一种计算海水陆地比例的方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种计算海水陆地比例的方法，包括：根据陆地、海水的下垫面情况，绘制并剪裁得到欲计算海水陆地比例地区的二值灰度图像；检测得到上述二值灰度图像中各边界点的像素；在上述检测得到的像素范围内，计算得到任意点到位置点的距离；利用上述得到的任意点到位置点的距离，计算得到Rad范围内海水与陆地的面积比值。本发明还涉及一种计算海水陆地比例的系统。本发明可以精确地计算出各个经纬度位置点其预设范围内的海水与陆地的面积比例，改善现阶段近海台风强度预报难度大的现状。
【专利说明】一种计算海水陆地比例的方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种计算海水陆地比例的方法及系统。
【背景技术】
[0002]台风，亦称飓风，是形成于热带或副热带海面温度在26°C以上的广阔海面上的热带气旋。台风过境时常常带来狂风暴雨天气，引起海面巨浪，严重威胁航海安全。台风登陆后带来的狂风暴雨可摧毁庄稼、各种建筑设施等，造成人民生命、财产的巨大损失。因此，台风登录前及时准确地向公众预报台风路径、台风强度、降雨和大风的强度及分布情况，对保护生命安全、降低财产损失是至关重要的。
[0003]随着数值模式的发展，在台风的预报研究中，台风路径预报比台风强度和台风风雨分布的预报遥遥领先。在台风强度预报方面，过去20多年来，与世界各大台风预报中心一样，我国台风强度业务预报进展非常缓慢，目前业务预报中广泛应用的方法主要是一些气候持续性方法和统计动力模式，国外现在越来越多用统计方法去研究台风强度变化，如美国联合台风警报中心的台风强度统计预报(STIPS)、美国国家飓风中心的飓风强度统计预报模式(SHIFOR)和飓风强度统计预报方案(SHIPS)等，目前我国尚无类似的探讨研究。
[0004]近海台风强度演变的影响因素有:垂直风切变、海表温度、中高层环流特征、水汽输送等，其中，最重要的是下垫面的影响，因为海水是台风动力的来源。那么如何计算下垫面水陆比，目前没有相应的方法可供参考。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，有必要提供一种计算海水陆地比例的方法及系统。
[0006]本发明提供一种计算海水陆地比例的方法，该方法包括如下步骤:a.根据陆地、海水的下垫面情况，绘制并剪裁得到欲计算海水陆地比例地区的二值灰度图像；b.检测得到上述二值灰度图像中各边界点的像素；c.在上述检测得到的像素范围内，计算得到任意点到位置点的距离；d.利用上述得到的任意点到位置点的距离，计算得到Rad范围内海水与陆地的面积比值。
[0007]其中，所述的步骤a包括:根据陆地、海水下垫面情况，绘制高分辨率的陆地、海水二维下垫面图像；从上述绘制的二维下垫面图像中，剪裁得到欲计算海水陆地比例地区的下垫面图像；将上述剪裁好的下垫面图像处理得到二值灰度图像；读取上述处理得到的二值灰度图像的二维矩阵形式。
[0008]所述的二值灰度图像通过PHOTOSHOP等绘图软件处理得到。
[0009]所述的步骤c中计算A点到B点的距离为:
[0010]C = sin (^1) *sin ( β 2) +cos (^1) *cos ( β 2) *cos ( α 厂 a 2)
[0011]，
[0012]dist = R*arcos (C)
[0013]其中，A点的经度是α 1、讳度是β I ;Β点的经度是α 2、讳度是β 2,其中，α 1，α 2，β 1，β 2均为弧度，地球半径为R。
[0014]所述的步骤d包括:计算得出所有距离小于半径Rad范围内的像素点的个数总和S ;计算出Rad范围内的二维矩阵值累加之和T ;计算T与S之比值，得到以Rad为半径范围内的海水与陆地的面积比值。
[0015]本发明还提供一种计算海水陆地比例的系统，包括绘制模块、检测模块及计算模块，其中:所述绘制模块用于根据陆地、海水的下垫面情况，绘制并剪裁得到欲计算海水陆地比例地区的二值灰度图像；所述检测模块用于检测得到上述二值灰度图像中各边界点的像素；所述计算模块用于在上述检测得到的像素范围内，计算得到任意点到位置点的距离；所述计算模块还用于利用上述得到的任意点到位置点的距离，计算得到Rad范围内海水与陆地的面积比值。
[0016]其中，所述绘制模块具体用于:根据陆地、海水下垫面情况，绘制高分辨率的陆地、海水二维下垫面图像；从上述绘制的二维下垫面图像中，剪裁得到欲计算海水陆地比例地区的下垫面图像；将上述剪裁好的下垫面图像处理得到二值灰度图像；读取上述处理得到的二值灰度图像的二维矩阵形式。
[0017]所述的二值灰度图像通过PHOTOSHOP等绘图软件处理得到。
[0018]所述计算模块计算A点到B点的距离为:
[0019]C = sin ( β J *sin ( β 2) +cos (^1) *cos ( β 2) *cos ( α 厂 a 2)
[0020]，
[0021]dist = R*arcos (C)
[0022]其中，A点的经度是α 1、纬度是β I ；Β点的经度是α2、纬度是β2，其中，α 1，α 2，β 1，β 2均为弧度，地球半径为R。
[0023]所述计算模块具体用于:计算得出所有距离小于半径Rad范围内的像素点的个数总和S ;计算出Rad范围内的二维矩阵值累加之和T ;计算T与S之比值，得到以Rad为半径范围内的海水与陆地的面积比值。
