基于先验特征的台风云系影像分割方法研究

传统的基于数学形态学的台风云系影像分割方法多采用圆形或菱形模板进行,这种方法的缺点是当运算模板较大或经多次腐蚀、膨胀运算后,不能很好地保留台风云系影像原始的形态信息。为了解决此问题,探讨了一种基于先验特征的台风云系影像分割原理与方法,即先提取台风云系影像的大致形态,并以此作为形态学模板;然后利用形态学方法提取台风云系影像;最后,以2008年7月28日18时的09号FY-2C气象卫星云图台风云顶温度数据为例进行分析,同时根据本次示例台风(200809号台风)形状自定义的模板来腐蚀分割台风云系影像,并详细对比和分析了不同形状、大小的模板对台风云系影像分割结果的影响。实验表明,基于先验特征的自定义台风云系结构模板,其分割结果不仅较好地保留了台风云系影像的形状特征,而且腐蚀后保留的台风云系信息最多。     

利用边界特征自动识别台风云系

基于台风无论是在生成期、成熟期,还是在消亡期,都具有螺旋性的特征,非台风云系无此特征,充分挖掘云系边界特点,统计出单幅云图中各云系边界的旋转程度。运用Bezier直方图曲率曲线两次确定分割阈值,迭代分割卫星云图,结合台风的旋转与面积、形状等几何特性,识别卫星云图中的台风云系。实验表明该方法对台风云系有很好的识别率。     

结合事件和语境特征的台风事件信息抽取方法

台风事件信息抽取在台风知识检索、灾害应急预警、损失评估预测等方面具有重要价值。由于台风事件存在一个时空动态演变的过程,新闻文本中易出现包括台风形成、登陆、移动和消散等不同时间节点的事件状态的混合表达,使得规则匹配和现有传统机器学习方法进行信息抽取效果不佳。因此,提出一种结合事件和语境特征的台风事件抽取方法,能够充分考虑词汇的事件特征和上下文信息。实验结果显示所提出的方法使得登陆时间和登陆位置抽取准确率高达92%,各事件元素抽取精度总体较高且较为平衡,平均F1值高达78%,提升幅度达42%。本文研究为构建台风知识库提供了方法支撑。     

今夏台风气势汹汹

“据中央气象台报道,建国以来在我国登陆的最强台风‘桑美’(Saomai)8月10日17时25分登陆浙江苍南县马站镇,中心最大风力17级,浙南闽北地区遭受风雨猛烈袭击,浙江福建两省转移人员总数超过150万。”截至本刊发稿,这个夏季,中国大陆已经遭遇了七次台风或热带风暴的袭击了。“珍珠”5月18日2时15分,1号台风“珍珠”(Chanchu)在广东汕头澄海和饶平之间登陆。台风登陆时给汕头市和饶平县带来大风和大暴雨,并出现9至10级、阵风12级大风。广东省紧急转移32.7万人,汕头死亡8人。汕头损失25.59亿元,倒塌房屋1750多间,水利设施损失0.72亿元,回港避风…     

基于随机森林模型的台风风暴潮最大增水预测

本文利用1989—2018年在广东省、福建省、浙江省登陆的98场台风风暴潮数据,选取最小中心气压、最大风速、登陆时中心气压、登陆时风速、登陆时台风强度、登陆地点、登陆方向7个输入因子,采用随机森林回归模型构建预测台风风暴潮最大增水的模型,并用真实数据进行验证。将模型应用于未来年份台风风暴潮的预测,以2019年台风“利奇马”为例验证了模型的实用性。利用Mike21软件模拟的验潮站最大增水构建验潮站最大增水预测模型,并应用于广东省港口站和北津站的最大增水预测,试验结果表明具有可行性。     

基于IGS数据分析台风"利奇马"引起的 电离层TEC扰动

文中利用国际GNSS服务（IGS)提供的全球电离层地图（GIM)格网电离层资料,借助滑动四分位距法,研究了2019年台风“利奇马”期间电离层电子浓度总含量(TEC)的异常变化情况. 对台风“利奇马”期间电离层 TEC 时序变化及区域空间变化进行分析,发现在台风发生前第5天,电离层 TEC 出现了正异常变化;台风登陆后第二天,台风影响区域上空电离层 TEC 异常由正异常变化为负异常再变化为正异常,正异常最大值达8 TECU,负异常最大值达6 TECU,且最大异常点并不在风眼处,而是在风眼的西南侧,此异常可能与台风登陆期间台风风速及风向变化有关.      

