基于衛(wèi)星圖像的臺(tái)風(fēng)檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于氣象預(yù)測(cè)的技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種基于衛(wèi)星圖像的臺(tái)風(fēng)檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 嚴(yán)格的說(shuō)，臺(tái)風(fēng)是熱帶氣旋的一種強(qiáng)度，表1為熱帶氣旋按照其強(qiáng)度的分類，
[0003] 表 1
[0004]
[000引 由表1可W看出，當(dāng)熱帶氣旋的中屯、風(fēng)力持續(xù)達(dá)到12-13級(jí)，底層中屯、風(fēng)速為32. 7 米-41. 4米時(shí)，在氣象學(xué)上稱其為臺(tái)風(fēng)。但通常也將不同強(qiáng)度的熱帶氣旋統(tǒng)稱為臺(tái)風(fēng)，本技 術(shù)方案中的臺(tái)風(fēng)即指不同強(qiáng)度的熱帶氣旋。
[0006] 在全世界，有兩個(gè)臺(tái)風(fēng)成長(zhǎng)中心分別位于西太平洋和大西洋，我國(guó)位于西太平洋 西側(cè)，該里是全球臺(tái)風(fēng)發(fā)生數(shù)量最多，強(qiáng)度最強(qiáng)的一個(gè)海區(qū)，全球有約36%W上的臺(tái)風(fēng)都集 中于此。我國(guó)每年平均受到9~10個(gè)臺(tái)風(fēng)的襲擊，居世界首位，是世界上受臺(tái)風(fēng)危害最為 嚴(yán)重的國(guó)家之一。臺(tái)風(fēng)已對(duì)我國(guó)東南沿海省市的人民生命和財(cái)產(chǎn)安全造成嚴(yán)重威脅，對(duì)工 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和交通運(yùn)輸造成巨大損失。
[0007] 對(duì)臺(tái)風(fēng)路徑進(jìn)行準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)可W使我國(guó)東南沿海省市提前預(yù)防臺(tái)風(fēng)的到來(lái)，W減 少因臺(tái)風(fēng)導(dǎo)致的損失。對(duì)臺(tái)風(fēng)中屯、的準(zhǔn)確定位是準(zhǔn)確預(yù)報(bào)臺(tái)風(fēng)路徑的前提條件，而檢測(cè)是 否有臺(tái)風(fēng)存在又是進(jìn)行臺(tái)風(fēng)中屯、定位的前提條件。
[000引由于臺(tái)風(fēng)在其活動(dòng)期間途經(jīng)廣泛的海域，在海上傳統(tǒng)的觀測(cè)設(shè)備稀缺，因此衛(wèi)星 成為估計(jì)臺(tái)風(fēng)位置和強(qiáng)度的主要手段，它能提供其他直接測(cè)量手段無(wú)法設(shè)及的廣闊海域的 遙感圖像，并能監(jiān)測(cè)臺(tái)風(fēng)從生成到消亡的全過(guò)程。因此，如何檢測(cè)出衛(wèi)星圖像中的臺(tái)風(fēng)區(qū) 域，對(duì)于臺(tái)風(fēng)的預(yù)報(bào)和分析具有十分重要的意義。
[0009] 衛(wèi)星圖像中的臺(tái)風(fēng)有W下幾個(gè)特點(diǎn)；首先，臺(tái)風(fēng)的尺度不同，大的臺(tái)風(fēng)直徑可W達(dá) 到1200千米，小的直徑可能不到400千米，他們反映在衛(wèi)星圖像上的尺寸不同；其次，臺(tái)風(fēng) 形態(tài)各異，不同的臺(tái)風(fēng)具有不同的形態(tài)，即使同一個(gè)臺(tái)風(fēng)在不同的發(fā)展時(shí)期也具有不同的 形態(tài)；最后，臺(tái)風(fēng)識(shí)別困難，對(duì)于一張行人的圖像，即使只看到鼻子或者眼睛，也可w判別是 人臉的一部分，而在臺(tái)風(fēng)的初生期和消亡期，很難在單張衛(wèi)星圖像上找出強(qiáng)度很弱的臺(tái)風(fēng)。
