海洋信息管理系统的设计与实现_黄冬梅

格式：pdf
大小：783.77 KB
文档页数：3

下载文档原格式

会议--基于异常检测技术的海洋水文信息管理系统的设计与实现

基于异常检测技术的海洋水文数据管理系统的设计与实现黄冬梅田瑜基王建（上海海洋大学信息学院，上海201306）摘要为了解决海洋水文数据的多源异构问题,提高海洋水文数据质量,使用户对大量复杂的海洋水文数据进行有效的管理，本文设计实现了一套基于时间序列异常检测技术的海洋水文数据管理系统。

该系统主要包括：数据采集，数据预处理，异常检测，数据存储，数据管理和数据展示六部分。

本文首先介绍了该系统的体系结构，然后对各个功能模块进行了详细的阐述，并对海洋水文数据进行了详细的分析。

针对大量的海洋水文数据存在数据不一致、数据冗余和数据缺失等问题，本文使用了基于累积变化量的时间序列异常点检测方法，有效的检测出海洋水文数据中的异常点，再选择适当的修正方法对异常点进行修正，为海洋水文信息数据库提供干净、准确、简洁的数据，从而建立一套完善的海洋信息管理系统，能够快速高效的对海洋水文数据进行管理，为海洋相关部门管理决策提供科学的支持。

关键字海洋水文数据管理系统；海洋水文数据；数据管理；异常检测中图法分类号TP311Design and Implementation of marine information management systemDongmei Huang , Yuji Tian, Jian Wang（College of Information , Shanghai Ocean University, Shanghai, 201306）Abstract In order to solve the problem of multi-source heterogeneous data, improve the quality of marine data, and efficiently manage a large number of complex marine data, the paper designs and implements marine information management system. The system includes six parts: data acquisition, data preprocessing, anomaly detection, data storage, data management and data display. This paper introduces the architecture of the system, gives a detailed exposition of the various functional modules, and carries on detailed analysis for marine data. Because a large number of marine data exists these problems: data inconsistencies, data gaps and data redundancy and so on . Therefore, the paper makes use of time series anomaly detection method which is based on the cumulative variation and can effectively detect outliers in the marine data. Then the paper selects the appropriate correction method of outliers amendment. The method provides clean, accurate, concise data for marine information database, thereby the paper establishes a comprehensive marine information management system, which effectively manages ocean data, guides the business process of marine relevant departments scientific and standardized and provides strong support for China's digital marine construction.Keywords marine information management system; marine data; data management; anomaly detection1 引言为了满足涉海单位和用户对海洋水文数据管理和海洋水文数据分析统计的需求，设计建设海洋水文数据管理系统势在必行。

海洋智能化管理系统的构建与实践

海洋智能化管理系统的构建与实践海洋，这片占据了地球表面约 71%的广阔领域，对于人类的生存和发展具有至关重要的意义。

随着科技的不断进步，海洋智能化管理系统的构建成为了实现海洋可持续发展和高效利用的关键手段。

海洋智能化管理系统是一个融合了多种先进技术和理念的综合性平台，旨在对海洋资源、环境、生态、安全等方面进行全面、实时、精准的监测、分析和管理。

其构建涉及到多个学科领域的知识和技术，包括海洋科学、信息技术、传感器技术、数据分析、人工智能等。

在系统的硬件设施方面，高精度的传感器是获取海洋数据的关键。

这些传感器可以安装在浮标、船舶、水下机器人等设备上，实时采集海洋的物理、化学、生物等参数，如温度、盐度、深度、溶解氧、叶绿素含量等。

同时，卫星遥感技术也为大范围的海洋监测提供了有力支持，能够获取海洋表面的温度、风速、海浪等信息。

数据传输是海洋智能化管理系统的重要环节。

由于海洋环境的特殊性，传统的有线传输方式存在诸多限制，因此需要依靠无线通信技术，如卫星通信、海洋无线电通信等，将采集到的数据快速、稳定地传输到数据中心。

数据中心是海洋智能化管理系统的“大脑”，负责接收、存储和处理海量的海洋数据。

在这里，运用强大的数据分析和处理算法，对数据进行筛选、清洗、整合和分析，提取出有价值的信息和知识。

例如，通过对长期的海洋温度数据进行分析，可以发现海洋温度的变化趋势，为预测气候变化提供依据；通过对海洋生态数据的分析，可以了解海洋生物的分布和种群变化，为保护海洋生态系统制定策略。