基于地基GPS研究台风引起电离层TEC的变化特征

利用GPS研究电离层,具有其他探测技术所没有的全天候、高分辨率、大范围等优点.本文采用双频GPS数据提取区域电离层电子浓度总含量（TEC）,并结合全球电离层地理（GIM）数据,借助滑动四分位距法建立TEC背景值.研究了台风“莫兰蒂”对其经过区域及登陆地点电离层TEC的影响.分析表明,台风登陆厦门前一天,厦门地区电离层TEC发生了较强的正扰动,登陆后第二天,TEC发生了小尺度的负扰动;台风临近台湾岛前,东南沿海和台湾岛区域电离层出现了大范围的正异常扰动,其值为15～20 TECU,持续时间10 h.结合厦门和台湾岛的地形,推测此次TEC异常原因是由于台风所激发的声重力波传播到电离层高度,造成了电离层的异常扰动.      

基于D-InSAR技术的地质灾害和监测预警

地质灾害的监测和灾害隐患的排查一直是近年来受到国家重视的问题,而自然灾害如暴雨、洪涝、台风等也是引发泥石流、崩塌、滑坡等地质灾害的重要因素之一.2019-08-10,"利奇马"台风登陆浙江,其带来的暴雨、洪涝等自然灾害造成了大量的人员伤亡、经济损失以及次生地质灾害.根据InSAR技术覆盖范围广、不受云雾雨雪天气影响等特点,使用2景Sentinel-1A数据,采用双轨D-InSAR方法对浙江省的南部地区进行台风受灾前后的地表形变监测,得到研究区域在2019-07-28—08-21的形变情况,同时对研究区域中下沉量级较大、出现异常的区域进行排查,并和G PS结果进行比对,最终找到地质灾害发生区域和隐患区域,为浙江省地质灾害监测和排查提供数据支持.     

台风“珍珠”告诉我们什么

对于沿海地区的广大居民来说,尽管台风通常都是狂风暴雨与洪涝灾害的代名词,但它的出现也往往有一定的时间规律可循。但是出人意料的是,今年才到5月中旬,华南地区却早早地迎来了今年第一个强台风——5月18日凌晨,今年第一号强台风“珍珠”正式登陆广东,并横扫福建、浙江、广西等省区,所到之处,狂风大作,暴雨成灾,并引发泥石流等其他衍生地质灾害。     

迎击台风

今年第一号强台风有一个非常美妙的名字——珍珠,但是它给所到之处带来的却是一场灾难。5月18日凌晨两点15分,台风珍珠正面袭击了广东汕头,并在汕头登陆。一场人与自然的大较量由此拉开战幕。     

A clear link connecting the troposphere and ionosphere: ionospheric reponses to the 2015 Typhoon Dujuan

The global navigation satellite system (GNSS) total electron content (TEC) sequences were used to capture the arrival time and location of the ionosphere disturbances in response to the 2015 Typhoon Dujuan. After removing the de-trended TEC variation, the clear ionosphere disturbances on the typhoon landing day could be distinguished, and these disturbances disappeared from the TEC sequences before and after the typhoon landing day. The foF2 data observed by Xiamen ionosonde station also show ionosphere disturbances. Based on the advantages of GNSS multi-point observations, the disturbances horizontal velocity in the ionosphere were estimated according to the linear theory for a dispersion relation of acoustic gravity waves (AGWs) in an isothermal atmosphere. The average horizontal velocity (\(\sim \)240 m/s) and the radial velocity (\(\sim \)287 m/s) were used in the two-dimensional grid search for the origin point on the Earth’s surface. The origin area was determined to be on the eastern side of Taiwan. Lastly, a possible physical mechanism is discussed in this study. When typhoons land on Taiwan, the severe convective storms and the drag effect from the Central Mountains create an ideal location for development of AGWs. Topographic conditions, like the high lapse rate, contribute to the formation of AGWs, which then propagates into the ionosphere altitude.     

面向三维城市建模的多点云数据融合方法综述

多细节层次的三维城市模型是数字城市和智慧社会的关键空间数据基础设施,从基于稀疏点线特征的交互式半自动化建模到基于密集点云的自动化智能化建模已经成为国际学术界和工业界的热点前沿。由于立体城市空间结构的复杂性,多类型、多站点和多时相的点云数据融合处理是三维城市建模的基本途径,其基本思想是将具有不同视角、密度、精度、尺度、细节、时间历元等特征的多点云数据进行一致性融合表达与集成处理,建立可直接面向计算分析的智能化表达的多点云模型。归纳总结了多点云数据的主要特点,针对时空基准与精度、尺度、语义3个层面的一致性处理,分析了多点云数据融合的主要发展趋势,并凝练了面向三维城市建模的多点云数据融合关键问题。     

