海洋時空關聯(lián)挖掘信息系統(tǒng)研究

1、海洋時空關聯(lián)挖掘信息系統(tǒng)研究海洋時空關聯(lián)挖掘信息系統(tǒng)研究薛存金薛存金 副研究員副研究員中國科學院數(shù)字地球重點實驗室中國科學院數(shù)字地球重點實驗室20222022年年5 5月月1919日日中國地理信息產業(yè)協(xié)會理論與方法學術研討會中國地理信息產業(yè)協(xié)會理論與方法學術研討會 江蘇江蘇 徐州徐州 2014 10.10-12匯報提綱匯報提綱一一、研究意義、研究意義二二、時空關聯(lián)挖掘框架、時空關聯(lián)挖掘框架l 海洋衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)預處理海洋衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)預處理l 面向柵格的海洋時空挖掘策略面向柵格的海洋時空挖掘策略l 面向對象的海洋時空挖掘策略面向對象的海洋時空挖掘策略l 海洋時空關聯(lián)知識可視化海洋時空關聯(lián)知識可視化

2、三三、太平洋時空關聯(lián)挖掘原型系統(tǒng)、太平洋時空關聯(lián)挖掘原型系統(tǒng)四四、結論與討論、結論與討論2014 GIS產業(yè)理論與方法研討會產業(yè)理論與方法研討會 江蘇江蘇 徐州徐州研究意義研究意義2014 GIS產業(yè)理論與方法研討會產業(yè)理論與方法研討會 江蘇江蘇 徐州徐州研究意義研究意義1、全球變化已成為研究熱點，、全球變化已成為研究熱點，ENSO是是全球變化的一個典型信號全球變化的一個典型信號2、海洋環(huán)境要素與、海洋環(huán)境要素與ENSO之間的復雜系統(tǒng)，之間的復雜系統(tǒng)，“響應響應”與與“驅動驅動”關關系共存系共存3、衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)為研究全球尺度的問題提供了不可替代的數(shù)據(jù)源。、衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)為研究全球尺度的問題提供了

3、不可替代的數(shù)據(jù)源。4、時空數(shù)據(jù)挖掘是數(shù)據(jù)驅動的空關聯(lián)分析的理論與方法，突破傳統(tǒng)、時空數(shù)據(jù)挖掘是數(shù)據(jù)驅動的空關聯(lián)分析的理論與方法，突破傳統(tǒng)的時空統(tǒng)計、的時空統(tǒng)計、EOF、SVD、典型相關、遙相關等、典型相關、遙相關等2維關聯(lián)分析方法維關聯(lián)分析方法事實與現(xiàn)狀事實與現(xiàn)狀2014 GIS產業(yè)理論與方法研討會產業(yè)理論與方法研討會 江蘇江蘇 徐州徐州l Apriori算法算法l FP-Tree算法算法l 基于互信息的挖掘算法基于互信息的挖掘算法l 地理對象、地理事件、地理過程地理對象、地理事件、地理過程挖掘算法挖掘算法l 數(shù)據(jù)處理層數(shù)據(jù)處理層l 規(guī)則挖掘層規(guī)則挖掘層l 知識可視化層知識可視化層挖掘框架挖掘

4、框架研究意義研究意義l 文本、表格、散點文本、表格、散點l 平行坐標、鑲嵌圖平行坐標、鑲嵌圖l 矩陣表達、圖矩陣表達、圖l 數(shù)據(jù)、規(guī)則、變量的集成可視化數(shù)據(jù)、規(guī)則、變量的集成可視化l 規(guī)則知識的專題可視化規(guī)則知識的專題可視化規(guī)則可視化規(guī)則可視化l 利用多源衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)、拓展利用多源衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)、拓展時空關聯(lián)規(guī)則挖掘算法、技時空關聯(lián)規(guī)則挖掘算法、技術框架、理論方法術框架、理論方法l 建立海洋環(huán)境要素的時空關聯(lián)特征的分析系統(tǒng)建立海洋環(huán)境要素的時空關聯(lián)特征的分析系統(tǒng)l 實現(xiàn)衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)實現(xiàn)衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)-海洋時空關聯(lián)知識的提取海洋時空關聯(lián)知識的提取問題任務問題任務2014 GIS產業(yè)理論與方法研討會產

