海洋时空关联挖掘信息系统研究

1、海洋时空关联挖掘信息系统研究海洋时空关联挖掘信息系统研究薛存金薛存金 副研究员副研究员中国科学院数字地球重点实验室中国科学院数字地球重点实验室20222022年年4 4月月2 2日日中国地理信息产业协会理论与方法学术研讨会中国地理信息产业协会理论与方法学术研讨会 江苏江苏 徐州徐州 2014 10.10-12汇报提纲汇报提纲一一、研究意义、研究意义二二、时空关联挖掘框架、时空关联挖掘框架l 海洋卫星遥感数据预处理海洋卫星遥感数据预处理l 面向栅格的海洋时空挖掘策略面向栅格的海洋时空挖掘策略l 面向对象的海洋时空挖掘策略面向对象的海洋时空挖掘策略l 海洋时空关联知识可视化海洋时空关联知识可视化三

2、三、太平洋时空关联挖掘原型系统、太平洋时空关联挖掘原型系统四四、结论与讨论、结论与讨论2014 GIS产业理论与方法研讨会产业理论与方法研讨会 江苏江苏 徐州徐州研究意义研究意义2014 GIS产业理论与方法研讨会产业理论与方法研讨会 江苏江苏 徐州徐州研究意义研究意义1、全球变化已成为研究热点，、全球变化已成为研究热点，ENSO是是全球变化的一个典型信号全球变化的一个典型信号2、海洋环境要素与、海洋环境要素与ENSO之间的复杂系统，之间的复杂系统，“响应响应”与与“驱动驱动”关关系共存系共存3、卫星遥感数据为研究全球尺度的问题提供了不可替代的数据源。、卫星遥感数据为研究全球尺度的问题提供了不

3、可替代的数据源。4、时空数据挖掘是数据驱动的空关联分析的理论与方法，突破传统、时空数据挖掘是数据驱动的空关联分析的理论与方法，突破传统的时空统计、的时空统计、EOF、SVD、典型相关、遥相关等、典型相关、遥相关等2维关联分析方法维关联分析方法事实与现状事实与现状2014 GIS产业理论与方法研讨会产业理论与方法研讨会 江苏江苏 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 地理对象、地理事件、地理过程地理对象、地理事件、地理过程挖掘算法挖掘算法l 数据处理层数据处理层l 规则挖掘层规则挖掘层l 知识可视化层知识可视化层挖掘框架挖掘框

4、架研究意义研究意义l 文本、表格、散点文本、表格、散点l 平行坐标、镶嵌图平行坐标、镶嵌图l 矩阵表达、图矩阵表达、图l 数据、规则、变量的集成可视化数据、规则、变量的集成可视化l 规则知识的专题可视化规则知识的专题可视化规则可视化规则可视化l 利用多源卫星遥感数据、拓展利用多源卫星遥感数据、拓展时空关联规则挖掘算法、技时空关联规则挖掘算法、技术框架、理论方法术框架、理论方法l 建立海洋环境要素的时空关联特征的分析系统建立海洋环境要素的时空关联特征的分析系统l 实现卫星遥感数据实现卫星遥感数据-海洋时空关联知识的提取海洋时空关联知识的提取问题任务问题任务2014 GIS产业理论与方法研讨会产业

5、理论与方法研讨会 江苏江苏 徐州徐州时空关联规则挖掘框架时空关联规则挖掘框架1、实现一个到多个海洋环、实现一个到多个海洋环境要素与全球变化信息的境要素与全球变化信息的时空关联规则挖掘时空关联规则挖掘2、实现共位模式的海洋时、实现共位模式的海洋时空关联规则挖掘空关联规则挖掘3、实现不同海域的海洋时、实现不同海域的海洋时空关联规则挖掘空关联规则挖掘4、同时实现海洋时空关联、同时实现海洋时空关联知识在知识在“区域区域”和和“位置位置”上的可视化上的可视化1、人机交互界面，、人机交互界面，实现不同参数的实现不同参数的输入输入2、面向栅格的挖掘、面向栅格的挖掘策略策略3、面向对象的挖掘、面向对象的挖掘策