[0010] 目前檢測(cè)衛(wèi)星圖像上是否有臺(tái)風(fēng)云系主要還是靠人工的方法，需要?dú)庀蠊ぷ魅藛T 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一張一張地分析衛(wèi)星圖像上是否有臺(tái)風(fēng)云系，且檢測(cè)新臺(tái)風(fēng)的生成則需要?dú)庀髮?家對(duì)連續(xù)幾天的衛(wèi)星圖像進(jìn)行分析才能得出結(jié)論，分析過(guò)程繁瑣、費(fèi)時(shí)費(fèi)力。如果能在衛(wèi)星 圖像上自動(dòng)檢測(cè)出臺(tái)風(fēng)云系，對(duì)于簡(jiǎn)化檢測(cè)臺(tái)風(fēng)的過(guò)程、減少氣象工作人員的工作量、提早 進(jìn)行臺(tái)風(fēng)分析和準(zhǔn)確預(yù)報(bào)臺(tái)風(fēng)路徑具有十分重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 為了解決目前檢測(cè)衛(wèi)星圖像上是否有臺(tái)風(fēng)云系的方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力的問(wèn)題，本發(fā)明提 出一種基于衛(wèi)星圖像的臺(tái)風(fēng)檢測(cè)方法，W能在衛(wèi)星圖像上自動(dòng)檢測(cè)出臺(tái)風(fēng)云系，達(dá)到簡(jiǎn)化 檢測(cè)臺(tái)風(fēng)的過(guò)程、減少氣象工作人員的工作量和準(zhǔn)確預(yù)報(bào)臺(tái)風(fēng)路徑的目的。
[0012] 本發(fā)明基于衛(wèi)星圖像的臺(tái)風(fēng)檢測(cè)方法包括W下步驟：
[001引一、訓(xùn)練階段
[0014] (1)W在衛(wèi)星圖像上選取的有臺(tái)風(fēng)的圖片區(qū)域作為正樣本，提取該正樣本的化g 特征；
[0015] (2)W在衛(wèi)星圖像上選取的無(wú)臺(tái)風(fēng)的圖片區(qū)域作為負(fù)樣本，提取該負(fù)樣本的化g 特征；
[0016] (3)支持向量機(jī)根據(jù)所述正樣本的化g特征和所述負(fù)樣本的化g特征進(jìn)行訓(xùn)練，W 生成能夠根據(jù)化g特征判斷區(qū)分正樣本和負(fù)樣本的模板；
[0017] 二、臺(tái)風(fēng)檢測(cè)階段
[001引 （1)輸入待檢測(cè)的衛(wèi)星圖像；
[0019] (2)對(duì)所述待檢測(cè)的衛(wèi)星圖像進(jìn)行尺度縮放；
[0020] (3)提取所述待檢測(cè)的衛(wèi)星圖像的化g特征；
[0021] (4)將所述支持向量機(jī)訓(xùn)練出來(lái)的模板與所述待檢測(cè)的衛(wèi)星圖像的化g特征進(jìn)行 對(duì)比，當(dāng)所述待檢測(cè)的衛(wèi)星圖像的化g特征與所述正樣本的化g特征一致時(shí)，則所述待檢測(cè) 的衛(wèi)星圖像中有臺(tái)風(fēng)云系；當(dāng)所述待檢測(cè)的衛(wèi)星圖像的化g特征與所述負(fù)樣本的化g特征 一致時(shí)，則所述待檢測(cè)的衛(wèi)星圖像中沒(méi)有臺(tái)風(fēng)云系。
[0022] 所述臺(tái)風(fēng)檢測(cè)階段的步驟（1)還包括：檢查待檢測(cè)的衛(wèi)星圖像中是否丟失掃描 線，當(dāng)待檢測(cè)的衛(wèi)星圖像中丟失一條掃描線時(shí)，通過(guò)該丟失的掃描線前后的掃描線的均值 進(jìn)行彌補(bǔ)。
[0023] 所述訓(xùn)練階段的步驟（1)和步驟（2)中，所述正樣本和所述負(fù)樣本的大小均為 320*320 像素。
