基于峰度與角二階矩的冰雹預測方法
【專利摘要】基于峰度與角二階矩的冰雹預測技術屬于統(tǒng)計學領域，尤其屬于圖像分析領域。現(xiàn)有對雹云的預測往往是依賴于經(jīng)驗進行判別，這樣的方法存在很多不足。為了克服現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明公開：一種預測冰雹的方法，其特征是，所述的方法包括以下步驟：第一步，利用云圖獲得dBZ，第二步，把RGB圖像轉化為灰度圖像，第三步，灰度圖像的反射率分成15個量級，第四步，計算每個量級的比重，第五步，計算出每個量級的峰度x1、角二階矩x2，第六步，利用公式：y＝6.52713·x1+28.63802·x2y0＝1.16108故有若：y＞y0,則X∈G1，否則X∈G2，G1為降雹云集合，G2為無雹云集合。本發(fā)明可以預測雹云。
【專利說明】
基于峰度與角二階矩的冰雹預測方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明屬于統(tǒng)計學領域，尤其屬于圖像分析領域。
【背景技術】
[0002] 冰雹作為一種強對流天氣，其特點是空間尺度小、生命史短、突發(fā)性強、發(fā)展演變 迅速，其預報難度是眾所周知的。經(jīng)過"十五"、"十一五"的發(fā)展和建設，新疆氣象防雹技術 水平有了很大提升，但與國民經(jīng)濟和社會發(fā)展日益增長的需求相比，仍然存在一定不足，主 要表現(xiàn)為:冰雹天氣預測的準確率和精細化水平有待提高，特別是對局部冰雹天氣的臨近 (0~3小時）和短時（3~12小時)預報能力亟待增強。"十三五"期間是新疆社會穩(wěn)定和經(jīng)濟 發(fā)展的關鍵時期，迫切需要對新疆冰雹天氣提供更為精細化的監(jiān)測和預報。而對雹云識別 業(yè)務基礎主要來源于天氣雷達，實時觀測對流云團的雷達圖像，圖像涵蓋了云團生命發(fā)展 變化的信息，通過對該云團的雷達圖像進行實時處理，提前預測到該云團是否降雹對于防 雹減災有重要意義。
[0003] 現(xiàn)有對雹云的預測往往是依賴于經(jīng)驗進行判別，這樣的方法存在很多不足。

【發(fā)明內容】

[0004] 為了克服現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明公開：
[0005] 1，基于峰度與角二階矩的冰雹預測方法，其特征是，所述的方法包括以下步驟：
[0006] 第一步，采集雷達RGB云圖，利用云圖獲得dBZ，
[0007] 第二步，把第一步所得的RGB圖像轉化為灰度圖像，
[0008] 第三步，把第二步所得的灰度圖像的反射率分成15個量級，
[0009] 第四步，計算出每個量級在圖像中的比重，
[0010] 第五步，計算出每個量級的峰度xl、角二階矩x2，
[0011] 第六步，把第五步所得的峰度xl、角二階矩x2代入公式：
[0012] y = 6.52713 · χι+28.63802 · x2
[0013]故有若:y>y。則XeGi，否則XGGhGd降雹云集合，G2為無雹云集合。
[0014] 2,其特征是:所述 yQ=l. 16108。
[0015] 3,其特征是:還包括：
[0016] 利用公式：
[0018]得到 y〇。
[0019 ] 降雹云集合G1中的平均值，y(2)降雹云集合G2中的平均值，η 1為降雹云集合G1中 的元素個數(shù)，η2為無雹云集合G2中的元素個數(shù)。
[0020]反射率按照5為單位分開，(^2值81對應的灰度值計算為S1-2.5到81+2.5的灰度平 均值。
[0021 ] 4，其特征是:所述的反射率、量級、RGB值、灰度值對應的關系為：
[0022] 反射率為:-5,對應的量級為：1，對應的RGB值為:-201，201，201，對應的灰度值為： 201；
[0023] 反射率為:0，對應的量級為：2，對應的RGB值為:-118，118，118，對應的灰度值為： 118；
[0024] 反射率為:5，對應的量級為:3，對應的RGB值為:-255，170，170，對應的灰度值為： 196；
