降水云团动态检测算法研究

论文摘要

中小尺度的强对流天气常常会伴随着强降水和洪涝灾害的产生,威胁着人民群众的人身健康和财产安全。监测降水天气,进行有效的预报可以为抗洪抢灾争取时间。目前的研究中,多是使用多普勒天气雷达监测降水云团。多普勒天气雷达造价昂贵、体积大、选址基建等较为复杂,难以实现广泛地安装。X波段船舶导航雷达虽然监测范围不如多普勒天气雷达,但可以在百公里范围内监测到降水云团动态。与多普勒天气雷达相比船舶导航雷达价格低廉、体积小,可以小范围密集布设监测降水云团动态。由于船舶导航雷达的这些特点,利用船舶导航雷达代替多普勒天气雷达跟踪降水云团这一课题具有很好的研究价值。本文主要研究如何利用船舶导航雷达及计算机视觉中的理论方法,实现对降水云团的检测和跟踪。本文研究主要分以下几个部分。(1)雷达图像处理。研究了图像形态学处理方法,用于降水云团检测后的细小孤立点处理。去除了雷达图像近程静态强回波并在回波图像上叠加地理信息。(2)降水云团的识别。研究了经典的目标检测算法(光流法、帧间差分法、背景减除法)。比较分析了三种检测算法在降水云团检测效果的优劣。在背景减除法的基础上重点研究了混合高斯背景建模算法。实验分析了混合高斯背景建模算法效果。(3)降水云团的跟踪。研究了常见的目标跟踪算法(基于模型的跟踪算法、基于轮廓的跟踪算法、基于区域的跟踪算法、基于特征的跟踪算法)。分析了四种跟踪算法在降水云团跟踪的适用性。在基于特征匹配的跟踪算法的基础上,结合降水云团目标的特点,采用面积和矩不变量作为跟踪的特征量。实验分析了降水云团跟踪效果。(4)在本文识别和跟踪算法的基础上,根据实验需求完成了船舶导航雷达降水云团检测与跟踪软件。软件设计了雷达视频读取模块、降水云团检测模块、降水云团跟踪模块,实现了视频路径选择与显示功能、雷达原始视频显示功能、降水云团检测显示功能、降水云团动态面积范围显示功能、降水云团跟踪轨迹显示功能、视频播放暂停与结束功能。根据模块功能设计了软件界面。

论文目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 研究的背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 降水云团检测与跟踪的技术难点

1.4 论文结构安排和主要内容

1.4.1 主要研究内容

1.4.2 结构安排

2 雷达图像采集和处理

2.1 雷达图像采集与分析

2.1.1 雷达图像采集流程

2.1.2 采集平台主要设备

2.1.3 方位对标

2.2 雷达回波图像处理

2.2.1 形态学处理

2.2.2 去除近程静态强回波

2.2.3 地理信息底图叠加

2.3 本章小结

3 降水云团检测技术

3.1 降水云团检测算法分析

3.1.1 光流法

3.1.2 帧间差分法

3.1.3 背景减除法

3.2 降水云团检测算法比较

3.3 背景建模算法

3.3.1 单高斯背景模型

3.3.2 混合高斯背景模型

3.4 实验与结果分析

3.5 本章小结

4 降水云团跟踪技术

4.1 降水云团的跟踪算法分析

4.1.1 基于模型的跟踪方法

4.1.2 基于轮廓的跟踪方法

4.1.3 基于目标区域的跟踪方法

4.1.4 基于特征的跟踪方法

4.2 降水云团跟踪算法

4.2.1 跟踪算法的选取

4.2.2 跟踪特征的选取

4.3 降水云团跟踪算法流程

4.4 实验与结果分析

4.5 本章小结

5 软件系统的设计及实现

5.1 软件的整体框架

5.2 软件流程设计

5.3 系统环境

5.4 软件界面设计

5.5 软件模块设计

5.5.1 雷达视频读取模块

5.5.2 降水云团检测模块

5.5.3 降水云团跟踪模块

5.6 本章小结

结论

总结

后续研究工作与展望

参考文献

致谢

作者简历及攻读硕士学位期间的科研成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 马春野

导师: 陈晓楠,韩冰

关键词: 船舶导航雷达,测雨,混合高斯模型,特征匹配

来源: 大连海事大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 气象学,电信技术

单位: 大连海事大学

分类号: TN957.52;P426.5

DOI: 10.26989/d.cnki.gdlhu.2019.000751

总页数: 71

文件大小: 7390K

下载量: 10

降水云团动态检测算法研究

论文摘要

论文目录

文章来源

相关论文文献

猜你喜欢