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南京信息工程大学 硕士学位论文 基于计算几何法改进风暴识别及其三维显示 姓名：徐月飞 申请学位级别：硕士 专业：大气遥感科学与技术 指导教师：顾松山 20100501 中文摘要 多普勒天气雷达探测资料时空分辨率高，是气象业务中探测强风暴并对其 进行临近预报的重要工具之一，能对大多数风暴发展过程进行实时追踪在气 象业务中已较为广泛应用的方法有风暴质心追踪法( S t o r mC e l lI d e n t i f i c a t i o na n d T r a c k i n gA l g o r i t h m ) 和风暴廓线追踪法( T h u n d e rs t o r mI d e n t i f i c a t i o n ，T r a c k i n g ， A n a l y s i sa n d N o w c a s t i n g ) ，已经取得了显著效果目前上述方法对于风暴的生消 机制，特别是对风暴单体的合并或分裂未给予充分的考虑，一定程度上影响了 预报效果本文在前述风暴自动识别的基础上，利用计算几何的凸壳算法计算 出风暴廓线对应的凸壳，对凸壳上的每条边搜索对应廓线上的点，使得该点到 凸壳边的距离最大，记录该距离值K ，表征风暴廓线的凹陷程度。

然后利用 D e l a u n a y 三角剖分将风暴廓线剖分成三角形网，对每个三角形内部求出其平均 反射率强度值a v g Z 和表征三角形区域内风暴形态宽窄程度的H 值，通过上述 三个指标来判断风暴带合并或分裂，对判断风暴的发展趋势提供有效的追踪参 数并通过个例对该方法进行评价，结果表明可以识别出风暴的合并或分裂 本文第二部分在图形显示卡发展迅速的硬件背景下，利用o p e n G L 和G P U 编程的方法实现了雷达数据的三维显示首先对自动识别出来的风暴利用三维 插值后的体扫资料生成三维纹理，然后利用着色器编程实现光线投射算法中的 颜色采样、合成最后将颜色合成后的三维图形显示在屏幕上结果表明该算 法能够较好地反映三维风暴体的内部结构，速度上基本达到了业务化的要求， 随着图形显示卡的计算能力的不断加强，应用前景广阔 关键字：风暴识别，风暴合并，风暴分裂，计算几何，风暴三维显示，体绘制 I I I A b s t r a c t D o p p l e rw e a t h e rr a d a rs y s t e mw i t hh i g hr e s o l u t i o no fs p a t i a l - t e m p o r a li so n eo f t h em o s ti m p o r t a n td e t e c t i o nt o o l si ns t r o n gs t o r md e t e c t i o na n df o r e c a s t ．I tc a nt r a c k m o s to fs t o r me v o l u t i o ni nr e a lt i m e ．T h e r ea r et w oa l g o r i t h mW i d e l yu s e di n m e t e o r o l o g i c a lo p e r a t i n gs y s t e m ：S t o r mC e l lI d e n t i f i c a t i o na n dT r a c k i n ga l g o d t h m ( S C I T ) a n dT h u n d e rs t o r mI d e n t i f i c a t i o n , T r a c k i n g ，A n a l y s i sa n dN o wc a s t i n g ( T I T A N ) w h i c ha c h i e v e so b v i o u sr e s u l t ．B u tt h em e c h a n i s mo fs t o r me v o l u t i o n , e s p e c i a l l y m e 唱e r Sa n ds p l i t so fs t o r mn e e df u t u r ed i s c u s s ．O nt h eb a s eo fa u t o m a t i cs t o r m i d e n t i f i c a t i o na b o v e ，t h ea r t i c l eu s e st h ec o n v e xh u l la l g o r i t h mt om a k et h ec o n v e x h u l lo fs t o r mc o n t o u r , a n dt h e nf o re a c he d g eo fc o n v e xh u l lt os e a r c hf o rap o i n t w h i c hi st h ef a r es ta w a yf r o mt h ec o n v e xh u l le d g ei nc o r r e s p o n d i n gc o n t o u rs e c t i o n ． T h ed i s t a n c eo ft h ep o i n ta n dt h ee d g ei sKw h i c hd e s c r i b et h ec o n c a v ed e g r e eo f s t o r mc o n t o u r ．T h ea r t i c l ed i v i d e st h ec o n t o u ri n t ot r i a n g l e sn e tw i t hD e l a u n a y T r i a n g l e sa l g o r i t h m ．