6、略策略4、基于组件的交互、基于组件的交互式可视化策略式可视化策略2014 GIS产业理论与方法研讨会产业理论与方法研讨会 江苏江苏 徐州徐州系统需求系统需求解决方案解决方案时空关联规则挖掘框架时空关联规则挖掘框架2014 GIS产业理论与方法研讨会产业理论与方法研讨会 江苏江苏 徐州徐州时空关联规则挖掘框架时空关联规则挖掘框架2014 GIS产业理论与方法研讨会产业理论与方法研讨会 江苏江苏 徐州徐州海洋卫星遥感数据集海洋卫星遥感数据集0.25210. 5空间尺度空间尺度时空关联规则挖掘框架时空关联规则挖掘框架l ENSO事件事件l 海洋锋海洋锋l 涡旋涡旋l 西太平洋暖池西太平洋暖池l 东太

7、平洋冷舌东太平洋冷舌l 太平洋雨池太平洋雨池l 海洋生物富集区和贫瘠区海洋生物富集区和贫瘠区l 海洋敏感对象海洋敏感对象2014 GIS产业理论与方法研讨会产业理论与方法研讨会 江苏江苏 徐州徐州海洋对象的提取与表达海洋对象的提取与表达时空关联规则挖掘框架时空关联规则挖掘框架2014 GIS产业理论与方法研讨会产业理论与方法研讨会 江苏江苏 徐州徐州海洋对象的提取与表达海洋对象的提取与表达时空关联规则挖掘框架时空关联规则挖掘框架2014 GIS产业理论与方法研讨会产业理论与方法研讨会 江苏江苏 徐州徐州海洋对象的提取与表达海洋对象的提取与表达时空关联规则挖掘框架时空关联规则挖掘框架2014 G

8、IS产业理论与方法研讨会产业理论与方法研讨会 江苏江苏 徐州徐州海洋对象的提取与表达海洋对象的提取与表达时空关联规则挖掘框架时空关联规则挖掘框架2014 GIS产业理论与方法研讨会产业理论与方法研讨会 江苏江苏 徐州徐州海洋时空挖掘数据库海洋时空挖掘数据库GeoDatabase 10.0海洋栅格数据集海洋栅格数据集海洋遥感对象海洋遥感对象时空挖掘表时空挖掘表时空关联规则挖掘框架时空关联规则挖掘框架2014 GIS产业理论与方法研讨会产业理论与方法研讨会 江苏江苏 徐州徐州面向栅格的海洋时空关联模式挖掘面向栅格的海洋时空关联模式挖掘Spatiotemporal mining algorithmM

9、inimum supportFrequent patternsAssociation patternsSpatiotemporal mining componentSpatiotemporal knowledgeSpaceTimePatternsVisualization componentMultiple long-term marine remote sensing imagesSpatiotemporal mining transaction tableSpaceTimeParameterData pretreatment component时空关联规则挖掘框架时空关联规则挖掘框架201

10、4 GIS产业理论与方法研讨会产业理论与方法研讨会 江苏江苏 徐州徐州面向对象的海洋时空关联模式挖掘面向对象的海洋时空关联模式挖掘时空关联规则挖掘框架时空关联规则挖掘框架l 海洋异常的表达海洋异常的表达5个级别：个级别：-2，-1,0,1和和2表达不同的变化模式表达不同的变化模式l 时空关联规则挖掘算法时空关联规则挖掘算法Apriori算法算法FP-Tree算法算法基于互信息的规则挖掘算法基于互信息的规则挖掘算法l 面向对象的规则可视化面向对象的规则可视化l 面向栅格的规则可视化面向栅格的规则可视化2014 GIS产业理论与方法研讨会产业理论与方法研讨会 江苏江苏 徐州徐州面向对象面向对象vs

11、面向栅格的海洋时空关联模式挖掘面向栅格的海洋时空关联模式挖掘时空关联规则挖掘框架时空关联规则挖掘框架2014 GIS产业理论与方法研讨会产业理论与方法研讨会 江苏江苏 徐州徐州海洋异常关联模式的交互可视化海洋异常关联模式的交互可视化太平洋海洋时空关联挖掘原型系统太平洋海洋时空关联挖掘原型系统2014 GIS产业理论与方法研讨会产业理论与方法研讨会 江苏江苏 徐州徐州太平洋海洋时空关联挖掘原型系统太平洋海洋时空关联挖掘原型系统2014 GIS产业理论与方法研讨会产业理论与方法研讨会 江苏江苏 徐州徐州统一时空尺度的统一时空尺度的海洋栅格数据集海洋栅格数据集形式化的海洋时形式化的海洋时空关联知识空

