赤潮是影響海洋環(huán)境的重要災(zāi)害之一,造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和生態(tài)危害。近年來,各國(guó)對(duì)赤潮的重視程度日益增加,使用多種手段對(duì)赤潮進(jìn)行監(jiān)測(cè),得到了大量的歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。對(duì)歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究,并以此作為參考結(jié)合當(dāng)前情況對(duì)未來發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè),可以為赤潮的防災(zāi)減災(zāi)提供技術(shù)支持,面臨的挑戰(zhàn)是:如何對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效存儲(chǔ)和查詢才能為赤潮提供快速、有效的預(yù)報(bào)預(yù)警。赤潮數(shù)據(jù)是典型的強(qiáng)關(guān)聯(lián)海洋數(shù)據(jù),適合使用圖對(duì)其進(jìn)行建模。與關(guān)系模型相比,圖模型能夠更好的處理赤潮數(shù)據(jù)間的復(fù)雜關(guān)聯(lián),滿足對(duì)赤潮數(shù)據(jù)的不同層次的查詢需求。因此,本文針對(duì)赤潮快速準(zhǔn)確預(yù)報(bào)預(yù)警的需要,設(shè)計(jì)了一種赤潮數(shù)據(jù)的模型構(gòu)建和查詢方案,需研究的主要問題有:(1)如何根據(jù)海洋數(shù)據(jù)的特點(diǎn),構(gòu)建合理的數(shù)據(jù)模型并應(yīng)用到赤潮數(shù)據(jù)上;(2)如何以赤潮發(fā)生階段作為依據(jù),對(duì)赤潮數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確快速的階段劃分;(3)面對(duì)赤潮發(fā)生階段轉(zhuǎn)換預(yù)報(bào)預(yù)警的需要,如何對(duì)赤潮查詢需求進(jìn)行優(yōu)化并提高查詢效率。因此,本文提出了針對(duì)海洋數(shù)據(jù)的圖模型構(gòu)建統(tǒng)一描述方法、赤潮監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)圖模型構(gòu)建及優(yōu)化方法和赤潮查詢需求、查詢效率優(yōu)化方案。本文赤潮監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)作為主要研究對(duì)象,進(jìn)行了以下研究:(1)歸納了現(xiàn)有圖模型構(gòu)建方法并對(duì)海洋數(shù)據(jù)圖模型構(gòu)建的一般描述方法進(jìn)行研究,為圖模型應(yīng)用在赤潮數(shù)據(jù)上提供基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)備;(2)針對(duì)赤潮監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),定義并構(gòu)建了赤潮數(shù)據(jù)圖模型RTGraph。以每一條數(shù)據(jù)作為點(diǎn),以時(shí)空關(guān)系作為邊,環(huán)境因子數(shù)據(jù)和發(fā)生階段信息以標(biāo)簽的形式存儲(chǔ)在點(diǎn)上,定義了本文的主要研究對(duì)象RTGraph。(3)使用改進(jìn)的FCM(Fuzzy C-means)算法對(duì)赤潮發(fā)生階段進(jìn)行聚類,并將每條數(shù)據(jù)的發(fā)生階段信息以標(biāo)簽的形式存儲(chǔ)在點(diǎn)上。針對(duì)FCM算法初始聚類中心隨機(jī)選擇而有可能導(dǎo)致的目標(biāo)函數(shù)不收斂問題和赤潮數(shù)據(jù)高維的特點(diǎn),將FCM算法與核函數(shù)、遺傳算法結(jié)合得到GA-KFCM算法,提供準(zhǔn)確度更高、運(yùn)算速度更快的赤潮發(fā)生階段聚類方法;(4)對(duì)赤潮查詢需求和查詢效率進(jìn)行優(yōu)化。將常見的赤潮數(shù)據(jù)查詢重寫為圖上的點(diǎn)、邊查詢。針對(duì)赤潮發(fā)生階段轉(zhuǎn)換的重要性和數(shù)據(jù)間的時(shí)空關(guān)聯(lián)性定義了赤潮邊緣數(shù)據(jù),滿足了赤潮預(yù)報(bào)預(yù)警的現(xiàn)實(shí)需求,達(dá)到降低赤潮損失的目的。通過在RTGraph上構(gòu)建K跳索引圖,對(duì)K跳可達(dá)性查詢進(jìn)行改進(jìn),提高查詢赤潮邊緣數(shù)據(jù)的效率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本文設(shè)計(jì)的赤潮圖模型RTGraph具有合理性和可行性,GAKFCM算法對(duì)赤潮數(shù)據(jù)的聚類具有更高的準(zhǔn)確性和運(yùn)行速度。通過在RTGraph上構(gòu)建K跳索引圖,可以快速查詢出赤潮邊緣數(shù)據(jù),為赤潮的準(zhǔn)確預(yù)報(bào)預(yù)警提供輔助決策。
【學(xué)位單位】：上海海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：X834;TP311.13
【部分圖文】：