[0024]本发明一种计算海水陆地比例的方法及系统，可以精确地计算出各个经纬度位置点其预设范围内的海水与陆地的面积比例，分析和预测台风近海登陆时海水面积以及海水温度对台风强度的影响，改善现阶段近海台风强度预报难度大的现状。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1为本发明一种计算海水陆地比例的方法的流程图；
[0026]图2为本发明一种计算海水陆地比例的系统的硬件架构图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
[0028]参阅图1所示，是本发明一种计算海水陆地比例的方法较佳实施例的作业流程图。
[0029]本实施例以华南地区下垫面图像为例进行说明:
[0030]步骤S401，根据北半球陆地、海水的下垫面情况，绘制并剪裁得到华南地区的二值灰度图像。具体如下:
[0031]第一步，根据北半球东南亚陆地、太平洋下垫面情况，绘制高分辨率的北半球东南亚陆地、太平洋二维下垫面图像。
[0032]第二步，从上述绘制的二维下垫面图像中，剪裁得到华南地区的下垫面图像。因为华南地区的纬度范围为I?52度、经度范围为98?153度，故本实施例剪裁出纬度范围I?52度、经度范围98?153度的下垫面图像。
[0033]第三步，将上述剪裁好的下垫面图像处理得到二值灰度图像。具体而言:本实施例将上述剪裁好的下垫面图像通过绘图软件处理成二值灰度图像。所述绘图软件包括:PHOTOSHOP及Windows系统的绘图软件。
[0034]第四步，读取上述处理得到的二值灰度图像。具体而言:本实施例读取上述二值灰度图像的结果为二维矩阵形式，其中“ I”代表陆地，“O”代表海洋。
[0035]步骤S402，检测得到上述二值灰度图像中各边界点的像素，使其像素点范围与经讳度范围对应。具体而言:
[0036]本实施例使用Windows系统的绘图软件，检测得到上述二值灰度图像中各边界点的像素，通过程序代码实现遍历该像素点数值的范围，使其与经纬度范围一一对应。
[0037]步骤S403，在上述检测得到的像素范围内，计算得到任意点到位置点的距离。具体而目:
[0038]本实施例利用下述方法得到球面上任意两点的距离:
[0039]假设A点的经度是α 1、纬度是β I ;B点的经度是α 2、纬度是β 2，其中，α 1，α 2，β 1，β 2均为弧度,地球半径为R(Km)。同时约定:东经为正,西经为负；北纬为正，南纬为负。则A点到B点的距离为:
[0040]C = sin (^1) *sin ( β 2) +cos (^1) *cos ( β 2) *cos ( α 厂 a 2)
[0041]公式(I)
[0042]dist = R*arcos (C)
[0043]步骤S404，利用上述得到的任意点到位置点的距离，计算得到Rad范围内海水与陆地的面积比值。具体如下:
[0044]本实施例通过比较可获得由公式(I)计算得出所有dist小于半径Rad范围内的像素点的个数总和S，再由步骤S401得出二维矩阵，计算出Rad范围内的二维矩阵值累加之和T，T与S之比值即可计算得到该位置点以Rad为半径范围内的海水与陆地的面积比值。
[0045]参阅图2所示，是本发明一种计算海水陆地比例的系统的硬件架构图。该系统包括绘制模块、检测模块及计算模块。
[0046]本实施例以华南地区下垫面图像为例进行说明:
[0047]所述绘制模块用于根据北半球陆地、海水的下垫面情况，绘制并剪裁得到华南地区的二值灰度图像。具体如下:
[0048]第一步，根据北半球东南亚陆地、太平洋下垫面情况，绘制高分辨率的北半球东南亚陆地、太平洋二维下垫面图像。
[0049]第二步，从上述绘制的二维下垫面图像中，剪裁得到华南地区的下垫面图像。因为华南地区的纬度范围为I?52度、经度范围为98?153度，故本实施例剪裁出纬度范围I?52度、经度范围98?153度的下垫面图像。
[0050]第三步，将上述剪裁好的下垫面图像通过绘图软件处理得到二值灰度图像。具体而言:本实施例将上述剪裁好的下垫面图像通过绘图软件处理成二值灰度图像。所述绘图软件包括:PHOTOSHOP及Windows系统的绘图软件。
[0051]第四步，读取上述处理得到的二值灰度图像。具体而言:本实施例读取上述二值灰度图像的结果为二维矩阵形式，其中“ I”代表陆地，“O”代表海洋。
[0052]所述检测模块用于检测得到上述二值灰度图像中各边界点的像素，使其像素点范围与经纬度范围--对应。具体而言:
[0053]本实施例使用Windows系统的绘图软件，检测得到上述二值灰度图像中各边界点的像素，通过程序代码实现遍历该像素点数值的范围，使其与经纬度范围一一对应。
[0054]所述计算模块用于在上述检测得到的像素范围内，计算得到任意点到位置点的距离。具体而言:
[0055]本实施例利用下述方法得到球面上任意两点的距离:
[0056]假设A点的经度是α 1、纬度是β I ;B点的经度是α 2、纬度是β 2，其中，α 1，α 2，β 1，β 2均为弧度,地球半径为R(Km)。同时约定:东经为正,西经为负；北纬为正，南纬为负。则A点到B点的距离为:
[0057]C = sin (^1) *sin ( β 2) +cos (^1) *cos ( β 2) *cos ( α 厂 a 2)
