[发明专利]一种海洋涡旋演变过程信息提取方法

说明书

技术领域

本发明涉及如何在存储和管理海洋涡旋演变信息的时空数据库中，提取出涡旋过程信息的一种方法，属于海洋信息技术领域。

背景技术

目前，在海洋涡旋定量化研究中，关于涡旋的自动识别和跟踪有大量的研究和发明，具体可在以下几个有代表性的文献资料中查阅得到：[1]Chaigneau,A.,Gizolme,A.and Grados,C.2008.Mesoscale eddies off Peru in altimeter records:Identification algorithms and eddy spatio-temporal patterns.Progress In Oceanography,79（2–4）,106-119.[2]Chelton,D.B.,Schlax,M.G.and Samelson,R.M.2011.Global observations of nonlinear mesoscale eddies.Progress In Oceanography,91（2）,167-216.[3]Okubo,A.1970.Horizontal dispersion of floatable particles in the vicinity of velocity singularities such as convergences.Deep Sea Research and Oceanographic Abstracts,17（3）,445-454.[4]杜云艳,周成虎,王欣,樊星.海洋中尺度涡旋自动识别与过程重构算法[P].中国专利:CN102289594A,2011-12-21等。这些技术发明为实现海洋涡旋现象海量信息提取奠定了基础。

但是，识别跟踪后形成的数据大多只是通过简单的前后关系来标识出同属一个涡旋演变过程的不同演变状态，演变过程以及过程内部的变化在数据库中缺乏有效地表达。同时，多涡结构的存在，使得不同的涡旋演变过程因为相互作用而交织在一起，加大了涡旋过程演变信息的提取难度。因此，如何从识别、跟踪得到的复杂涡旋时空数据库中，提出一种自动算法来清楚显式地提取出涡旋的过程演变信息，不仅非常必要，而且对于认识和挖掘数据库中蕴藏的涡旋演变特征和规律也具有重要的意义，但目前公开的研究与技术资料并不多见。Yuan（2001）在建模提取暴风雨演变过程的研究中，提出了一种层次结构模型，来组织和表达暴风雨以及关联的降水过程。这种模型可为海洋涡旋的演变过程数据组织提供基础，但却缺乏过程的自动提取算法和变化语义的表达。Hornsby等人（2000）研究了语义表达模型，可应用到海洋涡旋演变的变化表达，但同样缺乏自动方法来对语义进行提取，并与过程表达和组织进行结合。

发明内容

本发明技术解决问题：克服目前海洋涡旋跟踪数据库中过程信息表达与提取的不足，提供一种海洋涡旋演变过程信息提取方法，自动提取出海洋涡旋演变的信息，使得原本隐含在涡旋跟踪结果中的过程信息，显式地表达和记录在时空数据库中，为涡旋运动特征和规律的分析与发现提供有效的技术和数据支持。

本发明所采用的技术方案是：一种海洋涡旋演变过程信息提取方法，实现步骤如下：

步骤1：首先构建一套面向过程的层次结构数据组织模型；

步骤2：在涡旋跟踪结果的数据基础上，按照层次结构数据组织模型建立相互作用场景Scenario，演变过程Process，事件变化Event表以及表之间的关联关系，分别来对涡旋演变信息进行抽取和存储；

步骤3：采用深度优先的图遍历算法从跟踪数据中抽取出Scenario对象，并提取相应信息；

步骤4：在每一个Scenario对象中，识别和判断出过程内部以及过程之间所发生的变化事件，通过Event表进行详细记录；

步骤5：在跟踪结果中，通过过程提取算法，抽取出Process对象。

所述步骤1中构建一套面向过程的层次结构数据组织模型具体如下：

（1）首先，由过程来抽象涡旋个体自产生到消亡的完整生命过程，包括其产生、结束时间，生命移动轨迹，以及用以关联所含单时刻演变状态的过程ID。

（2）其次，把通过多涡结构关联在一起的涡旋演变过程集合，单独抽象表达为一个演变场景，记录下集合所包含的涡旋演变过程数以及事件信息。

（3）最后，对涡旋演变过程中所发生的重要变化，分别以内部事件和外部事件进行表达，内部事件主要反映涡旋个体自身所发生的产生、结束、消隐、重现四种重要变化，外部事件强调涡旋多涡组合结构所发生的合并和分裂两种重要的形态变化。