本课题使用的气象传真图为由日本气象台发布的高空天气图，选择Matlab软件和Visual Studio两款软件进行编程，主要是对等值线的内插算法即矩形网格法、三角网格法和样条函数法的研究，以及三维曲面的重建算法的研究。首先对图片进行预处理，去除噪声信息，仅保留气象图中的等值线部分，并进行数据点的采集。在等值线信息进行信息处理时，采用了上述三种曲面重建方法，对等值线上的数据进行处理。最后根据所得数据对天气图的等压面进行三维重建，模拟出更加细化的天气等压面模型。

2 气象传真图的数据提取

2。1 高空天气图的图像分析

本文主要以亚洲高空分析图（300hPa）为例。

    用于表示高空地区天气形势的图像即为高空天气图。由于气压随高度的增加而降低，因此随着海拔的变换会有很多不同压强的等压面。因此对于高空天气图的分析，主要是通过分析同一等压面各地高度变化，得出高值区和低值区的范围，从而清楚的显示天气形势。文献综述

由虚线连接的为等温线，一条等温线上温度保持不变，温度值由该线上标注的数字表示（单位为摄氏度）；由实线连接的为等高线，一条等高线上高度保持不变，高度值由该线上标注的数字表示（单位为米）。

图2。1 亚洲300hPa高空天气图

2。2 高空天气图的数据点采集

2。2。1 提取等值线信息

     提取信息的过程就是预处理[1]的过程，对图像进行二值化时选择全局阈值分割的方法，之后进行气象图题框（位于图片的左上角和右下角的属性说明）的提取，再将进行底图的提取工作，通过将原图和底图匹配后做差的方法去除图中的经纬线以及一些海岸线，除掉冗余的信息，最后进行气象图锋线提取，仅保留本课题所需的信息即等值线信息。以300hPa高空天气图为例，处理后的图像如下：

图2。2 处理后的亚洲300hPa高空天气图

2。2。2 进行数据采样 

本课题对等值线坐标的提取方式上采取手动均匀采点的方式。采点时将图片用画图工具打开，得到整幅图像的横、纵坐标范围；依次选择需采集坐标的点，得到点的坐标，并记录。采点后的图像如下：来`自+优-尔^论:文,网www.youerw.com +QQ752018766-

图2。3 采点后的亚洲300hPa高空天气图

3 等值线的内插算法

    插值是一种离散函数逼近的重要方法，在已知离散数据的情况下，通过在其中补充插入一个或者多个连续函数，利用这个连续函数可以通过离散函数上的有限个点的特点，使得这条连续的曲线可以通过大部分甚至全部的已知点，并可以据此估算出其他未知点的近似坐标。考虑到高次插值有时很有可能导致结果大幅度波动的现象，造成较大的估算误差，因此在具体操作过程中，常常采用分段计算的方法，通过选择不同的低次插值函数，以达到提高近似度的目的。在等值线图中，存在不同区域的等值线密度相差较大的情况，图像变换中像素之间空隙较大，这时就要求我们在处理时，对较稀疏的两条等值线间运用插值计算绘出单条甚至多条等值线。