除了数据处理，可视化技术也是海洋智能化管理系统的重要组成部分。

通过将复杂的数据以直观、清晰的图表、图像等形式展示出来，管理者和决策者能够更加快速、准确地理解海洋的状况和变化趋势，从而做出科学的决策。

例如，利用三维地图展示海洋地形和海洋资源分布，利用动态图表展示海洋环境参数的变化。

在海洋资源管理方面，海洋智能化管理系统可以实现对海洋渔业资源、矿产资源、能源资源等的精准评估和合理规划。

海洋工程船舶综合信息集成管理系统的可视化设计与实现

海洋工程船舶综合信息集成管理系统的可视化设计与实现随着海洋工程船舶的发展和海上作业的复杂性增加，对于海洋工程船舶综合信息集成管理系统的需求也越来越高。

这个系统不仅需要有效地集成海洋工程船舶的各项数据和信息，还需要能够将这些数据和信息以可视化的方式呈现给用户，以便更好地监控和管理海洋工程船舶的运行状态。

在海洋工程船舶综合信息集成管理系统的可视化设计和实现过程中，有几个关键的因素需要考虑。

首先是数据采集和处理，其次是数据可视化的方式和工具，最后是用户界面的设计和交互方式。

数据采集和处理是海洋工程船舶综合信息集成管理系统的基础。

通过各种传感器和监测设备，系统可以实时地采集和监测海洋工程船舶的各项数据，包括位置、速度、姿态、温度、压力等等。

这些数据需要进行预处理和分析，以满足用户对于实时数据的需要，并确保数据的准确性和可靠性。

在数据可视化方面，有多种方式和工具可供选择。

最常见的方式是将数据以图表、表格或统计图的形式呈现给用户，以便用户能够更直观地了解海洋工程船舶的运行状态。

此外，还可以使用地图、三维模型等可视化工具，帮助用户更好地理解和分析海洋工程船舶的空间分布和运行情况。

用户界面的设计和交互方式对于海洋工程船舶综合信息集成管理系统的实用性和易用性至关重要。

在设计用户界面时，需要考虑用户的需求和使用习惯，尽量简化操作流程，提供直观、清晰的操作界面。

同时，还要考虑不同用户的角色和权限，确保系统能够满足不同用户的特定需求。

海洋工程船舶综合信息集成管理系统的可视化设计与实现还需要注重系统的稳定性和安全性。

在设计和实现过程中，需要考虑系统的可扩展性和容错性，以应对海洋工程船舶运营过程中可能出现的各种情况和意外。

此外，还需要对系统进行数据加密和访问控制等安全性措施，以保护海洋工程船舶的数据和信息不被未经授权的访问和滥用。

总之，海洋工程船舶综合信息集成管理系统的可视化设计与实现是一个复杂而关键的任务。

通过合理的数据采集和处理、多样化的数据可视化方式和工具、用户友好的界面设计和交互方式，以及系统的稳定性和安全性措施，可以有效提高海洋工程船舶的监控和管理能力。

海洋工程信息模型(OIM)的构建和应用探索

４．２在海岛保护开发中的应用
海岛保护主要是海岛信息的管理，目前我国海岛的数据资料大都是在前期海岛普查的根据海洋数据特点与信息服务需求，海基础上构建的，虽然经过了细致的整理，但还建筑信息模型（ＢＩＭ，Ｂｕｉｌｄｉｎｇ洋信息模型平台（ＯＩＭ）的体系框架如图ｌ所是存在着缺漏、实时变化更新及与实际不符等ＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＭｏｄｅｌｉｎｇ）是基于三维建筑模型的示，可分为三个层级，分别为数据收集层、交问题，引入海洋信息模型，结合最新的无人机信息集成和管理技术，以三维数字技术为基础，互处理层、信息应用层。航拍遥测获取的数据信息，构建真实化、三维集成了建筑工程项目各种相关信息的工程数据的海岛信息管理平台，可有效的提高海岛保护模型，是对工程项目设施实体和功能特性的数３．１数据收集层管理水平，为海岛的进一步保护开发奠定基础。字化表达。ＢＩＭ可应用于工程项目规划、勘察、此为ＯＩＭ的基础支撑，即海洋相关丰富设计、施工、运营维护、改建等各方面，实现５结语建筑全生命期内各参与方在同一建筑信息模型数据的收集与输入，包括各类海洋数据采集平基础的数据共享，支持各专业协同工作，支持台的数据的收集，如地理地形数据、水文气候目前海洋信息化利用尚处于文字、图片、视频等平面的数据格式，无法与现实的三维世对工程环境、能耗、经济、质量、安全等方面数据、动植物数据、化学数据、海洋开发项目的分析、检查和模拟，为项目全过程的方案优信息数据、物联网感知数据等；将数据通过各界进行交互。