5、業(yè)理論與方法研討會 江蘇江蘇 徐州徐州時空關聯(lián)規(guī)則挖掘框架時空關聯(lián)規(guī)則挖掘框架1、實現(xiàn)一個到多個海洋環(huán)、實現(xiàn)一個到多個海洋環(huán)境要素與全球變化信息的境要素與全球變化信息的時空關聯(lián)規(guī)則挖掘時空關聯(lián)規(guī)則挖掘2、實現(xiàn)共位模式的海洋時、實現(xiàn)共位模式的海洋時空關聯(lián)規(guī)則挖掘空關聯(lián)規(guī)則挖掘3、實現(xiàn)不同海域的海洋時、實現(xiàn)不同海域的海洋時空關聯(lián)規(guī)則挖掘空關聯(lián)規(guī)則挖掘4、同時實現(xiàn)海洋時空關聯(lián)、同時實現(xiàn)海洋時空關聯(lián)知識在知識在“區(qū)域區(qū)域”和和“位置位置”上的可視化上的可視化1、人機交互界面，、人機交互界面，實現(xiàn)不同參數(shù)的實現(xiàn)不同參數(shù)的輸入輸入2、面向柵格的挖掘、面向柵格的挖掘策略策略3、面向對象的挖掘、面向對象的挖掘

6、策略策略4、基于組件的交互、基于組件的交互式可視化策略式可視化策略2014 GIS產業(yè)理論與方法研討會產業(yè)理論與方法研討會 江蘇江蘇 徐州徐州系統(tǒng)需求系統(tǒng)需求解決方案解決方案時空關聯(lián)規(guī)則挖掘框架時空關聯(lián)規(guī)則挖掘框架2014 GIS產業(yè)理論與方法研討會產業(yè)理論與方法研討會 江蘇江蘇 徐州徐州時空關聯(lián)規(guī)則挖掘框架時空關聯(lián)規(guī)則挖掘框架2014 GIS產業(yè)理論與方法研討會產業(yè)理論與方法研討會 江蘇江蘇 徐州徐州海洋衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)集海洋衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)集0.25210. 5空間尺度空間尺度時空關聯(lián)規(guī)則挖掘框架時空關聯(lián)規(guī)則挖掘框架l ENSO事件事件l 海洋鋒海洋鋒l 渦旋渦旋l 西太平洋暖池西太平洋暖池l 東

7、太平洋冷舌東太平洋冷舌l(xiāng) 太平洋雨池太平洋雨池l 海洋生物富集區(qū)和貧瘠區(qū)海洋生物富集區(qū)和貧瘠區(qū)l 海洋敏感對象海洋敏感對象2014 GIS產業(yè)理論與方法研討會產業(yè)理論與方法研討會 江蘇江蘇 徐州徐州海洋對象的提取與表達海洋對象的提取與表達時空關聯(lián)規(guī)則挖掘框架時空關聯(lián)規(guī)則挖掘框架2014 GIS產業(yè)理論與方法研討會產業(yè)理論與方法研討會 江蘇江蘇 徐州徐州海洋對象的提取與表達海洋對象的提取與表達時空關聯(lián)規(guī)則挖掘框架時空關聯(lián)規(guī)則挖掘框架2014 GIS產業(yè)理論與方法研討會產業(yè)理論與方法研討會 江蘇江蘇 徐州徐州海洋對象的提取與表達海洋對象的提取與表達時空關聯(lián)規(guī)則挖掘框架時空關聯(lián)規(guī)則挖掘框架2014

