[发明专利]基于长时间跨度全球中尺度涡旋的断点续追方法

说明书

本发明涉及一种基于长时间跨度全球中尺度涡旋的断点续追技术。已有研究发现涡旋在运动过程中存在着消失又出现的现象，因此我们在涡旋追踪过程中加入了涡旋真伪位置的标志（0和‑1、‑2、‑3、‑4、‑5）。该技术基于中尺度涡旋的识别结果和可续追涡旋通过时空邻域相似性匹配来对全球中尺度涡旋进行断点追踪处理。如果伪位置标志的绝对值大于涡旋允许消失天数，则表示该涡旋已消亡并将该涡旋追踪路径更新到已消亡涡旋数据集中，反之则更新到可续追涡旋数据集中。然后对更新的可续追涡旋和更新的增量涡旋进行迭代追踪以实现长时间跨度的涡旋续追。

技术领域

本发明属于海洋信息技术领域，具体涉及基于长时间跨度全球中尺度涡旋的断点续追方法。

背景技术

从 20 世纪 70年代以来，中尺度涡方面的研究越来越成为物理海洋学家关注的热点和焦点。中尺度涡对于温、盐运输以及全球气候变化都有显著影响，所以无论在大洋动力学等理论研究方面还是国防军事等实际应用方面，都具有很高的研究价值和意义。

对海洋中尺度涡追踪的方法有多种，目前常见的涡旋追踪方法有像素法、距离法、相似度法：

(1) 像素法:该方法通过找到在时空上相邻的像素的办法来实现的。将涡旋中心区域的像素赋值为1，其他区域赋值为0，然后针对值为1的像素找到在时空邻近且像素值也为1的像素，并标注，作为追踪到的目标。该方法比较适用于涡旋中心区域明显，且涡与涡距离不是很近的情况下的涡旋追踪；

(2) 距离法：该方法是基于涡旋间距离来进行涡旋追踪的，在时间序列中找到在空间上距离当前时间涡旋最近的下一个时间的涡旋，作为追踪到的目标；

(3) 相似度法:该方法是基于涡旋特征的相似性来进行追踪的。该方法计算时间序列相邻的两张地图中涡旋的空间距离、涡度、涡半径和涡动能4个特征的匹配度，找出匹配度最高的涡旋作为追踪到的目标。

目前对于海洋中尺度涡的追踪研究中，较少涉及到基于长时间跨度全球中尺度涡的断点续追数据模型构建方面的研究，无法基于已有的追踪数据集对涡旋进行续追处理，在时间跨度较长且不断更新的情况下，不能快速的进行追踪处理，且消耗了很多不必要的计算时间。

发明内容

本发明的方法效果能够克服上述缺陷，提供一种基于长时间跨度全球中尺度涡旋的断点续追方法。在长时间跨度的涡旋累积追踪过程中，数据追踪的时间跨度会不断增长，简单的将新的时间跨度数据重新进行追踪消耗时间较长。我们将采用“断点续追”的方法来支持从已追踪的时间点增量追踪更新后的中尺度涡识别数据，而非从头开始进行追踪。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，具体步骤为：

（1）在增量涡旋识别结果中检索已追踪的涡旋一定距离范围内的涡旋;

（2）对一定范围内搜索的涡旋与已追踪涡旋进行相似性匹配检测;

（3）对（1）（2）步骤中操作进行相反操作，即在已追踪涡旋数据集中检索增量涡旋识别结果中一定距离范围内涡旋，并将该涡旋与增量涡旋识别结果中涡旋进行相似性匹配检测，从而选择最优涡旋；

（4）对伪位置标志(-n(n=5))的绝对值与设置的可允许涡旋消失天数进行比较，来判断该轨迹是可续追还是已消亡；

（5）循环上述步骤达到长时间跨度断点涡旋追踪；

上述步骤（1）中，距离范围为根据纬度和罗斯贝波速度确定的椭圆范围；

上述步骤（2）中，相似性检测因子有4个，主要包括对涡旋最大地转流边界面积、振幅、动能及两涡的欧氏距离；

上述步骤（3）中，检索增量识别涡旋结果中涡旋与已追踪涡旋相互选择，从而匹配最优的涡旋，进行追踪；