1.本发明创造属于气象数据处理技术领域，尤其是涉及一种台风历史路径相似性快速检索匹配方法。
背景技术：2.我国是一个受到台风危害较为严重的国家之一，台风(包括热带风暴、强热带风暴、台风、强台风和超强台风)是发生在热带或副热带洋面上的一种极具破坏性的天气系统。我国南海、东海海域的海上油气田受台风灾害性的影响是相当大的。具统计，每年对海上油气平台造成重大威胁的台风平均3-4次，造成重大的经济损失和人员安全隐患。开展台风的移动路径轨迹的预报对海上油气田平台的防台减灾就显得尤其重要，其中，历史台风相似路径也将是其中重要的一个参照判断因素，台风路径相似性检索匹配方法是其核心技术环节。
3.目前，相似台风匹配算法更多地考虑台风相似性指标，以地理(路径)相似为基础，进一步以发生季节、台风移向和中心移速为相似条件进行匹配，“匹时长”越长，匹配路径范围越大，反之则越小。从台风的生成点至当前台风的位置绘制一系列的缓冲圆，如果在一系列的缓冲圆内都有某条台风的纪录点，则该条历史台风即为当前实时台风的相似台风。此方法以预报时刻点为基础比对对象，在热带气旋整体移动路径的线性特征方面表征能力不足。
发明创造内容
4.有鉴于此，本发明创造旨在提出一种台风历史路径相似性快速检索匹配方法，以克服现有技术方法在计算复杂度和路径线性表征能力方面的不足。
5.为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：
6.一种台风历史路径相似性快速检索匹配方法，包括以下步骤：
7.步骤s1、获取历史台风数据；
8.步骤s2、台风生成源地空间检索匹配，具体方法为：首先，取得待匹配台风数据，以待匹配台风当前生成源3的地理经纬度坐标为圆心，设定一发源地半径，生成圆形的发源地缓冲区4；然后，采用gis地理点包含匹配方法，检索所述历史台风数据中落入该发源地缓冲区4的相似历史台风2；
9.步骤s3、建立台风路径缓冲区，具体方法为：沿着所述相似历史台风的路径5等距离分割得到分割关键点6，以该分割关键点6为圆心，设定一路径半径，绘制多个圆形的关键点缓冲区7，将每个关键点缓冲区7外侧的切点相连，得到相似历史台风路径缓冲区8；同理，沿着所述待匹配台风的路径等5距离分割得到分割关键点6，以该分割关键6点为圆心，设定一路径半径，绘制多个圆形的关键点缓冲区7，将每个关键点缓冲区7外侧的切点相连，得到待匹配台风路径缓冲区9；
10.步骤s4、台风缓冲区相交区域提取，具体方法为：将所述待匹配台风路径缓冲区9
与相似历史台风路径缓冲区8逐一的做gis相交裁剪处理，待匹配台风路径缓冲区9与相似历史台风路径缓冲区8叠加，取得相互重合的共同相交区域10；
11.步骤s5、台风缓冲相交区域中心骨架线提取，具体方法为：基于所述共同相交区域10以及地理信息图像，采用图像处理技术计算多边形区域的中心骨架线11；
12.步骤s6、台风相似度计算，具体方法为：根据所述中心骨架线11的长度，和待匹配台风路径的长度，求得台风相似度；
13.步骤s7、台风路径线密度估计，具体方法为：划定地理网格12，获取台风路径与地理网格12相交曲线，同时以所述台风相似度作为权重，计算所有相似历史台风路径13的线密度概率分布，最大概率区域14的中心线即为台风最大概率发生路径。
14.相对于现有技术，本发明创造所述的台风历史路径相似性快速检索匹配方法具有以下优势：
15.为了克服现有技术方法在计算复杂度和路径线性表征能力方面的不足，本发明提供了一种基于台风路径缓冲区相交程度的相似性快速检索匹配技术方法，该方法具有较小的计算复杂度，能够满足实时快速的应用和查询，同时，基于台风移动路径的缓冲区匹配技术有效克服了时刻点缓冲区的整体表征能力不足，从而实现一种台风移动路径相似性快速、高效的检索匹配应用。
附图说明
16.构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：
17.图1为本发明创造实施例所述方法的流程图；
