[发明专利]一种基于离线多目标跟踪的天气规避区划设方法

说明书

本发明涉及空中交通管理领域，具体涉及一种基于离线多目标跟踪的天气规避区划设方法，包括：首先，进行天气规避区静态识别：天气规避数据提取；图片二值化及轮廓提取；天气规避区轮廓聚类；凸多边形生成及合并。其次，进行天气规避区动态修正：凸多边形关联和修正。相比于现有技术，本发明在对多维数值气象数据图像化处理基础上，首先综合利用DBSCAN聚类和聚合聚类算法静态识别天气规避区，再结合离线多目标跟踪技术，通过追踪天气规避区的演变趋势对异常天气规避区进行修正，确保天气规避区在形态变化上的时空连续性，实现对天气规避区的精准动态划设，有效提高管制员量化评估天气对航空运行的影响的准确性和动态规划管制引导路径的鲁棒性。

技术领域

本发明涉及空中交通管理技术领域，尤其涉及一种基于离线多目标跟踪的天气规避区划设方法。

背景技术

天气规避区是指当航路或空域受天气影响而无法正常使用时，为保障航班安全飞行而在陆地或海洋上空临时划定的在规定时间内航空器禁止飞行的空域。天气规避区是一个自动生成的多边形，其边界被认为是飞行员可能跟随飞行的雷暴边界。划设天气规避区是恶劣天气条件下有效评估空域通行能力和规划航空器改航路径的重要前提。动态性是天气规避区的固有属性。天气规避区的形状、大小、位置以及其包围区域天气强度等要素都会随时间的变化而改变。出于安全因素的考虑，航班改航通常从侧向绕过天气规避区。因此，天气规避区通常以二维方式表示，不考虑高度信息，即天气规避区范围内各高度层均禁用，不考虑从上方或下方飞越该区域。天气规避区划设的基础是航空气象部门提供的天气预报产品。现有天气规避区划设方法都依赖多源精细化的气象信息。现实情况下，大多数发展中国家的天气预报产品都难以提供多源精细化的气象信息，导致划设的天气规避区较为笼统，失真较大且缺少一定实际意义。另外，现有天气规避区多是根据同一时刻的气象预报信息生成，只在短时段内具备较高的精确性，无法确保时间相邻的天气规避区之间的空间连续性，鲁棒性弱，难以为后续应用提供有效支撑。因此，如何结合发展中国家如以中国的天气预报系统发展实际，利用单一气象信息源，综合考虑天气覆盖区域变化的时空连续性，设计一种鲁棒性更强的天气规避区划设方法具有重要的现实意义。

查阅国内外相关资料，尚未发现基于单一气象信息源，采用离线多目标跟踪技术利用天气覆盖区域形态动态变化趋势信息进行天气规避区划设的方法。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种改进天气规避区时空连续性的精准划设天气规避区的自动化方法。

一种基于离线多目标跟踪的天气规避区划设方法，包括以下步骤：

步骤1，获取雷达回波图后，根据所述雷达回波图对天气规避区进行静态识别；具体的，本发明中，对航空气象部门按时间间隔T_s提供的预报雷达回波图进行遍历处理，确定反射率等级≥41dBZ的像素点，定义为天气规避像素点，所述时间间隔T_s通常取5 分钟。

步骤2，对所述天气规避区进行动态修正，输出所述天气规避区的划设结果。

进一步地，在一种实现方式中，所述步骤1包括：

步骤1.1，从所述雷达回波图中提取天气规避数据，所述天气规避数据包括天气规避像素点和天气像素点对应的经纬度坐标：

对所述雷达回波图进行遍历处理，将所述雷达回波图中反射率等级大于或等于预设反射率阈值的像素点定义为天气规避像素点，同时根据雷达所在位置的经纬度坐标以及所述雷达回波图的分辨率，确定每个所述天气规避像素点对应的经纬度坐标；

步骤1.2，根据所述天气规避数据，对所述雷达回波图二值化并提取天气规避区轮廓：

对所述雷达回波图进行二值化处理，凸显天气规避部分并灰度化背景后，获得天气规避区；提取所有所述雷达回波图中天气规避区的轮廓，并对所述所有雷达回波图中天气规避区的轮廓进行多边形逼近，获得所述天气规避区轮廓，输出天气规避区轮廓集合；