8、GIS產業(yè)理論與方法研討會產業(yè)理論與方法研討會 江蘇江蘇 徐州徐州海洋對象的提取與表達海洋對象的提取與表達時空關聯(lián)規(guī)則挖掘框架時空關聯(lián)規(guī)則挖掘框架2014 GIS產業(yè)理論與方法研討會產業(yè)理論與方法研討會 江蘇江蘇 徐州徐州海洋時空挖掘數(shù)據(jù)庫海洋時空挖掘數(shù)據(jù)庫GeoDatabase 10.0海洋柵格數(shù)據(jù)集海洋柵格數(shù)據(jù)集海洋遙感對象海洋遙感對象時空挖掘表時空挖掘表時空關聯(lián)規(guī)則挖掘框架時空關聯(lián)規(guī)則挖掘框架2014 GIS產業(yè)理論與方法研討會產業(yè)理論與方法研討會 江蘇江蘇 徐州徐州面向柵格的海洋時空關聯(lián)模式挖掘面向柵格的海洋時空關聯(lián)模式挖掘Spatiotemporal mining algorithm

9、Minimum supportFrequent patternsAssociation patternsSpatiotemporal mining componentSpatiotemporal knowledgeSpaceTimePatternsVisualization componentMultiple long-term marine remote sensing imagesSpatiotemporal mining transaction tableSpaceTimeParameterData pretreatment component時空關聯(lián)規(guī)則挖掘框架時空關聯(lián)規(guī)則挖掘框架20

10、14 GIS產業(yè)理論與方法研討會產業(yè)理論與方法研討會 江蘇江蘇 徐州徐州面向對象的海洋時空關聯(lián)模式挖掘面向對象的海洋時空關聯(lián)模式挖掘時空關聯(lián)規(guī)則挖掘框架時空關聯(lián)規(guī)則挖掘框架l 海洋異常的表達海洋異常的表達5個級別：個級別：-2，-1,0,1和和2表達不同的變化模式表達不同的變化模式l 時空關聯(lián)規(guī)則挖掘算法時空關聯(lián)規(guī)則挖掘算法Apriori算法算法FP-Tree算法算法基于互信息的規(guī)則挖掘算法基于互信息的規(guī)則挖掘算法l 面向對象的規(guī)則可視化面向對象的規(guī)則可視化l 面向柵格的規(guī)則可視化面向柵格的規(guī)則可視化2014 GIS產業(yè)理論與方法研討會產業(yè)理論與方法研討會 江蘇江蘇 徐州徐州面向對象面向對象v

11、s面向柵格的海洋時空關聯(lián)模式挖掘面向柵格的海洋時空關聯(lián)模式挖掘時空關聯(lián)規(guī)則挖掘框架時空關聯(lián)規(guī)則挖掘框架2014 GIS產業(yè)理論與方法研討會產業(yè)理論與方法研討會 江蘇江蘇 徐州徐州海洋異常關聯(lián)模式的交互可視化海洋異常關聯(lián)模式的交互可視化太平洋海洋時空關聯(lián)挖掘原型系統(tǒng)太平洋海洋時空關聯(lián)挖掘原型系統(tǒng)2014 GIS產業(yè)理論與方法研討會產業(yè)理論與方法研討會 江蘇江蘇 徐州徐州太平洋海洋時空關聯(lián)挖掘原型系統(tǒng)太平洋海洋時空關聯(lián)挖掘原型系統(tǒng)2014 GIS產業(yè)理論與方法研討會產業(yè)理論與方法研討會 江蘇江蘇 徐州徐州統(tǒng)一時空尺度的統(tǒng)一時空尺度的海洋柵格數(shù)據(jù)集海洋柵格數(shù)據(jù)集形式化的海洋時形式化的海洋時空關聯(lián)知識

12、空關聯(lián)知識海洋挖掘對象海洋挖掘對象海洋時空挖掘事海洋時空挖掘事務表務表太平洋海洋時空關聯(lián)挖掘原型系統(tǒng)太平洋海洋時空關聯(lián)挖掘原型系統(tǒng)2014 GIS產業(yè)理論與方法研討會產業(yè)理論與方法研討會 江蘇江蘇 徐州徐州太平洋海洋時空關聯(lián)挖掘原型系統(tǒng)太平洋海洋時空關聯(lián)挖掘原型系統(tǒng)2014 GIS產業(yè)理論與方法研討會產業(yè)理論與方法研討會 江蘇江蘇 徐州徐州太平洋海洋時空關聯(lián)挖掘原型系統(tǒng)太平洋海洋時空關聯(lián)挖掘原型系統(tǒng)2014 GIS產業(yè)理論與方法研討會產業(yè)理論與方法研討會 江蘇江蘇 徐州徐州太平洋海洋時空關聯(lián)挖掘原型系統(tǒng)太平洋海洋時空關聯(lián)挖掘原型系統(tǒng)2014 GIS產業(yè)理論與方法研討會產業(yè)理論與方法研討會 江蘇