[0058]公式(I)
[0059]dist = R*arcos (C)
[0060]所述计算模块还用于利用上述得到的任意点到位置点的距离，计算得到Rad范围内海水与陆地的面积比值。具体如下:
[0061]本实施例通过比较可获得由公式(I)计算得出所有dist小于半径Rad范围内的像素点的个数总和S，再由步骤S401得出二维矩阵，计算出Rad范围内的二维矩阵值累加之和T，T与S之比值即可计算得到该位置点以Rad为半径范围内的海水与陆地的面积比值。
[0062]本发明已通过各种经纬度位置点的有效测试，经实际情况的对比发现，本发明可以精确地计算出各个位置的海水与陆地的面积比例。
[0063]虽然本发明参照当前的较佳实施方式进行了描述，但本领域的技术人员应能理解，上述较佳实施方式仅用来说明本发明，并非用来限定本发明的保护范围，任何在本发明的精神和原则范围之内，所做的任何修饰、等效替换、改进等，均应包含在本发明的权利保护范围之内。
【权利要求】
1.一种计算海水陆地比例的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤: a.根据陆地、海水的下垫面情况，绘制并剪裁得到欲计算海水陆地比例地区的二值灰度图像； b.检测得到上述二值灰度图像中各边界点的像素； c.在上述检测得到的像素范围内，计算得到任意点到位置点的距离； d.利用上述得到的任意点到位置点的距离，计算得到Rad范围内海水与陆地的面积比值。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤a包括: 根据陆地、海水下垫面情况，绘制高分辨率的陆地、海水二维下垫面图像； 从上述绘制的二维下垫面图像中，剪裁得到欲计算海水陆地比例地区的下垫面图像； 将上述剪裁好的下垫面图像处理得到二值灰度图像； 读取上述处理得到的二值灰度图像的二维矩阵形式。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的二值灰度图像通过PHOTOSHOP等绘图软件处理得到。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤c中计算A点到B点的距离为: C = sin (P1) *sin ( β 2) +cos (^1) *cos ( β 2) *cos ( α 丨-a 2)
9
dist = R*arcos(C) 其中，A点的经度是α 1、纬度是β I ;B点的经度是α 2、纬度是β 2，其中，α 1，α 2，β 1，β 2均为弧度，地球半径为R。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤d包括: 计算得出所有距离小于半径Rad范围内的像素点的个数总和S ； 计算出Rad范围内的二维矩阵值累加之和T ； 计算T与S之比值，得到以Rad为半径范围内的海水与陆地的面积比值。
6.一种计算海水陆地比例的系统，其特征在于，该系统包括绘制模块、检测模块及计算模块，其中: 所述绘制模块用于根据陆地、海水的下垫面情况，绘制并剪裁得到欲计算海水陆地比例地区的二值灰度图像； 所述检测模块用于检测得到上述二值灰度图像中各边界点的像素； 所述计算模块用于在上述检测得到的像素范围内，计算得到任意点到位置点的距离；所述计算模块还用于利用上述得到的任意点到位置点的距离，计算得到Rad范围内海水与陆地的面积比值。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述绘制模块具体用于: 根据陆地、海水下垫面情况，绘制高分辨率的陆地、海水二维下垫面图像； 从上述绘制的二维下垫面图像中，剪裁得到欲计算海水陆地比例地区的下垫面图像； 将上述剪裁好的下垫面图像处理得到二值灰度图像； 读取上述处理得到的二值灰度图像的二维矩阵形式。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述的二值灰度图像通过PHOTOSHOP等绘图软件处理得到。
9.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述计算模块计算A点到B点的距离为:
C = sin ( β x) *sin ( β 2) +cos ( β x) *cos ( β 2) *cos ( α a 2)
9 dist = R*arcos(C) 其中，A点的经度是α 1、纬度是β I ;B点的经度是α 2、纬度是β 2，其中，α 1，α 2，β 1，β 2均为弧度，地球半径为R。
10.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述计算模块具体用于: 计算得出所有距离小于半径Rad范围内的像素点的个数总和S ； 计算出Rad范围内的二维矩阵值累加之和T ； 计算T与S之比值，得到以Rad为半径范围内的海水与陆地的面积比值。
【文档编号】G06T7/40GK104408750SQ201410605763
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年10月30日 优先权日:2014年10月30日
【发明者】李晴岚, 汤婷婷, 彭玉龙, 陈城 申请人:中国科学院深圳先进技术研究院