18.图2为本发明创造实施例所述的步骤s2的匹配筛选示意图；
19.图3为本发明创造实施例所述的步骤s3建立的台风路径缓冲区示意图；
20.图4为本发明创造实施例所述的步骤s4提取的相交区域示意图；
21.图5为本发明创造实施例所述的步骤s5提取的中心骨架线示意图；
22.图6为本发明创造实施例所述的步骤s7取得的台风路径线密度示意图；
23.图7为本发明创造实施例所述的步骤s8台风路径趋势变化分析示意图。
24.附图标记说明：
25.1-相似历史台风生成源；2-相似历史台风；3-待匹配台风当前生成源；4-发源地缓冲区；5-路径；6-分割关键点；7-关键点缓冲区；8-相似历史台风路径缓冲区；9-待匹配台风路径缓冲区；10-共同相交区域；11-中心骨架线；12-地理网格；13-相似历史台风路径；14-最大概率区域。
具体实施方式
26.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
27.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。
28.如图1所示，一种台风历史路径相似性快速检索匹配方法，包括以下步骤：
29.步骤s1、获取历史台风数据；
30.步骤s2、台风生成源地空间检索匹配，如图2所示，具体方法为：首先，取得待匹配台风数据，以待匹配台风当前生成源3的地理经纬度坐标为圆心，设定一发源地半径，生成圆形的发源地缓冲区4；然后，采用gis地理点包含匹配方法，检索所述历史台风数据中落入该发源地缓冲区4的相似历史台风2；进一步的，检索时提取相似历史台风生成源1落入发源地缓冲区4的相似历史台风2；
31.步骤s3、建立台风路径缓冲区，如图3所示，具体方法为：沿着所述相似历史台风的路径5等距离分割得到分割关键点6，以该分割关键点6为圆心，设定一路径半径，绘制多个圆形的关键点缓冲区7，将每个关键点缓冲区7外侧的切点相连，得到相似历史台风路径缓冲区8；同理，沿着所述待匹配台风的路径等5距离分割得到分割关键点6，以该分割关键6点为圆心，设定一路径半径，绘制多个圆形的关键点缓冲区7，将每个关键点缓冲区7外侧的切点相连，得到待匹配台风路径缓冲区9；
32.步骤s4、台风缓冲区相交区域提取，如图4所示，具体方法为：将所述待匹配台风路径缓冲区9与相似历史台风路径缓冲区8逐一的做gis相交裁剪处理，待匹配台风路径缓冲区9与相似历史台风路径缓冲区8叠加，取得相互重合的共同相交区域10；
33.步骤s5、台风缓冲相交区域中心骨架线提取，如图5所示，具体方法为：基于所述共同相交区域10以及地理信息图像，采用图像处理技术计算多边形区域的中心骨架线11；
34.步骤s6、台风相似度计算，具体方法为：根据所述中心骨架线11的长度，和待匹配台风路径的长度，求得台风相似度；
35.步骤s7、台风路径线密度估计，如图6、7所示，具体方法为：划定地理网格12，获取台风路径与地理网格12相交曲线，同时以所述台风相似度作为权重，计算所有相似历史台风路径13的线密度概率分布，最大概率区域14的中心线即为台风最大概率发生路径。
36.所述步骤s5中计算多边形区域的中心骨架线的方法为：
37.第一步、不断腐蚀，提取出伪骨架，具体方法为：
38.s5.1、提取最新目标轮廓，并记录这些轮廓点；
39.s5.2、依次检测这些轮廓点的8像素邻域，是否只含有3连通像素，如果有，把此点从轮廓点删除，并在目标图像中删除对应点；
40.s5.3、依次检测s5.2中剩余轮廓点的8像素邻域，是否只含有3or4连通像素，如果有，把此点从轮廓点删除，并在目标图像中删除对应点；
41.s5.4、依次检测s5.3中剩余轮廓点的8像素邻域，是否只含有3or4or5连通像素，如果有，把此点从轮廓点删除，并在目标图像中删除对应点；
42.s5.5、依次检测s5.4中剩余轮廓点的8像素邻域，是否只含有3or4or5or6连通像素，如果有，把此点从轮廓点删除，并在目标图像中删除对应点。