“针孔”模拟成像下的单航空影像与LiDAR点云配准

以摄影测量共线方程为严格配准模型,提出了一种引入针孔成像模拟过程的单张航空影像LiDAR点云配准迭代方法,共分为3个阶段:第一,利用航空影像内参数及初始外方位元素对LiDAR点云针孔模拟成像,生成与航空影像空间分辨率、几何形变相接近且具有相同幅面大小的透视影像-LiDAR深度影像;第二,以梯度互信息作为影像相似性测度依据,实施影像金字塔、分块处理策略实现LiDAR深度影像与航空影像几何变换参数快速估计,进而依据估计参数及LiDAR深度影像、激光脚点投影关系建立LiDAR点云航空影像概略相关;第三,以LiDAR点云影像概略相关下的近似同名像点为观测值,以像点梯度互信息为权重,实施摄影测量空间后方交会计算获得优化的影像外方位元素,生成新的LiDAR深度影像并重复上述过程,直至满足给定的迭代计算条件,实现单张航空影像与LiDAR点云数据的自动空间配准。实验表明,本文方法配准精度达亚像素级且自动化程度高。     

利用多模多频GNSS-IR信号反演沿海台风风暴潮

台风风暴潮每年给沿海城市造成了极大的损失,近年来利用GNSS反射信号的地基遥感方法可以用于潮位监测,称为GNSS-IR（global navigation satellite system-interferometric reflectometry）,对风暴潮期间验潮站资料进行补充。由于风暴潮发生时间短且破坏性强,单系统GPS的时间分辨率难以满足海洋灾害的监测需求。本文基于中国香港站（HKQT）和巴哈马群岛站（BHMA）的多模多频GNSS卫星观测数据反演了3次沿海风暴潮事件。先对多模多频数据的质量进行分析,随后分别对2019年飓风“多里安”、2018年台风“山竹”和2017年台风“天鸽”引起的3次风暴潮,利用基于滑动窗口的最小二乘法对多模多频GNSS-IR反演结果进行改正并与验潮站实测值对比分析。试验结果表明,利用多模多频GNSS-IR反演“多里安”风暴潮的精度优于14 cm,反演“天鸽”和“山竹”风暴潮的精度优于9 cm。相比GPS单系统,多模多频GNSS-IR能够提高监测的精度和时间分辨率,有效提取风暴潮中异常潮位的涨潮、峰值和落潮的全过程,对海洋灾害的研究监测发挥重要作用。     

基于ArcGIS三维建模技术的水灾模拟系统

洪水灾害严重影响着国民经济发展,危害人民生命财产安全,破坏生态环境。本文以福州市为背景,首先简要分析了台风对福州市的影响和引发的灾害;其次运用MATLAB对降雨量的大小进行预测分析并得出地表保水能力的强弱,确定淹没范围;最后应用分析得到的降雨数据,实现洪水淹没状态和周边场景的模拟。     

基于地表类型的山地海绵城市生态建设评估

建设海绵城市是城市雨洪管理的重要举措。但山地海绵城市建设仍在发展探索阶段,并未建立全面的评估体系。目前,山地城市建设未充分利用地表类型信息及评估标准较少结合地形因素。针对此问题,本文基于城市地表覆被类型和地形因素,建立山地海绵城市的生态评估指标。首先获取研究区域两时相地类信息;然后计算地类变化检测结果,并结合高程和坡度评估区域海绵城市建设;最后经评估可知,在两时相间,绿地率增加了0.22%,不透水面率增加了0.46%,建设用地向中地势区间发展,同时获悉其余地类间的变化状况。结果表明,该区域绿地率增加,天然水体保护较好,透水面占比大于不透水面,生态建设与建设用地发展符合山地海绵城市建设原则。     

GPS/PWV在台风"玛莉亚"袭闽期间的变化特征研究

可降水量（PWV）表征大气中的水汽含量，本文利用福建省卫星导航定位基准服务系统（FJCORS）的GPS观测资料反演得到可降水量（GPS/PWV），通过与实测的高精度探空PWV资料进行对比发现，其相关系数达到0.98，与探空结果具有较好的一致性；平均偏差在1.10 mm以内，表明GPS/PWV资料具有较高的精度。在此基础上分析2018年第8号台风“玛莉亚”登陆福建前后的GPS/PWV变化特征及其与实际降水量的关系，结果表明，GPS/PWV资料能够很好地反映台风期间水汽的时空动态传输过程，并与降水之间具有良好的对应关系。