[0025] 反射率為：10，對應的量級為:4，對應的RGB值為:-238，140，140，對應的灰度值為： 170；
[0026] 反射率為：15，對應的量級為:5，對應的RGB值為:-201，112，112，對應的灰度值為： 139；
[0027] 反射率為：20，對應的量級為：6，對應的RGB值為：0，251，144，對應的灰度值為： 164；
[0028] 反射率為:25，對應的量級為:7，對應的RGB值為:0，187，0，對應的灰度值為：110; [0029] 反射率為:30，對應的量級為:8，對應的RGB值為:-255，255，112，對應的灰度值為： 239；
[0030] 反射率為：35，對應的量級為：9，對應的RGB值為：208，208，96，對應的灰度值為： 195；
[0031] 反射率為:40，對應的量級為：10，對應的RGB值為：255，96，96，對應的灰度值為： 144；
[0032] 反射率為:45，對應的量級為:11，對應的RGB值為:218，0，0，對應的灰度值為:65; [0033] 反射率為:50，對應的量級為12，對應的RGB值為：174，0，0，對應的灰度值為:52; [0034] 反射率為:55，對應的量級為：13，對應的RGB值為:0，0，255，對應的灰度值為:29; [0035] 反射率為:60，對應的量級為：14，對應的RGB值為:-160，255，255，對應的灰度值 為:227;
[0036] 反射率為：65，對應的量級為：15，對應的RGB值為：231，0，255，對應的灰度值為： 98 〇
[0037] 5,其特征是：由RGB與灰度值的換算關系式
[0038] Gray = R X 0.2999+G X 0.587+B X 0.114
[0039] 獲得對應的灰度值。該方法可以提高雹云預報的準確率，降低誤報率。有效的提高 了識別雹云圖像準確率，為冰雹預報提供參考。
【具體實施方式】：
[0040] 1強度統(tǒng)計
[0041] 雷達反射率圖像是基于RGB彩色空間的，以基本反射率因子圖的圖例為基礎，利用 RGB彩色空間的成色原理，讀取回波反射圖。即將反射率為-5dBZ-65dBZ，分為15種相應的 量級。其中不同量級所對應的RGB值如表所示，由RGB與灰度值的換算關系式（1)，可知對應 的灰度值。
[0042] Gray = R X 0.2999+G X 0.587+B X 0.114
[0043] (1)
[0044] 表1用來說明反射率與RGB值、灰度值對應關系。
[0045] 表1:
[0048] 雷達反射率圖像的不同顏色代表的是不同的反射強度，即可以通過統(tǒng)計不同顏色 在圖像中所占的比重，反應出圖像中回波強度的特征，不同的強度所占的比重可以由概率 表示，計算如式⑵所示。如一幅大小為MXN的圖像，則含有MXN個像素，反射率強度分為15 個量級，這不同強度在圖像中的比重為：
[0049] Pi = si/MXN i = l,2,---,15 (2)
[0050] 其中，Sl為第i個量級的顏色在圖像上的像素個數(shù)。
[0051] 2、二階雹云識別的模型設計
[0052]根據(jù)氣象學的理論可知，強對流的極端天氣，只可能出現(xiàn)在反射強度大于40dBZ的 區(qū)域。故只選取量級為10-15的，按照以下方法計算得到雹云和非雹云的四個一階統(tǒng)計測 度值。
[0053]峰度：
[0055] 角度方向二階矩：
[0056] ASM =^[pk{i)f i
[0057] 確定判別臨界點，取和f2)的加權平均值，即：
[0059] nl為降雹云集合G1中的元素個數(shù)，n2為無雹云集合G2中的元素個數(shù)。
[0060] 判別函數(shù)為：
[0061] y = 6.52713 · xi+28.63802 · X2 (3)
[0062] 判別臨界點為:yo = 1 · 16108，且];(11 > ，故有若:y>yQ則X e Gi，否則X e G2。6丄為 降雹云集合，62為無雹云集合。
[0063] 3、模型檢驗
