[发明专利]一种基于云图阴影匹配算法的云层高度估算方法

说明书

本发明提供了一种基于云图阴影匹配算法的云层高度估算方法，其包括：同步拍摄云图和地面阴影图像并预处理、通过云团阴影匹配算法选择云团匹配点和阴影匹配点、根据匹配点的实际空间关系求解云层高度。本发明提供的技术方案准确描述了地面阴影以及天空云层的实际空间关系，并据此简化建立云层高度求解方程，方便准确的实现了云层高度的估算。

技术领域

本发明涉及云层高度测量计算领域，具体涉及一种基于云层阴影匹配算法的云层高度估算方法。

背景技术

近年来，云层高度在各行各业中越来越多的被提及应用，也就滋生出了多种测量云层高度的方法。

目前实测云高主要有三种方法：云暮球测云高、激光测云仪测云高以及云幕灯测云高。其中云幕球测云高通过氢气球进行测量，其成本较低但精度较差；激光测云仪通过激光脉冲进行测量，精度高但仪器复杂成本较高；云幕灯测云高利用云幕灯在夜间测量，时空适用范围小。

上述方法测量云层高度都具有各自的局限性并且提供的云层信息较少，因此需要一种方便、快捷、准确以及信息包含丰富的云层高度估算方法。

发明内容

本发明要克服现有技术的上述缺点，提供一种基于云图阴影匹配算法的云层高度估算方法，以便在实际情况下方便准确地获得当前天空云层的高度参数。

本发明解决其技术问题所采用的方案为：

一种基于云图阴影匹配算法的云层高度估算方法，包括如下步骤：

步骤1，确定云图拍摄地点T的经度和纬度，同步拍摄云图和地面阴影图像，并记录拍摄时刻；

步骤2，根据拍摄时刻和拍摄地点的经纬度，确定太阳高度角β₂；

步骤3，识别云图及其投射在地面上的地面阴影图像，并提取云图和地面阴影图像的边缘信息；

步骤4，采用云图阴影匹配算法，确定云图上云团和地面阴影图像上阴影的映射关系，选择云图上的云团匹配点C和地面阴影图像上的阴影匹配点S；

步骤5，根据云团匹配点C，确定云团方位角α₁以及云团高度角α₂；

步骤6，根据阴影匹配点S确定实际地面阴影上的实际阴影点R，并确定实际阴影点R的方位角β₁、实际阴影点R与云图拍摄地点T之间的距离l_TR；

步骤7，建立方程估算云层高度，具体计算方程如下，式中H为云层高度。

优选地，所述步骤2具体包括：

步骤2-1，根据拍摄时刻t，时角ω的计算公式如下，式中t为24小时制时刻；

ω＝(t-12)×15 (2)

步骤2-2，根据太阳赤纬角δ、当地纬度以及时角ω，太阳高度角β₂计算公式如下：

优选地，所述步骤3具体包括：

步骤3-1，消除云图中遮光带及支架遮挡区域，修复被消除区域，提取云图有效区域，最后对云图进行边缘提取并以南北方向为轴翻转图像获得云图的边缘信息；

步骤3-2，对地面阴影图像根据拍摄角度进行修正处理，二值化图像，区分出遮挡区域及未遮挡区域，最后进行边缘提取获得地面阴影图像的边缘信息。

优选地，所述步骤4具体包括：