为解决这种困境，本文提出海洋种网络汇总、传输到下一系统，将不同数据采信息模型平台（化和科学决策提供依据。具体表现在：０ＩＭ）构建的内涵与体系架构，集平台的数据实现互联互通，打破信息孤岛，（１）海洋经济价值主要由渔产、观光、即利用三维模型作为海洋信息的数据载体，通航运和珊瑚及红树林提供的海岸保护作用组及时、可靠地完成数据信息的传输和汇总。过三维模型整合各种海洋信息，同时关注时空成，这些海洋资产的时空演变特性显著，由此３性，在海洋调查、保护、开发、管理的生命周．２交互处理层引发的海洋资产数据具有强时空性，每一次数期过程中进行共享和传递；同时从ＩＦＣ数据交据观测都对应具体的时间与空间位置信息，海此为核心部分，不仅通过大数据挖掘技换标准接口技术、云平台构建技术、三维图形洋数据应用价值一定是在具体的时间与空间位术来处理得到各种有效信息，通过信息模型技平台技术、大数据挖掘技术等系统阐述ＯＩＭ置下才具有，这要求海洋三维建模时更注重海术，构建海洋三维信息模型（水上及水下三维关键技术，具备可行性与操作性洋资产的动态管理。目前ＢＩＭ重视工程项目模型），辅以环境时空模拟化，对收集加载的过程管理，但是数据积累却不体现时空性，缺海量数据进行综合协同优化处理，使各项事务参考文献乏工程外部环境的动态管理。与事件可视化、交互化。［１］黄冬梅，赵丹枫，魏立斐，杜艳玲，王振（２）海洋水文、气候环境呈现很强的整华．大数据背景下海洋数据管理的挑战与３．３信息应用层体性，如台风形成、洋流走向、海浪幅度、海对蓑［Ｊ】．计算机科学，２０１６，４３（０６）：１７ — 啸趋势等等，更加关注海洋资源管理直接相关２３．作为信息展示部分，包含信息可视化系的海洋灾害形成过程、影响和预警，这要求海２］纪博雅，戚振强．国内ＢＩＭ技术研究现状统和决策与发布系统两大方面，不仅实现海洋［洋三维建模不仅关注主动信息（即ＢＩＭ中使要素、海洋过程、海洋资产、海洋预报、海洋［Ｊ】．科技管理研究，２０１５（０６）：１８４ — １９０．用的工程项目规划、勘察、设计、施工、运营保护开发的多维、动态、可视化表达，如基于【３］马志明，李严，李胜波．ＩＦＣ架构维护、改建等主动收集的相关工程数据，关注海洋三维信息模型可视化的气候模拟与灾害预及模型构成分析 … ．四川兵＿Ｔ－学工程项目本身的信息），更应重视收集被动信警、海洋开发项目全生命周期管理、环境保护报，２０１４，３５（４４）：ｉ１４－ｉ１８．息（工程项目外部的大范围的水文、气候、地与生态修复、海洋信息展示、虚拟现实展示等质、生物等环境数据）。等；而且能够通过网络计算机、智能手机ＡＰＰ作者单位因此，基于上述海洋数据特性和信息化等灵活、机动的客户端方式，为海洋领域相关福建省海洋预报台福建省福州市３５０００１

面向智慧海洋的海洋信息管理服务平台设计与实现

1 系统建设目标
海洋信息管理服务平台的总体目标是：立足为海洋与渔业经济建设服务、为海洋与渔业管理服务、为政府决策服务，在“统筹规划、分步实施；统一平台、资源共享；有限目标、面向服务；统一管理、安全保密；着眼业务化和实际应用”，以海洋与渔业信息基础平台建设为核心，以海洋与渔业专题信息应用系统建设为主体，建成集海洋与渔业信息采集、信息传输交换、海洋与渔业综合管理、执法与监管、行政审批、辅助决策支持与公众信息服务一体化，全市海洋系统上下贯通、左右联接、运转协调、便捷高效的比较完整的海洋与渔业信息化体系，最大程度地发挥海洋与渔业信息资源在社会和经济发展中的作用，使海洋与渔业信息化水平和能力满足我市海洋经济日益快速发展
4 系统实现
4.1 系统开发运行环境本文选用My Eclipse作为海洋信息管理服务平台的开
发平台，My Eclipse的功能非常强大，对各种脚本具有很好的兼容性，同时也是专注于J2 E E 方面的I D E开发工具，My E cl ip s e所具有的这些特性使其成为了现在应用最为普及的软件开发平台。本文主要结合Arc GIS Engine对J2EE 技术框架环境下ArcGIS Engine的开发技术进行研究。 4.2 GIS处理模块实现
信息科学 DOI：10.16660/ki.1674-098X.2020.02.133
科技创新导报 2020 NO.02
Science and Technology Innovation Herald
面向智慧海洋的海洋信息管理服务平台设计与实现
张皓 (中国船舶重工集团有限公司第七一0研究所湖北宜昌 443000)

