基于卫星云图的风矢场（云导风）度量模型与算法探讨

目录
一、问题重述 4
二、问题的假设 4
三、符号说明 5
四、问题分析 6
4.1视场坐标的换算 6
4.221:00 时刻风矢场的计算 6
4.3自适应算法模型的探索 6
4.4计算非零风矢所在的等压面 7
五、视场坐标的换算 7
5.1将灰度矩阵的行列号映射为地球的经纬度 7
5.2将海岸线经纬度转换至灰度矩阵对应位置 8
5.2.1第 I 卦限的计算 9
5.2.2第 IV 卦限的计算 9
5.2.3第 V 卦限的计算 10
5.2.4第 VIII 卦限的计算 10
六、21:00 时刻风矢场的计算 11
6.1数据预处理—示踪云的提取 11
6.1.1灰度阈值截断 11
6.1.2动态检测 11
6.2示踪云的追踪 12
6.3风矢的计算 13
6.4质量控制 14
6.4.1时间连续性控制 14
6.4.2空间连续性质量控制 15
6.4.3云地分离 15
6.5窗口大小和搜索范围对计算结果的影响 15
七、自适应算法 17
7.1基于数据搜索的自适应窗口大小选择 17
7.2基于统计参数的自适应算法 19
7.2.1基于云块纹理的自适应窗口大小算法 19
7.2.2搜索范围的自适应整定 19
八、计算非零风矢所在的等压面 20
九、模型的评价与改进 21

一、问题重述

云导风，即从云的运动推导风。主要是根据连续三幅云图中同一图像块的移动，估算出某个区域大气的平均运动矢量。再根据给定的灰度值得出用来推算移动距离的云块的环境温度，由此温度推算出风矢量的等压面高度。
由静止气象卫星云图上求得的风称为云迹风或云风矢，云迹风目前已成为一种重要的卫星产品，其资料己经广范应用于台风、暴雨和洪涝灾害、中尺度天气分析等天气学研究。因此，研究更精确的云导风的度量模型和快速和更快速的算法具有重要的实际意义。
本文需要综合分析，重点解决以下四个问题：
1.换算视场坐标：要求构造空间立体几何模型，建立维数为 22882288 的灰度矩阵行列号向地球经纬度的映射与反映射的关系。
2.根据 20:30、21:00、21:30 三个相邻时刻的卫星数据，在限定条件为窗口大小 1616 个像素，搜索范围 64*64 个像素时，用适当的方法建立度量模型， 求得 21:00 时刻确定计算范围内的的风矢场。并对限定条件对计算量和计算结果的影响做出评价。
3.根据问题 2 中计算过程的提示，根据实际情况设计自适应的方法确定窗口大小和搜索范围；并设计相应的指标，比较改进的算法与问题 2 中的算法的优劣。
4.根据 21:00 时刻 36 个离散等压面与该层面温度值的对应关系，计算该时刻指定范围内非零风矢所在等压面的压强值。