[发明专利]一种光流法用于单次对流云人工增雨的跟踪方法

权利要求书

1.一种光流云用于单次对流云人工增雨的跟踪方法，其特征在于：包括步骤一：将被检测地区的S波段多普勒天气雷达的强度场资料插值处理到三维直角坐标系中；

步骤二：选取云底高度的雷达回波CAPPI资料，在该层CAPPI资料中确定移动目标单元；

步骤三：采用局部平滑约束的光流场计算方法对移动目标单元进行外推跟踪，并记录每个移动目标单元的回波特征参量值；

步骤四：在移动目标单元中确定影响单元和对比单元，根据影响单元和对比单元的回波特征参量值对作业效果作统计分析，并与建立在Trec算法跟踪基础上的效果评估结果作对比分析。

2.根据权利要求1所述的一种光流法用于单次对流云人工增雨的跟踪方法，其特征在于：所述步骤一中，采用Cressman插值法进行插值处理，插值后的资料从0.5km到15km每隔0.5km一层共30层，每一层CAPPI资料的插值格点是1km×1km。

3.根据权利要求1所述的一种光流法用于单次对流云人工增雨的跟踪方法，其特征在于：所述步骤二中，通过雷达定量测量降水的精度，雷达测量降水公式:

Z＝300R^1.4

公式中Z表示反射率因子，单位mm⁶/m³，反射率因子大小的dbZ的关系为R表示降水强度，单位mm/h。

4.根据权利要求1所述的一种光流法用于单次对流云人工增雨的跟踪方法，其特征在于：所述步骤三中，光流算法的选择：当Z(x，y，t)是t时刻像素点(x，y)处的雷达反射率值，经过dt时间间隔后，对应像素点反射率值为Z(x+dx，y+dy，t+dt)，当dt→0时，认为两点反射率值近似不变，即Z(x+dx，y+dy，t+dt)＝Z(x，y，t)，如果反射率值随位置和时间变化，则对上式左侧进行泰勒展开略去二阶无穷小项E，得

5.根据权利要求4所述的一种光流法用于单次对流云人工增雨的跟踪方法，其特征在于：所述步骤三中，当回波在x和y方向的移动速度分别为反射率值在x，y，t方向的梯度分别为代入(3)式中得出z_xu+z_yv+z_t＝0，即为光流约束方程，其中z_x,z_y为空间梯度，z_t为时间变化率，(u，v)为光流，所有点的光流则为光流场。

6.根据权利要求5所述的一种光流法用于单次对流云人工增雨的跟踪方法，其特征在于：所述步骤三中，当P为中心的一个小的区域内N个点的光流相同，同时在短的时间间隔内，两帧图像间的运动可以近似为线性，区域内不同的点给予的权重不同，离P点越近，权重越高，光流的计算可转化为

上式中为以P为中心的小区域，W²(x)为窗函数，代表区域内各点的权重，为P点的光流。

7.根据权利要求6所述的一种光流法用于单次对流云人工增雨的跟踪方法，其特征在于：所述步骤三中，

令

则方程的解为：

其中

8.根据权利要求7所述的一种光流法用于单次对流云人工增雨的跟踪方法，其特征在于：所述步骤三中，相邻两个时次的雷达回波反射率变化是比较微弱的，因此，雷达图像满足光流约束方程；

I_xu+I_yv+I_t＝0。

9.根据权利要求8所述的一种光流法用于单次对流云人工增雨的跟踪方法，其特征在于：所述步骤三中，使用一阶差分来代替反射率在各个方向的导数，则：

计算出光流场。

10.根据权利要求9所述的一种光流法用于单次对流云人工增雨的跟踪方法，其特征在于：所述步骤三中，对光流场质量的控制为：对某点与周围若干个点的矢量大小平均值的偏差超过5m/s和夹角超过25°的矢量予以剔除，对比与整个回波区域移动矢量大小的整体平均值，对偏差达15m/s以上的个别矢量进行剔除。