43.s5.6、依次检测s5.5中剩余轮廓点的8像素邻域，是否只含有3or4or5or6or7连通像素，如果有，把此点从轮廓点删除，并在目标图像中删除对应点；
44.第二步、从伪骨架中提取真实骨架,伪骨架有部分区域是两个像素宽度，而目标骨架是单层像素宽度；依次检测目标图像中，伪骨架的8像素邻域，是否只含有2or3or4or5or6or7连通像素，如果有，把此点从伪骨架中删除，得到中心骨架线。
45.所述步骤s6中，台风相似度的计算公式为：
[0046][0047]
其中，l
中心骨架线
为所述中心骨架线的长度，l
待匹配台风路径
为待匹配台风路径的长度，ad为台风相似度。
[0048]
所述步骤s7中，所述线密度的计算公式为：
[0049][0050]
li＝line
i＝0...n
∩area
[0051]vi
＝adi[0052]
其中，li表示各条台风路径与地理网格相交的内部曲线，即落入地理网格内部分的曲线长度，vi表示落入地理网格内的各历史台风路径与待匹配路径的相似度，作为路径对线密度的影响权重；线密度ld通过落入地理网格内各台风路径的长度与相似度权重系数相乘累加除以地理网格面积计算所得。
[0053]
一种台风历史路径相似性快速检索匹配方法，还包括以下步骤：
[0054]
步骤s8、台风路径趋势变化分析，如图6、7所示，具体方法为：所述线密度的值越大的地理网格，说明历史相似台风路径中同时经过该地理网格的台风越多，也即出现的概率越高，根据历史统计特性，历史概率出现最高的地方，也是未来台风路径经过的最大区域，可作为台风路径趋势预测的最大可能路径。
[0055]
本发明提供了一种热带气旋历史路径相似性快速检索匹配技术方法，主要包括的步骤：步骤s1、获取历史台风数据；步骤s2、台风生成源地空间检索匹配，步骤s3、建立台风路径缓冲区，步骤s4、台风缓冲区相交区域提取，步骤s5、台风缓冲相交区域中心骨架线提取，步骤s6、台风相似度计算，步骤s7、台风路径线密度估计；该方法具有较小的计算复杂度，能够满足实时快速的应用和查询，同时，基于台风移动路径的缓冲区匹配技术有效克服了时刻点缓冲区的整体表征能力不足，实现一种台风移动路径相似性快速、高效的检索匹配应用，克服现有技术方法在计算复杂度和路径线性表征能力方面的不足。
[0056]
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。
技术特征：1.一种台风历史路径相似性快速检索匹配方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤s1、获取历史台风数据；步骤s2、台风生成源地空间检索匹配，具体方法为：首先，取得待匹配台风数据，以待匹配台风当前生成源(3)的地理经纬度坐标为圆心，设定一发源地半径，生成圆形的发源地缓冲区(4)；然后，采用gis地理点包含匹配方法，检索所述历史台风数据中落入该发源地缓冲区(4)的相似历史台风(2)；步骤s3、建立台风路径缓冲区，具体方法为：沿着所述相似历史台风的路径(5)等距离分割得到分割关键点(6)，以该分割关键点(6)为圆心，设定一路径半径，绘制多个圆形的关键点缓冲区(7)，将每个关键点缓冲区(7)外侧的切点相连，得到相似历史台风路径缓冲区(8)；同理，沿着所述待匹配台风的路径等(5)距离分割得到分割关键点(6)，以该分割关键(6)点为圆心，设定一路径半径，绘制多个圆形的关键点缓冲区(7)，将每个关键点缓冲区(7)外侧的切点相连，得到待匹配台风路径缓冲区(9)；步骤s4、台风缓冲区相交区域提取，具体方法为：将所述待匹配台风路径缓冲区(9)与相似历史台风路径缓冲区(8)逐一的做gis相交裁剪处理，待匹配台风路径缓冲区(9)与相似历史台风路径缓冲区(8)叠加，取得相互重合的共同相交区域(10)；步骤s5、台风缓冲相交区域中心骨架线提取，具体方法为：基于所述共同相交区域(10)以及地理信息图像，采用图像处理技术计算多边形区域的中心骨架线(11)；步骤s6、台风相似度计算，具体方法为：根据所述中心骨架线(11)的长度，和待匹配台风路径的长度，求得台风相似度；步骤s7、台风路径线密度估计，具体方法为：划定地理网格(12)，获取台风路径与地理网格(12)相交曲线，同时以所述台风相似度作为权重，计算所有相似历史台风路径(13)的线密度概率分布，最大概率区域(14)的中心线即为台风最大概率发生路径。