论文题目: 基于雷达回波反射率图的冰雹识别系统的研究
论文类型: 硕士论文
论文专业: 模式识别与智能系统
作者: 杨玉峰
导师: 路志英
关键词: 多普勒雷达,冰雹识别,钩状回波,反射率因子,形态学,边缘检测
文献来源: 天津大学
发表年度: 2005
论文摘要: 本文工作是“冰雹云自动识别预警系统的研究“这一项目的重要组成部分,该项目为实验室与天津市气象局合作。冰雹是气象灾害的主要灾害之一。冰雹云发生发展具有突发性,移动迅速,生命史短等特点,这些特点使人工预报冰雹非常困难。因此基于多普勒雷达的冰雹云的自动识别的研究成为强对流天气跟踪监测的重点,并受到有关部门的高度重视。从目前的资料看,基于图像的冰雹预报的研究正处于探索阶段,因此本课题具有很高的研究价值和现实意义。本文主要从冰雹云的统计特征(即基本反射率因子)、形态特征(钩状回波)两个方面进行识别。下面描述一下两个方面所做的工作。⑴在统计特征方面,首先从回波反射率因子大小方面入手,根据彩色图像的色彩原理对初始的回波反射率图进行滤波,并采用了边缘检测方法提取出了原图(基本反射率因子图)中的可能产生冰雹的云团。在选择形态学算子的过程中,借鉴冰雹云多呈椭圆形的经验,选择了椭圆形的算子,很好地实现了冰雹云团的提取。⑵在第一步的基础上,根据预报员预报的经验(即雹云的径向梯度一般比较大)以及雷达识别冰雹云与暴雨的方法,创新地提出了雹云密度这一概念,即在图像上检测云团的密度。利用云团密度概念能较好的区分冰雹云与暴雨云。实验结果表明算法在一定程度上实现了冰雹云的识别,也符合预报员的经验。⑶在上一步检测到冰雹云的基础上,对其进行Hough直线检测,以及直线交点检测,以识别其钩状特征。试验结果表明,算法能检测出比较明显的钩状回波。对一些不太明显的钩状回波则通过检测是否存在反射率因子超过60dBZ的回波来确定其中心位置。综上所述,本文工作为冰雹云的识别、定位,以及下一步构建系统知识库等做出重要贡献。
论文目录:
中文摘要
ABSTRACT
第一章 概述
1.1 智能系统在气象中的应用与研究现状
1.2 冰雹识别的研究现状
1.3 天气雷达的发展简史及应用概况
1.3.1 雷达发展简史
1.3.2 雷达在国内的应用概况
1.4 课题目标和意义
1.4.1 课题意义
1.4.2 本课题目标
1.4.3 本文的主要内容
第二章 理论基础与方法
2.1 气象雷达的组成及工作原理
2.1.1 气象雷达的组成部分
2.1.2 天气雷达的工作原理
2.1.3 天气雷达探测气象目标的基本原理
2.2 模式识别
2.3 计算机视觉
2.3.1 计算机视觉简介
2.3.2 图像分割
2.4 数学形态学
第三章 多普勒雷达探测冰雹原理
3.1 多普勒雷达组成及探测原理
3.1.1 WSR-88D多普勒雷达组成
3.1.2 多普勒雷达回波的识别与分析
3.2 多普勒雷达探测冰雹云
3.2.1 冰雹的环境特征
3.2.2 冰雹的雷达回波特征
第四章 冰雹云特征的识别
4.1 回波反射率图的获取及预处理
4.1.1 GIF格式转换为BMP格式
4.1.2 图像裁减
4.2 基于回波反射率大小的滤波
4.2.1 RGB色彩空间
4.2.2 图像滤波
4.3 基于数学形态学的过滤处理
4.3.1 图像二值化
4.3.2 二值形态学及其基本运算
4.3.3 基于形态学算子的图像处理
4.4 边缘检测
4.4.1 边缘与边缘检测
4.4.2 Canny算子
4.4.3 对处理后的基本反射率图进行边缘检测
4.5 云团平均密度的计算
4.6 钩状回波的识别
4.6.1 Hough变换
4.6.2 基于Hough变换的钩状回波的识别
4.7 本章小结
第五章 系统集成、总结与展望
5.1 系统集成
5.1.1 面向对象技术
5.1.2 系统的总体框架
5.2 本文工作总结
5.3 设想与展望
参考文献
发表论文和参加科研情况
致谢
发布时间: 2007-04-17
参考文献
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