[0024]所述訓(xùn)練階段的步驟（1)、步驟（2)和所述臺(tái)風(fēng)檢測(cè)階段的步驟（3)中提取化g特 征時(shí)，窗口的大小為320*320像素。
[0025]所述訓(xùn)練階段的步驟（1)、步驟（2)和所述臺(tái)風(fēng)檢測(cè)階段的步驟（3)中提取化g特 征時(shí)，塊的邊長(zhǎng)為細(xì)胞單元邊長(zhǎng)的2倍。
[0026]所述訓(xùn)練階段的步驟（1)、步驟（2)和所述臺(tái)風(fēng)檢測(cè)階段的步驟（3)中提取化g特 征時(shí)，衛(wèi)星圖像的分辨率為16千米。
[0027] 所述訓(xùn)練階段的步驟（1)、步驟（2)和所述臺(tái)風(fēng)檢測(cè)階段的步驟（3)中提取化g特 征時(shí)，塊的邊長(zhǎng)為窗口邊長(zhǎng)的五分之一。
[002引所述訓(xùn)練階段的步驟（1)、步驟（2)和所述臺(tái)風(fēng)檢測(cè)階段的步驟（3)中提取化g特 征時(shí)，滑動(dòng)步長(zhǎng)等于細(xì)胞單元的邊長(zhǎng)。
[0029] 本發(fā)明基于衛(wèi)星圖像的臺(tái)風(fēng)檢測(cè)方法具有如下的有益效果：
[0030] 使用本發(fā)明基于衛(wèi)星圖像的臺(tái)風(fēng)檢測(cè)方法檢測(cè)衛(wèi)星圖像上是否有臺(tái)風(fēng)云系時(shí)，只 需輸入待檢測(cè)的衛(wèi)星圖像，本發(fā)明對(duì)待檢測(cè)的衛(wèi)星進(jìn)行檢測(cè)，W從整幅衛(wèi)星圖像中快速準(zhǔn) 確的檢測(cè)出是否有臺(tái)風(fēng)云系，如果有臺(tái)風(fēng)云系，則分割出有臺(tái)風(fēng)云系的圖片區(qū)域，整個(gè)檢測(cè) 的過(guò)程為自動(dòng)運(yùn)行，很大程度上減少了氣象工作人員從大量的衛(wèi)星云圖上尋找臺(tái)風(fēng)的勞動(dòng) 強(qiáng)度，增加了工作效率，有利于盡早發(fā)現(xiàn)可能影響我國(guó)和其它地區(qū)的臺(tái)風(fēng)。本發(fā)明基于衛(wèi) 星圖像的臺(tái)風(fēng)檢測(cè)方法能夠自動(dòng)檢測(cè)出衛(wèi)星圖像中是否有臺(tái)風(fēng)云系，簡(jiǎn)化了檢測(cè)臺(tái)風(fēng)的過(guò) 程、減少了氣象工作人員的工作量，對(duì)于提早進(jìn)行臺(tái)風(fēng)分析和準(zhǔn)確預(yù)報(bào)臺(tái)風(fēng)路徑具有十分 重要的意義。
【附圖說(shuō)明】
[0031] 圖1為提取衛(wèi)星圖像的化g特征的原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 下面結(jié)合附圖介紹本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0033] 本發(fā)明基于衛(wèi)星圖像的臺(tái)風(fēng)檢測(cè)方法包括W下步驟：
[0034] 一、訓(xùn)練階段
[0035] (1)W在衛(wèi)星圖像上選取的有臺(tái)風(fēng)的圖片區(qū)域作為正樣本，提取該正樣本的梯度 方向直方圖化istogramofOrientedGradients,W下簡(jiǎn)稱化g)特征；
[0036] (2)W在衛(wèi)星圖像上選取的無(wú)臺(tái)風(fēng)的圖片區(qū)域作為負(fù)樣本，提取該負(fù)樣本的化g 特征；
[0037] (3)支持向量機(jī)（SuppcxrtVectorMachine,W下簡(jiǎn)稱SVM)根據(jù)所述正樣本的化g 特征和所述負(fù)樣本的化g特征進(jìn)行訓(xùn)練，W生成能夠根據(jù)化g特征判斷區(qū)分正樣本和負(fù)樣 本的模板；
[00測(cè)二、臺(tái)風(fēng)檢測(cè)階段
[0039] (1)檢測(cè)待檢測(cè)的衛(wèi)星圖像中是否有丟掃描線的情況；
[0040] (2)輸入待檢測(cè)的衛(wèi)星圖像；
