基于浮标轨迹的涡旋信息提取算法.pdfVIP

第17卷 第10期 Vol. 17, No.10 2015 年10月 Oct., 2015 基于浮标轨迹的涡旋信息提取算法 1,2 1* 1,2 魏海涛 ，杜云艳 ，许开辉 (1. 中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室，北京 100101； 2. 山东科技大学测绘科学与工程学院，青岛266590) 摘要：浮标在运动过程中如果受到涡旋的影响，会回到之前某一时刻所在的位置，其轨迹中就会出现环状结构，故 提取浮标轨迹中的环状结构，就可识别涡旋。鉴此，本文针对ALIS （A Simple Automated Loop Identifying Scheme ） 算法忽略了这一环状结构中出现的“复杂结构”之不足予以改进，提出了基于浮标轨迹回环结构的涡旋及其移动轨 迹提取算法AILIS （An Improved Automated Loop Identifying Scheme ）算法。其通过判断环状结构中的轨迹片段是 否有自相交对“复杂结构”进行处理，使提取结果更加完善；在此基础上，该算法通过判断涡旋瞬时状态的相似性， 可追踪涡旋的部分移动轨迹。本文通过与ALIS 算法及其他相关算法结果的对比，并使用SLA 数据及HD （Hybrid Detection ）、HT （Hybrid Tracking ）算法实验结果表明，本文提出的算法能得到更多的海洋涡旋的瞬时状态和移动轨 迹，为获取涡旋的物理参数提供重要的途径。 关键词：涡旋；识别；复杂结构；瞬时状态；轨迹 DOI:10.3724/SP.J. 1047.2015.01207 1 前言 感数据精度的影响，会造成涡旋的遗漏或误判，且 识别的涡旋需作真实数据的检验；（2 ）利用拉格朗 海洋涡旋的生命过程，对海域温度、盐度、生物 日方法从浮标的运动轨迹进行涡旋的自动识别提 [1-2] [9] 量等物质和能量的传递与分布有重要的作用 ，影 取，如LSM （Lagrangian Stochastic Model ）法 、椭圆 [10-11] [12-15] 响海洋的温盐结构，对海洋生物环境也有不可忽略 识别方法 、几何方法 ，该类方法能较好地刻 的作用。近几十年，涡旋成为了解海洋环境重要手 画涡旋的瞬间和过程的某些状态，但获取参数较 段，故提取涡旋及其运动轨迹成为物理海洋学的研 多，算法较复杂，且由于识别算法的限制，无法识别 究热点之一。 部分特殊结构，例如，Li[14]等提出的涡旋识别方法判 [3-4] 断复杂回环的条件是出现浮标轨迹自相交的现象， 识别涡旋的方法早期使用人工识别 ，但其耗 时，且因人为的偏见易造成识别错误。近几年，随 如果有，则为复杂结构，如果否，则是简单的回环结 着大面积长时间序列的海洋遥感数据（海表面高度 构，但有些涡旋的瞬时状态引起的环状结构并不是 SLA、温度和盐度等）的快速获取，以及不断增多的 完整的环；Dong[13]等提出的自动识别环状结构算法 全球范围的漂流浮标数据，从大量遥感数据和浮标