[发明专利]一种基于单分类器的风、浪要素数据质量控制方法

说明书

本发明涉及海洋观测数据技术领域，具体涉及一种基于单分类器的风、浪要素数据质量控制方法，包括风、浪要素传感器和浮标，所述浮标和风、浪要素传感器测得风、浪的观测数据，将其与风‑浪作用不变量理论曲线进行比对，通过两者之间的曲线偏离度判断数据的质量。本方法以风‑浪作用不变量理论为基本理论依据，通过单分类器算法由计算机模拟风‑浪作用关系并判断数据的质量，在已验数据的应用中可由数据用户指出异常数据即人工订正，并将人工订正后的数据通过本方法迭代训练获得新的质量控制模型，从而提升质量控制的准确性。

技术领域

本发明涉及海洋观测数据技术领域，具体涉及一种基于单分类器的风、 浪要素数据质量控制方法。

背景技术

海洋观测仪器由于工作环境恶劣，其测得的数据中通常存在异常值，观 测数据质量控制并剔除其中的异常值，是数据应用中的基础环节，业务应用 对质量控制环节的要求为准确和高效，准确性要求是防止被异常数据污染的 资料误导用户或污染后续派生数据，高效性是要求为保证数据质控处理具有 较强的应用时效。

现有海洋观测数据质控方法采用数据质控常用的3σ法和格拉布斯等方 法作为判据，采用风、浪参数互斥法进行相关性检验，该方法主要从数据完 备性和仪器工作状态等角度，分别检验风、浪要素数据中是否存在异常值， 现有海洋观测数据质量控制方法是通用型数据质量控制方法，从实现原理方 面主要侧重于仪器异常属性等角度判别，风、浪要素相关性判据为互斥型判 据，该判据中未有效利用风-浪相互作用的不变性关系，编程实现和计算效率 方面现有方法具有编程复杂和计算效率低的问题，因此，设计出一种基于单分类器的风、浪要素数据质量控制方法，对于目前海洋观测数据技术领域来 说是迫切需要的。

发明内容

本发明提供一种基于单分类器的风、浪要素数据质量控制方法，以解决 现有技术存在的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

根据本发明的实施例，一种基于单分类器的风、浪要素数据质量控制方 法，包括风、浪要素传感器和浮标，所述浮标和风、浪要素传感器测得风、 浪的观测数据，将其与风－浪作用不变量理论曲线进行比对，通过两者之间的 曲线偏离度判断数据的质量，其中，海面风和浪之间通过观测资料表明其存 在以下不变性关系：

其中和分别为无因次波高和周期，α为经验系数，具体为0.062；

其中g、H_s和U_*分别为重力加速度、有效波高和摩擦风速； 其中T_s为有效周期；

海－气界面过程处于局地平衡态，具备良好的不变性，上述不 变性关系为正常风、浪的数据点分布位置，即观测的风、浪数据点应均匀紧 密的分布在该理论曲线附近，反之则违背了风－浪不变性关系，可以判定其为 异常值，由于我国实际风速观测中少有摩擦风速U_*数据，而多为10米高风速 U₁₀的数据，且h米高风速U_h与U_*呈非线性正相关关系，可写为：

U_*＝f(h)·U_h (2)

其中h为风速观测高度，而式(2)中的正相关关系会因各测点地理因素 不同而不同，因此，式(1)中的α会随着风速观测高度和测点地理情况不同 而不同，令α＝g(h)，即有：

本方法将指定观测点历史风－浪数据对数化、无因次化，在训练阶段，以 单分类模型代替理论曲线，设在N维空间中的超球面，半径为R，球心为a， 该控件中的样本点为{xi，i＝1，2，…，M}，我们可以得到：

(x_i-a)(x_i-a)^T≤R² (4)