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副研究员中国科学院数字地球重点实验室2019年12月22日中国地理信息产业协会理论与方法学术研讨会江苏徐州201410.10-12汇报提纲一、研究意义二、时空关联挖掘框架海洋卫星遥感数据预处理面向栅格的海洋时空挖掘策略面向对象的海洋时空挖掘策略海洋时空关联知识可视化三、太平洋时空关联挖掘原型系统四、结论与讨论2014GIS产业理论与方法研讨会江苏徐州研究意义2014GIS产业理论与方法研讨会江苏徐州研究意义1、全球变化已成为研究热点，ENSO是全球变化的一个典型信号2、海洋环境要素与ENSO之间的复杂系统，“响应”与“驱动”关系共存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。4、时空数据挖掘是数据驱动的空关联分析的理论与方法，突破传统的时空统计、EOF、SVD、典型相关、遥相关等2维关联分析方法事实与现状2014GIS产业理论与方法研讨会江苏徐州Apriori算法FP-Tree算法基于互信息的挖掘算法地理对象、地理事件、地理过程挖掘算法数据处理层规则挖掘层知识可视化层挖掘框架研究意义文本、表格、散点平行坐标、镶嵌图矩阵表达、图数据、规则、变量的集成可视化规则知识的专题可视化规则可视化利用多源卫星遥感数据、拓展时空关联规则挖掘算法、技术框架、理论方法建立海洋环境要素的时空关联特征的分析系统实现卫星遥感数据-海洋时空关联知识的提取问题任务2014GIS产业理论与方法研讨会江苏徐州时空关联规则挖掘框架1、实现一个到多个海洋环境要素与全球变化信息的时空关联规则挖掘2、实现共位模式的海洋时空关联规则挖掘3、实现不同海域的海洋时空关联规则挖掘4、同时实现海洋时空关联知识在“区域”和“位置”上的可视化1、人机交互界面，实现不同参数的输入2、面向栅格的挖掘策略3、面向对象的挖掘策略4、基于组件的交互式可视化策略2014GIS产业理论与方法研讨会江苏徐州系统需求解决方案时空关联规则挖掘框架2014GIS产业理论与方法研讨会江苏徐州时空关联规则挖掘框架2014GIS产业理论与方法研讨会江苏徐州海洋卫星遥感数据集0.25°2°1°0.5°空间尺度时空关联规则挖掘框架ENSO事件海洋锋涡旋西太平洋暖池东太平洋冷舌太平洋雨池海洋生物富集区和贫瘠区海洋敏感对象2014GIS产业理论与方法研讨会江苏徐州海洋对象的提取与表达时空关联规则挖掘框架2014GIS产业理论与方法研讨会江苏徐州海洋对象的提取与表达时空关联规则挖掘框架2014GIS产业理论与方法研讨会江苏徐州海洋对象的提取与表达-0.20-0.100.000.100.201982198419861988199019921994199619982000200220042006200820102012time(yr)SSTPCScores-3-2-101234MultivariantENSOindicesSSTPCScoreMEI时空关联规则挖掘框架2014GIS产业理论与方法研讨会江苏徐州海洋对象的提取与表达时空关联规则挖掘框架2014GIS产业理论与方法研讨会江苏徐州海洋时空挖掘数据库GeoDatabase10.0海洋栅格数据集海洋遥感对象时空挖掘表时空关联规则挖掘框架2014GIS产业理论与方法研讨会江苏徐州面向栅格的海洋时空关联模式挖掘SpatiotemporalminingalgorithmMinimumsupportFrequentpatternsAssociationpatternsSpatiotemporalminingcomponentSpatiotemporalknowledgeSpaceTimePatternsVisualizationcomponentMultiplelong-termmarineremotesensingimagesSpatiotemporalminingtransactiontableSpaceTimeParameterDatapretreatmentcomponent时空关联规则挖掘框架2014GIS产业理论与方法研讨会江苏徐州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海洋异常的表达5个级别：-2，-1,0,1和2表达不同的变化模式时空关联规则挖掘算法Apriori算法FP-Tree算法基于互信息的规则挖掘算法面向对象的规则可视化面向栅格的规则可视化2014GIS产业理论与方法研讨会江苏徐州面向对象vs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2014GIS产业理论与方法研讨会江苏徐州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2014GIS产业理论与方法研讨会江苏徐州太平洋海洋时空关联挖掘原型系统2014GIS产业理论与方法研讨会江苏徐州统一时空尺度的海洋栅格数据集形式化的海洋时空关联知识海洋挖掘对象海洋时空挖掘事务表太平洋海洋时空关联挖掘原型系统2014GIS产业理论与方法研讨会江苏徐州太平洋海洋时空关联挖掘原型系统2014GIS产业理论与方法研讨会江苏徐州太平洋海洋时空关联挖掘原型系统2014GIS产业理论与方法研讨会江苏徐州太平洋海洋时空关联挖掘原型系统2014GIS产业理论与方法研讨会江苏徐州太平洋海洋时空关联挖掘原型系统2014GIS产业理论与方法研讨会江苏徐州太平洋海洋时空关联挖掘原型系统2014GIS产业理论与方法研讨会江苏徐州LegendNoRelationshipStrongLaNiña-SSTAabnormaldropStrongElNiño-SSTAabnormaldropStrongElNiño-SSTAabnormalriseStrongLaNiña-CHLAabnormaldropStrongLaNiña-SLAAabnormaldropStrongLaNiña-SLAAabnormalriseStrongElNiño-SSTAabnormalriseSSTAabnormaldrop-StrongLaNiñaSSTAabnormaldrop-WeakLaNiñaSSTAabnormalriseWeakLaNiñaSSTAabnormaldrop-StrongElNiñoSSTAabnormalrise-StrongElNiñoSSTAabnormalriseCHLAabnormaldropSSTAabnormaldropCHLAabnormalriseSSTAabnormalriseCHLAabnormalriseSSTAabnormaldrop-SLAAabnormaldropSSTAabnormaldrop-SLAAabnormalriseSSTAabnormalrise-SLAAabnormalriseCHLAabnormaldrop-SSTAabnormalriseCHLAabnormaldrop-SLAAabnormalriseCHLAabnormalrise-SLAAabnormalriseSLAAabnormaldrop-WeakElNiñoSLAAabnormaldrop-StrongElNiñoSLAAabnormaldrop-SSTAabnormaldropSLAAabnormaldrop-SSTAabnormalriseSLAAabnormalrise-SSTAabnormalriseSLAAabnormaldrop-CHLAabnormalriseSLAAabnormaldrop-SSPAabnormaldropSLAAabnormaldrop-SSPAslightdrop太平洋海洋时空关联挖掘原型系统2014GIS产业理论与方法研讨会江苏徐州太平洋海洋时空关联挖掘原型系统2014GIS产业理论与方法研讨会江苏徐州太平洋海洋时空关联挖掘原型系统2014GIS产业理论与方法研讨会江苏徐州太平洋海洋时空关联挖掘原型系统2014GIS产业理论与方法研讨会江苏徐州VWndASLAA结论与讨论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：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：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。结论与讨论在应用前景方面：提取的要素的空间敏感区的时间序列用于表达全球变化信号（ENSO信号）-1.2-0.7-0.20.30.8JunJulAugSepOctNovDecJanFebMarAprMay-1.2-0.8-0.4020112012MEITime(month)SSTAnomalySSTAnomalyMEILaNinaeventthreshold结论与讨论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。海洋海量数据（大数据）Vs时空挖掘算法：Apriori算法、FP-Tree算法海洋动态过程Vs时空挖掘策略：栅格、对象；海洋事件、海洋过程海洋时空尺度Vs时空关联挖掘结果：年、季、月、旬、天；点位、区域、全球海洋时空规则复杂性Vs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相关参考文献薛存金.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*,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,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):667-674.XueCJ*.,DongQ.,QinLJ.2014(a).Acluster-basedmethodformarinesensitiveobjectextractionandrepresentation[J].JournalofChineseOceanUniversity,June,2014(Accept)XueCJ*.,DongQ.,FanX.2014(b).SpatiotemporalassociationpatternsofmultipleparametersinthenorthwesternPacificOceanandtheirrelationshipswithENSO[J].InternationalJournalofRemoteSensing,2014,35:11-12,4467-4483,DOI:10.1080/01431161.2014.916436.XueCJ*.,DongQ.,MaWX.2014(c).Object-orientedspatial-temporalassociationrulesminingonoceanremotesensingimagery[C].IOPConf.Series:EarthandEnvironmentalScience,17,(2014)012109.XueCJ*.,SongWJ.,QinLJ.,DongQ.,WenXY.2014(d).Raster-orientedabnormalassociationpatternmininginmarineenvironments[C].201410thInternationalConferenceonNaturalComputation,19-21August2014,Xiamen,China.LiLW.,XueCJ*.,LiuJ.,WangZJ.,QinLJ.2014.Raster-basedvisualizationofabnormalassociationpatternsinmarineenvironments[J],