13、江蘇 徐州徐州太平洋海洋時空關聯(lián)挖掘原型系統(tǒng)太平洋海洋時空關聯(lián)挖掘原型系統(tǒng)2014 GIS產業(yè)理論與方法研討會產業(yè)理論與方法研討會 江蘇江蘇 徐州徐州太平洋海洋時空關聯(lián)挖掘原型系統(tǒng)太平洋海洋時空關聯(lián)挖掘原型系統(tǒng)2014 GIS產業(yè)理論與方法研討會產業(yè)理論與方法研討會 江蘇江蘇 徐州徐州LegendNo RelationshipStrong La Nia-SSTA abnormal dropStrong El Nio-SSTA abnormal dropStrong El Nio-SSTA abnormal riseStrong La Nia-CHLA abnormal dropStrong L

14、a Nia-SLAA abnormal dropStrong La Nia-SLAA abnormal riseStrong El Nio-SSTA abnormal riseSSTA abnormal drop-Strong La NiaSSTA abnormal drop-Weak La NiaSSTA abnormal riseWeak La NiaSSTA abnormal drop-Strong El NioSSTA abnormal rise-Strong El NioSSTA abnormal riseCHLA abnormal dropSSTA abnormal dropCHL

15、A abnormal riseSSTA abnormal riseCHLA abnormal riseSSTA abnormal drop-SLAA abnormal dropSSTA abnormal drop-SLAA abnormal riseSSTA abnormal rise-SLAA abnormal riseCHLA abnormal drop-SSTA abnormal riseCHLA abnormal drop-SLAA abnormal riseCHLA abnormal rise-SLAA abnormal riseSLAA abnormal drop-Weak El

16、NioSLAA abnormal drop-Strong El NioSLAA abnormal drop-SSTA abnormal dropSLAA abnormal drop-SSTA abnormal riseSLAA abnormal rise-SSTA abnormal riseSLAA abnormal drop-CHLA abnormal riseSLAA abnormal drop-SSPA abnormal dropSLAA abnormal drop-SSPA slight drop太平洋海洋時空關聯(lián)挖掘原型系統(tǒng)太平洋海洋時空關聯(lián)挖掘原型系統(tǒng)2014 GIS產業(yè)理論與方法

17、研討會產業(yè)理論與方法研討會 江蘇江蘇 徐州徐州太平洋海洋時空關聯(lián)挖掘原型系統(tǒng)太平洋海洋時空關聯(lián)挖掘原型系統(tǒng)2014 GIS產業(yè)理論與方法研討會產業(yè)理論與方法研討會 江蘇江蘇 徐州徐州太平洋海洋時空關聯(lián)挖掘原型系統(tǒng)太平洋海洋時空關聯(lián)挖掘原型系統(tǒng)2014 GIS產業(yè)理論與方法研討會產業(yè)理論與方法研討會 江蘇江蘇 徐州徐州太平洋海洋時空關聯(lián)挖掘原型系統(tǒng)太平洋海洋時空關聯(lián)挖掘原型系統(tǒng)2014 GIS產業(yè)理論與方法研討會產業(yè)理論與方法研討會 江蘇江蘇 徐州徐州VWndASLAA結論與討論結論與討論在海洋環(huán)境要素方面：在海洋環(huán)境要素方面：海洋時空關聯(lián)分析系統(tǒng)以ENSO作為全球變化的典型信號，建立了ENSO