基于海洋发展战略需求的空间信息与数字技术专业课程体系建设

基于海洋发展战略需求的空间信息与数字技术专业课程体系建设作者：何世钧张书台袁小华王令群黄冬梅来源：《计算机教育》2014年第10期摘要：空间信息与数字技术专业是教育部本科专业目录中的计算机类特设专业（080908T）。

文章根据国家海洋大国发展战略对空间信息与数字技术专业的需求，按照上海海洋大学空间信息与数字技术专业的定位和培养目标，对空间信息与数字技术专业的课程体系进行研究和探讨。

关键词：空间信息与数字技术；海洋发展战略；专业定位；课程体系0、引言21世纪是海洋的世纪，不仅是人类全面认识、开发和保护海洋的世纪，更是培养高水平海洋科学人才的世纪。

中国是一个具有漫长海岸线的发展中大国，随着世界经济逐步向海洋扩展，国内经济发展、科学研究的重点也逐渐面向海洋，朝着海洋大国的方向加速前进。

海洋事业的建设对海洋资源开发与利用、国防与国家安全、海洋科学研究、海洋环境保护、海洋综合管理以及保证海洋经济可持续发展等方面具有十分重要的意义。

随着3S技术（GIS、RS和GPS）的发展，传统的海洋科学发生了革命性的变化，如海洋卫星、各类浮标、海底观测网和沿海台站组成的全球海洋立体监测与数据获取系统等，使得海洋数据以海量、实时、动态、多类、多源等形式产生，这种变化要求空间信息技术与传统的海洋科学技术紧密结合，国内迫切需要面对海洋信息的各类专业人才。

空间信息与数字技术是运用计算机软件技术、通信技术，综合研究空间信息数字化、网络化、可视化和智能化的工程理论与技术科学，它将空间信息的各种载体向数字载体转换，通过网络通信技术加载到各个专业领域，支持各行业数字工程的实现，是一门集地理学、测绘科学、计算机科学、空间科学、信息科学和管理科学等多门学科为一体的综合集成学科，具有多学科交叉的显著特点。

2004年，武汉大学首先开设并招收空间信息与数字技术专业的本科生。

上海海洋大学根据国家海洋事业发展的需要，立足于上海的区位优势，于2010年率先在上海市开设了“空间信息与数字技术”专业。

一种多元台风时间序列的相似性度量方法

，La1 ,Lo1}, {MD1，MV1 ,P 1 A(U ) {MD2，MV2 ,P2，La2 ,Lo2 }, {MD ，MV ,P ，La ,Lo } n n n n n
定义 2 要素依赖。对于台风的所有要素中任意两个要素
F1 ， F2 ，如果 F1 已知，则可以计算出 F2 ，则称 F2 依赖于 F1 ，
以上两篇文章中的方法均没有考虑台风的季节性特点根据本文的方法考虑季节相似与201117号相似的只有195526号和200917号与201323号台风相似的只有200713实验3多元台风时间序列相似性度量方法实用性验证选择200414号台风数据为参考数据编号为1本实验设置贡献率的阈值为90利用21节权重计算方法计算出移向移速的权值分别为0031509685
[1]
typhoon time series, this paper designed a method of similarity measure based on Principal
Component Analysis and weighted dynamic time warping distance. Through the experiment, this method can realize effective
Similarity measure method of multiple typhoon time series
Huang Dongmei1, Zheng Xia1, Zhao Danfeng1†, Wang Lilin2
(1. College of Information, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China; 2. East China Sea Forecast Center of State Oceanic Administration, Shanghai 200129, China) Abstract: The research on similarity measure of typhoon is significant to disaster prevention and auxiliary decision-making. At present, the similarity researches on typhoon mostly focus on the path. First, this paper combed the elements of similarity measure of typhoon and using multivariate time series to describe the typhoon due to the space-time and multi-factor characteristics of it. Second, it gave one method to measure and repair integrity and consistency of typhoon time series. Finally, in the view of unequal length of similarity measure of typhoon. Key Words: similarity measure; multiple time series; integrity ; consistency ; weight calculation ; dynamic time warping 据是一类特殊的关系数据，具有时间属性，因此这些方法不适用于台风数据。海洋领域，文献[7-9]通过抽样方法来检验海洋数据质量是否合格，并没有提出修复方法，目前，对海洋数据质量评估与修复研究还很少，而海洋数据的质量高低直接影响海洋预报等相关研究。因而，数据的广泛应用对数据质量的保障提出了迫切需求。国内外研究工作者对时间序列进行深入挖掘，针对不同研究重点提出各种行之有效的相似性度量方法，大致可分为两类，一类是适合等长时间序列，主要包括模式距离、余弦距离和欧式距离。模式距离[10]是表示两个序列趋势的差异程度，物理概念明确，划分合理，但表示方法粗糙，结论不够精确；基于夹 Agrawal 等角余弦距离[11]计算简单，但匹配序列长度必须相同；人[12]提出的欧式距离（ED），计算简单，时间复杂度是线性的，应用较多，但只适用于等长的时间序列的相似性度量。另一类