[0064]利用本發(fā)明所述的方法，發(fā)明人進行了如下驗證，以證明本發(fā)明對預測冰雹有較 高的準確率。
[0065]數(shù)據(jù)選取2009年間石河子、阿克蘇地區(qū)及沙灣地區(qū)的不同于訓練樣本的數(shù)據(jù)，作 為待測樣本表2。由于待測樣本的分類已知，則利用此判別函數(shù)進行判別，并將判別結果與 真實結果進行比較，即可知道判別函數(shù)對于反射率圖像判別的準確率。結果如表3所示。 [0066] 表2各地區(qū)的反射率圖像強度的慣性矩相關性-待測樣本


[0072]由表2和表3可知，此判別模型的判別準確率很好，且該模型對于雹云的識別是比 較準確的，準確率為100 %。
【主權項】
1. 基于峰度與角二階矩的冰富預測方法，其特征是，所述的方法包括W下步驟： 第一步，采集雷達RGB云圖，利用云圖獲得地Z， 第二步，把第一步所得的RGB圖像轉化為灰度圖像， 第Ξ步，把第二步所得的灰度圖像的反射率分成15個量級， 第四步，計算出每個量級在圖像中的比重， 第五步，計算出每個量級的峰度XI、角二階矩x2， 第六步，把第五步所得的峰度χ1、角二階矩x2代入公式： Υ = 6.52713 ·χι·ι·28.63802 ·Χ2 故有若:y >y〇，貝化Ε Gi，否貝化e G2，G功降富云集合，G勸無富云集合。2. 如權利要求1所述的基于峰度與角二階矩的冰富預測方法，其特征是：所述yo = 1.16108。3. 如權利要求1所述的基于峰度與角二階矩的冰富預測方法，其特征是:還包括： 利用公式：7。降富云集合G沖的平均值，/)降富云集合G2中的平均值，m為降富云集合G沖的元 素個數(shù)，Π 2為無富云集合G2中的元素個數(shù)， 得到y(tǒng)O。4. 如權利要求1所述的基于峰度與角二階矩的冰富預測方法， 其特征是:所述的反射率、量級、RGB值、灰度值對應的關系為： 反射率為:-5，對應的量級為：1，對應的RGB值為:-201，201，201，對應的灰度值為:201; 反射率為:0，對應的量級為:2，對應的RGB值為:-118，118，118，對應的灰度值為：118; 反射率為:5，對應的量級為:3，對應的RGB值為:-255，170，170，對應的灰度值為：196; 反射率為：10，對應的量級為:4，對應的RGB值為:-238，140，140，對應的灰度值為：170; 反射率為：15，對應的量級為:5，對應的RGB值為:-201，112，112，對應的灰度值為：139; 反射率為:20，對應的量級為:6，對應的RGB值為:0，251，144，對應的灰度值為：164; 反射率為:25，對應的量級為:7，對應的RGB值為:0，187，0，對應的灰度值為：110; 反射率為:30，對應的量級為:8，對應的RGB值為:-255，255，112，對應的灰度值為:239; 反射率為:35，對應的量級為:9，對應的RGB值為:208，208，96，對應的灰度值為：195; 反射率為:40，對應的量級為：10，對應的RGB值為:255，96，96，對應的灰度值為：144; 反射率為:45，對應的量級為：11，對應的RGB值為:218，0，0，對應的灰度值為:65; 反射率為:50，對應的量級為12，對應的RGB值為：174，0，0，對應的灰度值為:52; 反射率為:55，對應的量級為：13，對應的RGB值為:0，0，255，對應的灰度值為:29; 反射率為：60，對應的量級為：14，對應的RGB值為：-160，255，255，對應的灰度值為： 227； 反射率為:65，對應的量級為：15，對應的RGB值為:231，0，255，對應的灰度值為:98。5.如權利要求1所述的基于峰度與角二階矩的冰富預測方法，其特征是：由RGB與灰度 值的換算關系式： Gray = R X 0.2999+G X 0.587+B X 0.114，獲得對應的灰度值。
【文檔編號】G06T7/40GK106097399SQ201610405782
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月8日
【發(fā)明人】李國東, 徐文霞, 錢斯祺, 吳晨瑜
【申請人】李國東