18、與海洋環(huán)境要素（海洋生物光學參數(shù)：Chl-a和海洋動力參數(shù):SST、SSP、SLA、SSW）異常變化的時空關聯(lián)分析在數(shù)據(jù)對象方面：在數(shù)據(jù)對象方面：海洋時空關聯(lián)分析系統(tǒng)實現(xiàn)了衛(wèi)星遙感影像（面向柵格）和海洋現(xiàn)象或對象（面向對象）兩種數(shù)據(jù)類型的時空分析在系統(tǒng)功能方面：在系統(tǒng)功能方面：實現(xiàn)了海洋數(shù)據(jù)預處理與對象提取、海洋時空挖掘數(shù)據(jù)庫、海洋時空挖掘組件、海洋時空關聯(lián)知識表達與可視化等功能。結論與討論結論與討論在應用前景方面：在應用前景方面：提取的要素提取的要素的空間敏感區(qū)的的空間敏感區(qū)的時間序列用時間序列用于于表達全球變化信號（表達全球變化信號（ENSO信號信號）JunJulAugSepOctNovD

19、ecJanFebMarAprMay-1.2-0.7-0.20.30.8-1.2-0.8-0.4020112012Time(month)MEISST AnomalySST AnomalyMEILa Nina event threshold結論與討論結論與討論面向海量海洋遙感數(shù)據(jù)和調查資料，海洋時面向海量海洋遙感數(shù)據(jù)和調查資料，海洋時空數(shù)據(jù)挖掘是個新的研究領域?？諗?shù)據(jù)挖掘是個新的研究領域。l海洋海洋海量海量數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)（大數(shù)據(jù)）（大數(shù)據(jù)）Vs時空挖掘算法時空挖掘算法：Apriori算法、FP-Tree算法l海洋動態(tài)過程海洋動態(tài)過程Vs時空挖掘策略時空挖掘策略：柵格、對象；海洋事件、海洋過程l海洋時空尺

20、度海洋時空尺度Vs時空關聯(lián)挖掘結果時空關聯(lián)挖掘結果：年、季、月、旬、天；點位、區(qū)域、全球l海洋時空規(guī)則復雜性海洋時空規(guī)則復雜性Vs時空規(guī)則可視化時空規(guī)則可視化：柵格規(guī)則知識、對象規(guī)則知識、事件規(guī)則知識海洋時空分析理論與方法海洋時空分析理論與方法相關參考文獻相關參考文獻薛存金薛存金.2008. 海洋GIS時空過程數(shù)據(jù)模型研究D.北京: 中國科學院地理科學與資源研究所.薛存金薛存金*,周成虎,蘇奮振,董慶,謝炯. 2010. 面向過程的時空數(shù)據(jù)模型研究J. 測繪學報, 39(1):95-101. 薛存金薛存金, 董慶. 海洋時空過程數(shù)據(jù)模型及其原型系統(tǒng)構建研究J. 海洋通報, 2012, 31(6

21、): 667-674.Xue CJ*., Dong Q., Qin LJ. 2014 (a). A cluster-based method for marine sensitive object extraction and representation J. Journal of Chinese Ocean University, June, 2014(Accept) Xue CJ*., Dong Q., Fan X. 2014 (b). Spatiotemporal association patterns of multiple parameters in the northweste

22、rn Pacific Ocean and their relationships with ENSO J. International Journal of Remote Sensing, 2014, 35:11-12, 4467-4483, DOI: 10.1080/01431161.2014.916436.Xue CJ*., Dong Q., Ma WX. 2014 (c). Object-oriented spatial-temporal association rules mining on ocean remote sensing imageryC. IOP Conf. Series

23、: Earth and Environmental Science, 17, (2014) 012109. Xue CJ*., Song WJ., Qin LJ., Dong Q., Wen XY. 2014(d). Raster-oriented abnormal association pattern mining in marine environmentsC. 2014 10th International Conference on Natural Computation, 19-21 August 2014, Xiamen, China.Li LW., Xue CJ*., Liu

24、J., Wang ZJ., Qin LJ. 2014. Raster-based visualization of abnormal association patterns in marine environments J, J. Appl. Remote Sens., 8(1), 083615 (2014). doi:10.1117/1.JRS.8.083615.Xue CJ*., Dong Q., Xie J. 2012. Marine spatio-temporal process semantics and its applications-taking the ENSO process and Chinese rainfall anomaly as an example J. Acta Oceanologica Sinica, 33(2):16-24.Xue CJ*., Dong Q., Si FT., Xie J. 2011. Spatio-temporal structure of SST in El Nio