[发明专利]利用CINRAD/SA天气雷达监测和跟踪林火回波的方法

摘要

本发明一种利用CINRAD/SA天气雷达监测和跟踪林火回波的方法，通过四邻域法识别回波块，依数据参量识别林火回波块，根据回波块数据参量判别“矮、小、弱”林火，并依林火的“原地不动、扩散”特点进行连续性识别判别；排除有明显位置移动、强度及面积变化过快的回波块，进一步提高林火识别的准确率，设置非林火的黑白名单识别比对，可减少空报以及时发现林火复燃，并将符合预警的林火回波块时序图、变化曲线图进行保存。本发明能自动监测、准确识别和连续跟踪林火，为森林防火扑救指挥、野外电力设备安全防护等方面提供科学依据。

主权项

一种利用CINRAD/SA天气雷达监测和跟踪林火回波的方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1、设置CINRAD/SA天气雷达监测的基数据格式；步骤2、采用四邻域法识别回波块读取第一个体扫基数据中指定仰角的所有距离库基数据，采用四邻域法识别出回波块，直到该体扫基数据中所有距离库基数据被设为无回波后，则识别出所有回波块，每个回波块依方位距离和强度的二维数组方式进行存储，一个二维数组记录一个回波块且对应一个唯一ID,对初始体扫基数据所识别出的每个回波块都赋予一个新ID，后续体扫基数据识别出的回波块只有被判断为不重合时，才被赋予一个新ID；步骤3、计算用来判别林火回波的数据参量针对步骤2识别出的所有回波块，计算每个回波块的回波平滑度TDBZ、垂直回波高差VDZ、回波高度HET、林火回波面积A的数据参量，并以极坐标格式存储，并计算回波块内最大强度值所在的方位距离，并把方位距离转换成经纬度数据，以估算林火起火的位置；所述回波平滑度TDBZ，指的是回波反射率水平平滑度，由顺着径向相邻的两个回波点的反射率方差计算而得，通过回波平滑度TDBZ可以去除地物、超折射、干扰、风电的回波；所述垂直回波高差VDZ，用于判断是否为地物；所述林火回波高度的计算方法是从底层往更高仰角检查，以防止中高空有弱回波而影响计算林火回波高度，以0dBZ作为计算回波高度的阈值；步骤4、林火回波块初步识别步骤4.1、在每一个回波块里，取块中距离库的反射率因子、回波平滑度TDBZ、垂直回波高差VDZ、回波高度HET的最大值来表示这个回波块的最大反射率因子、最大回波平滑度TDBZ、最大垂直回波高差VDZ、最大回波高度HET；根据步骤3的计算结果计算出每个回波块的最大反射率因子、最大回波平滑度TDBZ、最大垂直回波高差VDZ、最大回波高度HET；记录最大反射率因子其所在的位置，即离雷达的方位距离及换算后的经纬度值；步骤4.2、根据大量林火个例统计分析，预置判别林火回波块为“矮、小、弱”的各数据参量阈值；步骤4.3、将步骤4.2预置的各数据参量阈值作为林火阈值特征，对比每个回波块的最大回波平滑度TDBZ、最大垂直回波高差VDZ、最大回波高度HET、林火回波面积A的数据参量，将符合上述林火阈值特征的回波块记为可能林火回波块；步骤5、通过连续性识别分析，识别出所有在原地“不动或少动”的回波块，对不重合的回波块赋予一个新ID步骤5.1、每个体扫基数据识别出所有可能林火回波块后，按顺序取出一个可能林火回波块和前一体扫时间的体扫基数据所识别出所有可能林火回波块进行一一比对，用重合域法若配对查找出林火回波点的重合度超过阈值比例的林火回波块，则标记为同一回波块，当前体扫基数据的回波块ID采用前一个体扫基数据的回波块ID，并根据前后时次回波块的数据参量来计算同一回波块随时间变化的数据参量变化值，将计算结果与预置的回波块随时间变化的数据参量变化阈值进行比对，符合阈值条件的回波块则继续进行步骤5.2，否则，对当前回波块赋予一个新ID，若当前体扫基数据识别出的所有可能林火回波块检测完毕，则进入步骤6；步骤5.2、对步骤5.1中判定为同一块的回波块，进一步识别其是否为位置变化小的林火回波块，若前后两次体扫时间的回波块中心位置变化超过阈值数，则说明回波块移动过快或者强中心飘移，判定该回波块应为降水回波而不是林火回波，将该林火概率值重置为0％，结束当前回波块的检测，返回步骤5.1，否则，转步骤5.3；步骤5.3、对步骤5.2中判定为位置变化小的回波块，进一步识别其是否为回波强度变化小的林火回波块，若前后两次体扫时间的回波强度变化超过阈值，判定这种回波强度变化过快的回波块为烟囱、烧杂、烟花的火点，而不是林火回波，将该林火概率值重置为0％，结束当前回波块的检测，返回步骤5.1，否则，转步骤5.4；步骤5.4、对步骤5.3中判定为回波强度变化小的回波块，进一步识别其是否为回波面积变化有扩散性的林火回波块，当前后两次体扫时间的回波面积变化小于阈值比例时，则判定这种回波面积变化小的回波块为烟囱、烧杂、烟花的火点，而不是林火回波块，将林火概率值重置为0％，结束当前回波块的检测，返回步骤5.1，否则，转步骤5.5；步骤5.5、林火概率初始值是按当天森林火险等级赋予的对应预置值，经过上述步骤的连续性识别分析，若完全符合位置变化小、回波强度变化小和回波面积变化有扩散性的林火特征，被认为是林火的可能性增加，则在相同ID回波块原有林火概率值上加上根据当天森林火险等级给出对应的林火概率值，若每次体扫基数据都符合林火特征，则相同ID回波块的林火概率值一直被叠加，直到林火概率值为100％为止；若当前体扫基数据识别出的所有可能林火回波块检测完毕，则进入步骤6；步骤6、设置黑白名单识别比对步骤6.1、将地物残留回波、工厂大型烟囱产生的回波、风电回波的位置固定的非林火回波设置为黑名单，将上述5个步骤所识别出的可能林火回波块的位置与黑名单内的回波块位置进行比对，若所述可能林火回波块中心位置处于黑名单内回波块位置的阈值半径范围内，且回波块面积和强度都不超过添加黑名单时候的回波块预设值，则判定该回波块是黑名单内的回波块，而非林火回波，将林火概率值重置为0％；步骤6.2、将已确认是林火回波块的位置添加至白名单，在阈值时间内，如果白名单中的林火回波块的位置的阈值半径范围内有回波出现，则初步判断为复燃的林火回波，立即赋予高的林火概率值，若两个相邻体扫时间在白名单中同一位置的林火回波块连续出现，则判定是林火复燃，进入步骤7；步骤7、上述6个步骤之后，当前体扫基数据识别出的每个回波块都给定了林火概率值，使用回波块最大反射率因子与回波高度HET乘积及回波块面积与回波高度HET乘积作为报警阈值，当达到预警阈值时，则发出林火预警。