ax和Ay。
[0200] 即：-90°特征点时Ax不取值Ay取值，-180°特征点时Ax取值Ay不取 值，-135°特征点时A x不取值A y不取值；
[0201] 例如：_90。特征点时，Ax = 0，Ay = 2 ;_180° 特征点时，Ax = 2，Ay = 〇;
[0202] 3)重复步骤2)，直到搜索范围内未标记点为空；
[0203] 4)重复步骤1)_2)将连续搜索到的槽线特征点顺序连线，并记录起点％和终点 Q2,计算槽线长度L 2= IIQ「Q2II ;
[0204]5)遍历槽线，若某条槽线的终点和另一条槽线的起点距离小于等于A2(本实验 中取值为3,具体实现时，根据实际应用中的需要进行设定，本发明实施例对此不做限制）， 且两者走向基本一致，则首尾相接，合并成一条新的槽线；
[0205] 6)遍历各条槽线，若L2〈3,则表明此槽线强度较弱，删除此槽线。
[0206] 其中，步骤3)-6)的操作过程，参见实施例2,本发明实施例对此不作限制。
[0207] 404 :对筛选后的槽线，进行光滑中轴处理，获取最终光滑的槽线。
[0208] 其中，该步骤的具体操作过程参见实施例2,本发明实施例对此不做赘述。
[0209] 高度场中槽线特征点的识别以及自动绘制与温度场中槽线特征点的识别以及自 动绘制相同。对高度场的绘制参见上述步骤，本发明实施例对此不做赘述。
[0210] 实施例5
[0211] 下面以具体的测试来验证本发明实施例提供的一种用于槽脊线的特征点提取及 自动绘制的方法的可行性，测试样本由中国天津气象局提供，详见下文描述：
[0212] 图6为本发明提供的测试效果图，即最后形成的光滑的脊线图，在此图中真实的 暖脊条数为4条，正确自动绘制暖脊条数4条，误识暖脊条数0条，漏识暖脊条数0条，依照 这种统计方法对89个等温线图的样本进行统计，其中测试结果在表3中得到了展示。
[0213] 表3对本文算法的测试结果
[0215] 表2是对89组样本检验后的统计结果。可以看出，针对测试样本，本方法的槽脊 线击中率高达97. 25%，凡击中的槽脊线，在一定程度上比人工分析更精细，且方便提供量 化参数。
[0216] 本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例 序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
[0217] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和 原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
[0218] 参考文献
[0219] 1陈楠，王钦敏，汤国安.2007.基于DEM的坡向提取算法对比分析[J].遥感信 息，16(01) : 70-75。
【主权项】
1. 一种用于脊线的特征点提取及自动绘制的方法，其特征在于，所述方法包括以下步 骤： 根据温度/高度场中脊线的走向，将离散化后梯度方向为0°、45°和90°的气象格点 数据分别作为脊线候选特征点； 对所述脊线候选特征点进行纠偏、过滤，获取最终的脊线特征点； 根据所述最终的脊线特征点，定向搜索形成折线，将不满足脊线条件的折线删除，获取 筛选后用折线表示的脊线； 对筛选后的脊线进行光滑中轴处理，获取最终光滑的脊线。2. 根据权利要求1所述的一种用于脊线的特征点提取及自动绘制的方法，其特征在 于，对所述脊线候选特征点进行纠偏、过滤，获取最终的脊线特征点的步骤具体为： 对于90°特征点、0°特征点分别根据等值线分辨率为AV、气象格点数据值，对取整 后的第一插值距离进行重新判断，获取取整后的第二插值距离； 对于90°特征点、0°特征点分别根据取整后的第二插值距离、温度/高度差值法获取 取整后的第三插值距离并判断，分别获取准极值区； 对于90°特征点、0°特征点，分别根据准极值区获取脊宽，根据脊宽分别获取满足单 调递减条件下的显著性脊的特征点； 对于90°特征点、0°特征点，将脊宽的中心确定为显著性脊的特征点； 对于90°特征点、0°特征点，分别滤除无效的坡峰点；对于45°特征点有条件保留。3. 根据权利要求1所述的一种用于脊线的特征点提取及自动绘制的方法，其特征在 于，对筛选后的脊线进行光滑中轴处理，获取最终光滑的脊线的步骤具体为： 基于最小二乘设计思想，对脊线上的特征点进行顺势连接，获取均匀地穿过离散数据 点的中轴折线，再用二次B样条对中轴折线做进一步平滑处理，得到光滑的脊线。4. 一种用于槽线的特征点提取及自动绘制的方法，其特征在于，所述方法包括以下步 骤： 根据温度/高度场中槽线的走向，将离散化后梯度方向为-180°、_135°和-90°的气 象格点数据分别作为槽线候选特征点； 分别对所述槽线候选特征点进行纠偏、过滤，获取最终的槽线特征点； 根据所述最终的槽线特征点分别定向搜索形成折线，将不满足槽线条件的折线删除， 获取筛选后用折线表示的槽线； 对筛选后的槽线进行光滑中轴处理，获取最终光滑的槽线。5. 根据权利要求4所述的一种用于槽线的特征点提取及自动绘制的方法，其特征在 于，所述分别对所述槽线候选特征点进行纠偏、过滤，获取最终的槽线特征点的步骤具体 为： 对于-90°特征点、-180°特征点分别根据等值线分辨率为AV、气象格点数据值，对 取整后的第四插值距离进行重新判断，获取取整后的第五插值距离； 对于-90°特征点、-180°特征点分别根据取整后的第五插值距离、温度/高度差值法 获取取整后的第六插值距离并判断，分别获取准极值区； 对于-90°特征点、-180°特征点，分别根据准极值区获取槽宽，根据槽宽分别获取满 足单调递增条件下的显著性槽的特征点； 对于-90°特征点、-180°特征点，分别滤除无效的坡峰点；对于-135°特征点有条件 保留。6.根据权利要求4所述的一种用于槽线的特征点提取及自动绘制的方法，其特征在 于，所述对筛选后的槽线进行光滑中轴处理，获取最终光滑的槽线的步骤具体为： 基于最小二乘设计思想，对槽线上的特征点进行顺势连接，获取均匀地穿过离散数据 点的中轴折线，再用二次B样条对中轴折线做进一步平滑处理，得到光滑的槽线。
【专利摘要】本发明公开了一种用于槽脊线的特征点提取及自动绘制的方法，包括以下步骤：根据温度/高度场中槽脊线的走向，将离散化后梯度方向为0°、45°和90°的气象格点数据作为脊线候选特征点，将离散化后梯度方向为-180°、-135°和-90°的气象格点数据作为槽线候选特征点；对脊线候选特征点、槽线候选特征点进行纠偏、过滤，获取最终的脊线特征点、槽线特征点；根据最终的脊线特征点，槽线特征点定向搜索形成折线，将不满足条件的脊线、槽线删除，获取筛选后的脊线、槽线；对筛选后的脊线、槽线进行光滑中轴处理，获取最终光滑的脊线、槽线。本发明实现了槽脊线的自动检测，有助于对天气灾害的预报，减少经济损失和人员。
【IPC分类】G06T5/00, G01W1/10, G06K9/46
【公开号】CN104898186
【申请号】CN201510319714
【发明人】王萍, 王苹苹, 闫春遐
【申请人】天津大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月9日
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