2.根据权利要求1所述的台风历史路径相似性快速检索匹配方法，其特征在于，所述步骤s5中计算多边形区域的中心骨架线的方法为：第一步、不断腐蚀，提取出伪骨架，具体方法为：s5.1、提取最新目标轮廓，并记录这些轮廓点；s5.2、依次检测这些轮廓点的8像素邻域，是否只含有3连通像素，如果有，把此点从轮廓点删除，并在目标图像中删除对应点；s5.3、依次检测s5.2中剩余轮廓点的8像素邻域，是否只含有3or 4连通像素，如果有，把此点从轮廓点删除，并在目标图像中删除对应点；s5.4、依次检测s5.3中剩余轮廓点的8像素邻域，是否只含有3or 4or 5连通像素，如果有，把此点从轮廓点删除，并在目标图像中删除对应点；s5.5、依次检测s5.4中剩余轮廓点的8像素邻域，是否只含有3or 4or 5or 6连通像素，如果有，把此点从轮廓点删除，并在目标图像中删除对应点。s5.6、依次检测s5.5中剩余轮廓点的8像素邻域，是否只含有3or 4or 5or 6or 7连通像素，如果有，把此点从轮廓点删除，并在目标图像中删除对应点；第二步、从伪骨架中提取真实骨架,伪骨架有部分区域是两个像素宽度，而目标骨架是单层像素宽度；依次检测目标图像中，伪骨架的8像素邻域，是否只含有2or 3or 4or 5or 6or 7连通像素，如果有，把此点从伪骨架中删除，得到中心骨架线。
3.根据权利要求1所述的台风历史路径相似性快速检索匹配方法，其特征在于：所述步骤s6中，台风相似度的计算公式为：其中，l
中心骨架线
为所述中心骨架线的长度，l
待匹配台风路径
为待匹配台风路径的长度，ad为台风相似度。4.根据权利要求1所述的台风历史路径相似性快速检索匹配方法，其特征在于：所述步骤s7中，所述线密度的计算公式为：l
i
＝line
i＝0...n
∩areav
i
＝ad
i
其中，li表示各条台风路径与地理网格(12)相交的内部曲线，即落入地理网格(12)内部分的曲线长度，vi表示落入地理网格(12)内的各历史台风路径与待匹配路径的相似度，作为路径对线密度的影响权重；线密度ld通过落入地理网格(12)内各台风路径的长度与相似度权重系数相乘累加除以地理网格面积计算所得。5.根据权利要求1至4任一权利要求所述的台风历史路径相似性快速检索匹配方法，其特征在于：还包括以下步骤：步骤s8、台风路径趋势变化分析，具体方法为：所述线密度的值越大的地理网格，则历史相似台风路径中同时经过该地理网格(12)的台风越多，即出现的概率越高，根据历史统计特性，历史概率出现最高的地方，则是未来台风路径经过的最大区域，作为台风路径趋势预测的最大可能路径。
技术总结本发明创造提供了一种台风历史路径相似性快速检索匹配方法，包括以下步骤：步骤S1、获取历史台风数据；步骤S2、台风生成源地空间检索匹配，步骤S3、建立台风路径缓冲区，步骤S4、台风缓冲区相交区域提取，步骤S5、台风缓冲相交区域中心骨架线提取，步骤S6、台风相似度计算，步骤S7、台风路径线密度估计；本发明创造能够满足实时快速的应用和查询，同时，基于台风移动路径的缓冲区匹配技术有效克服了时刻点缓冲区的整体表征能力不足，实现一种台风移动路径相似性快速、高效的检索匹配应用。高效的检索匹配应用。高效的检索匹配应用。
技术研发人员：靳卫卫 安伟 赵建平 栗宝鹃 李建伟 宋莎莎 张庆范 何源首 王梦晓 刘保占 邱照宇
受保护的技术使用者：中海油能源发展股份有限公司安全环保分公司
技术研发日：2022.05.20
技术公布日：2022/11/1