12、关联知识海洋挖掘对象海洋挖掘对象海洋时空挖掘事海洋时空挖掘事务表务表太平洋海洋时空关联挖掘原型系统太平洋海洋时空关联挖掘原型系统2014 GIS产业理论与方法研讨会产业理论与方法研讨会 江苏江苏 徐州徐州太平洋海洋时空关联挖掘原型系统太平洋海洋时空关联挖掘原型系统2014 GIS产业理论与方法研讨会产业理论与方法研讨会 江苏江苏 徐州徐州太平洋海洋时空关联挖掘原型系统太平洋海洋时空关联挖掘原型系统2014 GIS产业理论与方法研讨会产业理论与方法研讨会 江苏江苏 徐州徐州太平洋海洋时空关联挖掘原型系统太平洋海洋时空关联挖掘原型系统2014 GIS产业理论与方法研讨会产业理论与方法研讨会 江苏江

13、苏 徐州徐州太平洋海洋时空关联挖掘原型系统太平洋海洋时空关联挖掘原型系统2014 GIS产业理论与方法研讨会产业理论与方法研讨会 江苏江苏 徐州徐州太平洋海洋时空关联挖掘原型系统太平洋海洋时空关联挖掘原型系统2014 GIS产业理论与方法研讨会产业理论与方法研讨会 江苏江苏 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 La

14、 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 dropCHLA

15、 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 N

16、ioSLAA 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太平洋海洋时空关联挖掘原型系统太平洋海洋时空关联挖掘原型系统2014 GIS产业理论与方法研

17、讨会产业理论与方法研讨会 江苏江苏 徐州徐州太平洋海洋时空关联挖掘原型系统太平洋海洋时空关联挖掘原型系统2014 GIS产业理论与方法研讨会产业理论与方法研讨会 江苏江苏 徐州徐州太平洋海洋时空关联挖掘原型系统太平洋海洋时空关联挖掘原型系统2014 GIS产业理论与方法研讨会产业理论与方法研讨会 江苏江苏 徐州徐州太平洋海洋时空关联挖掘原型系统太平洋海洋时空关联挖掘原型系统2014 GIS产业理论与方法研讨会产业理论与方法研讨会 江苏江苏 徐州徐州VWndASLAA结论与讨论结论与讨论在海洋环境要素方面：在海洋环境要素方面：海洋时空关联分析系统以ENSO作为全球变化的典型信号，建立了ENSO与

18、海洋环境要素（海洋生物光学参数：Chl-a和海洋动力参数:SST、SSP、SLA、SSW）异常变化的时空关联分析在数据对象方面：在数据对象方面：海洋时空关联分析系统实现了卫星遥感影像（面向栅格）和海洋现象或对象（面向对象）两种数据类型的时空分析在系统功能方面：在系统功能方面：实现了海洋数据预处理与对象提取、海洋时空挖掘数据库、海洋时空挖掘组件、海洋时空关联知识表达与可视化等功能。结论与讨论结论与讨论在应用前景方面：在应用前景方面：提取的要素提取的要素的空间敏感区的的空间敏感区的时间序列用时间序列用于于表达全球变化信号（表达全球变化信号（ENSO信号信号）JunJulAugSepOctNovDe

19、cJanFebMarAprMay-1.2-0.7-0.20.30.8-1.2-0.8-0.4020112012Time(month)MEISST AnomalySST AnomalyMEILa Nina event threshold结论与讨论结论与讨论面向海量海洋遥感数据和调查资料，海洋时面向海量海洋遥感数据和调查资料，海洋时空数据挖掘是个新的研究领域。空数据挖掘是个新的研究领域。l海洋海洋海量海量数据数据（大数据）（大数据）Vs时空挖掘算法时空挖掘算法：Apriori算法、FP-Tree算法l海洋动态过程海洋动态过程Vs时空挖掘策略时空挖掘策略：栅格、对象；海洋事件、海洋过程l海洋时空尺度

20、海洋时空尺度Vs时空关联挖掘结果时空关联挖掘结果：年、季、月、旬、天；点位、区域、全球l海洋时空规则复杂性海洋时空规则复杂性Vs时空规则可视化时空规则可视化：栅格规则知识、对象规则知识、事件规则知识海洋时空分析理论与方法海洋时空分析理论与方法相关参考文献相关参考文献薛存金薛存金.2008. 海洋GIS时空过程数据模型研究D.北京: 中国科学院地理科学与资源研究所.薛存金薛存金*,周成虎,苏奋振,董庆,谢炯. 2010. 面向过程的时空数据模型研究J. 测绘学报, 39(1):95-101. 薛存金薛存金, 董庆. 海洋时空过程数据模型及其原型系统构建研究J. 海洋通报, 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 northwester

22、n 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 J

24、., 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