[0041] (3)對(duì)待檢測(cè)的衛(wèi)星圖像進(jìn)行尺度縮放；
[0042] (4)提取待檢測(cè)的衛(wèi)星圖像的化g特征；
[0043] (5)將支持向量機(jī)訓(xùn)練出來(lái)的模板與待檢測(cè)的衛(wèi)星圖像的化g特征進(jìn)行對(duì)比，當(dāng) 所述待檢測(cè)的衛(wèi)星圖像的化g特征與所述正樣本的化g特征一致時(shí)，則所述待檢測(cè)的衛(wèi)星 圖像中有臺(tái)風(fēng)云系；當(dāng)所述待檢測(cè)的衛(wèi)星圖像的化g特征與所述負(fù)樣本的化g特征一致時(shí)， 則所述待檢測(cè)的衛(wèi)星圖像中沒(méi)有臺(tái)風(fēng)云系。
[0044] 下面詳細(xì)介紹本發(fā)明基于衛(wèi)星圖像的臺(tái)風(fēng)檢測(cè)方法。
[0045] 一、訓(xùn)練階段
[0046] (1)W在衛(wèi)星圖像上選取的有臺(tái)風(fēng)的圖片區(qū)域作為正樣本，提取該正樣本的化g 特征；
[0047] 本步驟中的衛(wèi)星圖像可W是往年有臺(tái)風(fēng)定位信息的衛(wèi)星圖像，在該衛(wèi)星圖像上W 臺(tái)風(fēng)中屯、為中心選取大小為320*320像素的圖片區(qū)域，m亥圖片區(qū)域作為正樣本。因?yàn)樗?使用的衛(wèi)星圖像的分辨率最高為4千米，臺(tái)風(fēng)的最大直徑在1000千米左右，大小為320*320 像素的圖片區(qū)域已能夠覆蓋整個(gè)臺(tái)風(fēng)云系。提取化g特征的方法下面會(huì)有描述。
[0048] (2)W在衛(wèi)星圖像上選取的無(wú)臺(tái)風(fēng)的圖片區(qū)域作為負(fù)樣本，提取該負(fù)樣本的化g 特征；
[0049] 本步驟中使用的衛(wèi)星圖像可W與步驟（2)中的衛(wèi)星圖像相同，但本步驟是在衛(wèi)星 圖像中選取無(wú)臺(tái)風(fēng)的圖片區(qū)域作為負(fù)樣本，負(fù)樣本的大小也為320*320像素。提取化g特 征的方法下面會(huì)有描述。
[0050] (3)支持向量機(jī)根據(jù)正樣本的化g特征和負(fù)樣本的化g特征進(jìn)行訓(xùn)練，W生成能夠 根據(jù)Hog特征判斷區(qū)分正樣本和負(fù)樣本的模板。
[0化1] 二、臺(tái)風(fēng)檢測(cè)階段
[0化2] (1)檢測(cè)待檢測(cè)的衛(wèi)星圖像中是否有丟掃描線的情況，對(duì)于丟一條掃描線的衛(wèi)星 圖像，可W通過(guò)丟失的掃描線的位置前后的掃描線的均值進(jìn)行彌補(bǔ)，對(duì)于丟多條掃描線的 衛(wèi)星圖像由于缺少數(shù)據(jù)而不能夠進(jìn)行臺(tái)風(fēng)檢測(cè)。檢測(cè)衛(wèi)星圖像是否有掃描線丟失可W通過(guò) 檢測(cè)衛(wèi)星圖像中是否有整行的0或者255的極值點(diǎn)，因?yàn)檎Ｐl(wèi)星圖像的亮溫范圍不會(huì)達(dá) 到極值，整行的極值點(diǎn)一定是由于丟線造成的；
[0053] (2)輸入待檢測(cè)的衛(wèi)星圖像；
[0054] (3)對(duì)待檢測(cè)的衛(wèi)星圖像進(jìn)行尺度縮放，W調(diào)整衛(wèi)星圖像的分辨率，衛(wèi)星圖像的分 辨率可W是4千米、8千米、16千米、32千米和64千米，優(yōu)選地，將待檢測(cè)衛(wèi)星圖像的分辨率 調(diào)整為16千米；
[0055] (4)提取待檢測(cè)的衛(wèi)星圖像的化g特征；
[0化6] 提取化g特征時(shí)，先固定一個(gè)大小為320*320像素的窗口，提取該窗口的化g特 征，然后該窗口在待檢測(cè)的衛(wèi)星圖像上滑動(dòng)，W遍歷整個(gè)待檢測(cè)的衛(wèi)星圖像，該樣得到多個(gè) 窗口，分別提取每個(gè)窗口的化g特征。
[0057]如圖1所示，提取每個(gè)窗口 10的特征時(shí)，