F o re a c ht r i a n g l e ，t h ea r t i c l ec a l c u l a t e sa v e r a g er e f l e c t i v i t ya v g Z a n dHw i t c hc a nd e s c r i b et h ew i d t ho fs t o r ms h a p ei nt r i a n g l ez o n e ．B a s eo nt h et h r e e c h a r a c t e r i s t i co fs t o r m ，c a nj u d g es t o r mm e 玛eo rs p l i t s ．T h ep a p e rp r o v i d e sac a s et o t e s tt h em e t h o da n dt h er e s u l ti sg o o d ．T oi d e n t i f yt h es t o r mm e 唱e r sa n ds p l i t s c r i t i c a lr e g i o n sp r o v i d en e wp a r a m e t e r sf o rt r a c k i n gs t o r m ． I nt h en e x ts e c t i o n , t h ep a p e ri n t r o d u c e st h r e e —d i m e n s i o n a lv i s u a l i z a t i o no fr a d a r d a t a ．T h r e e —d i m e n s i o n a ld a t av i s u a l i z a t i o ni st h eh o t s p o ti nr e c e n ty e a r s ．I th a sb e g u n t oe n t e rt h eb u s i n e s sl e v e la st h ep o p u l a r i t yo fg r a p h i c sw o r k s t a t i o n sa n dt h eu p d a t e o fd i s p l a yc a r d s ．T h et w oa s p e c t st ot h ec o r ei s s u e so ft h r e e —d i m e n s i o n a l v i s u a l i z a t i o no fr a d a rd a t a ：1 ) r e n d e r i n gs p e e dt om e e tr e q u k e m e mo fr e g u l a r o p e r a t i o n ．2 ) r e s u l t so fr e n d e r i n gm u s te x p r e s st h ei n t e r n a ls t r u c t u r eo ft h ed a t ai n i m m e d i a c y ．R a yc a s t i n ga l g o r i t h mb a s e do ns h a d el a n g u a g ea n dt h r e e - d i m e n s i o n a l I V t e x t u r ec a l lr e d u c et h ec o m p u t a t i o nc o m p l e x i t yo fs a m p l i n gg r e a t l y ．A n di ta l s oc a i l e x p r e s si n t e r n a ls t r u c t u r eo f s t o r mc l e a r l y ．A tt h ee n do ft h ea r t i c l e ，as t o r mi d e n t i f i e d b ys t o r mi d e n t i f i c a t i o na l g o r i t h md i s p l a yi nt h r e e d i m e n s i o n a ls h a p eb a s eo nt h er a y c a s t i n ga l g o r i t h m ，w h i c hr e n d e r i n gs p e e dh a sa l r e a d ym e e tt h eb u s i n e s sr e q u i r e m e n t ． K e yw o r d s ：S t o r mI d e n t i f i c a t i o n , S t o r mM e r g e r s ，S t o r mS p l i t s ，S t o r m3 - DD i s p l a y ， C o m p u t a t i o n a lg e o m e t r y ，v o l u m er e n d e r i n g ， V 学位论文独创性声明 本人郑重声明： l 、坚持以“求实、创新一的科学精神从事研究工作。

2 、本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成 果 3 、本论文中除引文外，所有实验、数据和有关材料均是真实的 4 、本论文中除引文和致谢的内容外，不包含其他人或其它机构已经 发表或撰写过的研究成果 5 、其他同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了声明并表示了谢 意 作者签名： 日期： 学位论文使用授权声明 本人完全了解南京信息工程大学有关保留、使用学位论文的规定， 学校有权保留学位论文并向国家。