上海海洋大學(xué)碩士學(xué)位論文其可以作為圖上的點(diǎn)、邊查詢存在。針對(duì)赤潮發(fā)生階段轉(zhuǎn)換的種赤潮邊緣數(shù)據(jù)。對(duì) 跳可達(dá)性查詢進(jìn)行改進(jìn)，使其可以應(yīng)用數(shù)據(jù)圖模型 RTGraph 上，通過構(gòu)建 跳索引圖，快速準(zhǔn)確地查

圖 2-1 海洋數(shù)據(jù)圖構(gòu)建流程Fig. 2-1 Graph Model Building Workflow of Marine Data海洋數(shù)據(jù)圖模型構(gòu)建可以分為以下五步：（1）確定原始數(shù)據(jù)；（2）數(shù)據(jù)特征分析；（3）構(gòu)建點(diǎn)上標(biāo)簽；（4）關(guān)聯(lián)構(gòu)建；（5）圖構(gòu)建。構(gòu)建方式步驟為如圖 2-1 所示，本節(jié)將針對(duì)每個(gè)步驟分別進(jìn)行介紹。2.3.1 原始數(shù)據(jù)確定海洋數(shù)據(jù)信息來源廣泛[46]，包括遙感衛(wèi)星、浮標(biāo)、走航船及海底機(jī)器人等。各檢測(cè)手段采用不同的數(shù)據(jù)獲取技術(shù)達(dá)到對(duì)海洋進(jìn)行監(jiān)測(cè)目的，采集到的數(shù)據(jù)形式包括：結(jié)構(gòu)化屬性數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。這三種類型的數(shù)據(jù)均可作為圖上的點(diǎn)存在，數(shù)據(jù)的主要信息可以以點(diǎn)上標(biāo)簽的形式存在。2.3.2 特征分析海洋數(shù)據(jù)具有多源異構(gòu)性，不同類型的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在同一個(gè)模型中時(shí)，需要使用一種方法對(duì)它們進(jìn)行統(tǒng)一描述，本節(jié)分析可以作為描述信息的特征。

Fig. 2-2 Edge Relationship Construction Graph構(gòu)建及查詢，給出例 1 所需要的圖模型。 ( ) ( ) ( ) ( )) 1 2 是點(diǎn)的集合，每條數(shù)據(jù)即為 1 2 是 和得到； ( )的標(biāo)簽集合。 ( ) ，其中， ， 為數(shù)據(jù)類型。 ( )的標(biāo)簽集合。 ( ) ，其中， 為相模型上共有 37493 個(gè)點(diǎn)，使用臺(tái)風(fēng)作為海洋0 個(gè)點(diǎn)和 566 條邊，圖已被大大縮小。例 1 中邊上標(biāo)簽 ( )為Jangmi和 ( )為Marocot的可視化。

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