海洋信息化管理系统的研究与设计

海洋信息化管理系统的研究与设计随着科技的不断发展，海洋科学和技术也得到了快速发展，如何有效管理海洋资源和保护海洋环境已经成为了一个紧迫的问题。

而海洋信息化管理系统的出现解决了这一问题，成为了现代海洋资源管理和保护的有效工具。

本文将针对海洋信息化管理系统的研究和设计进行探讨。

一、海洋信息化管理系统的概念海洋信息化管理系统是指对海洋资源进行高效、综合、智能的管理，将各类海洋信息元素获取到的识别、分析、处理、传输等环节物理、化学和生物等多层面的数据，结合规划、查询、报表、分析等模块使其形成海洋信息化资料的工具，由此实现海洋资源管理的全面、系统的掌控，保护海洋环境，促进海洋经济和社会的持续发展。

二、海洋信息化管理系统的模块设计海洋信息化管理系统的模块设计主要包含以下几个方面：1. 数据采集模块。

海洋信息化管理系统需要涵盖物理、化学和生物等多层面的数据采集，需要在海洋观测系统的基础上，进一步拓展多元素、多层次的数据采集。

2. 数据入库模块。

数据入库模块是将采集到的数据存放到数据库中，然后通过数据管理模块进行对数据的管理、分析和利用。

3. 数据管理模块。

数据管理模块通过对数据进行分类、整理、分析等，可以帮助用户更好地利用数据，包括数据查询、管理和共享等功能。

4. 数据应用模块。

数据应用模块是将数据进行利用的过程，可以实现多种海洋资源管理和应用需求，如环境监测、沿海海洋资源研究、港口、航道设计等。

三、海洋信息化管理系统的特点1. 实时性。

海洋信息化管理系统具有实时性，能够及时处理海洋资源的监测、预报、预警等信息，实现对海洋环境的实时监测和管理。

2. 综合性。

海洋信息化管理系统不仅可以统一对海洋资源进行管理，还能够综合各个方面的海洋信息，为决策者提供全面的信息。

3. 智能化。

海洋信息化管理系统的智能化体现在对海洋信息进行分析和应用，能够为各种决策提供智能化的参考。

4. 安全性。

海洋信息化管理系统作为一个信息平台，对数据的安全性有着相应的要求，需要进行有效的访问控制、数据加密和备份等措施以保障数据的安全。

海岛管理信息系统的设计与实现_孔梅

地理空间信息GEOSPATIAL INFORMATION第5期收稿日期：2010-02-23项目来源：国家海洋局908专项资金资助项目（SD908-01-03-01）。

海岛指四面环（海）水并在高潮时高于水面的自然形成的陆地区域。

作为海陆相连的桥头堡，其对海洋经济发展、领海范围和专属经济区确定具有特殊的意义。

2005年实施的山东海岛（礁）综合调查获得了大量的数据资料，这些数据具有多源、多维、多学科和格式复杂的特点，包括岸线、水文、气象、地质、生物、化学等多个方面。

面对海洋领域越来越多的信息和GIS 提供的便利的工具，国内许多学者开始考虑海洋地理信息系统(MarineGIS ，MGIS )的概念，并陆续着手建立相关的地理信息系统，取得了一些可喜的成果。

如国家海洋局海洋环境保护研究所的赵玲等人在大连海域内采用ArcView 和ARC/INFO 为GIS 软件平台，通过开发和利用海域资源综合信息实现了海洋环境评价工作的可视化和海湾水动力过程的动画模拟；贾建军、王义刚利用地理信息科学和3S 技术在海岸环境调查与动态监测、海岸带地理信息系统建设等方面做出探讨。

针对海岛相关数据，建立一个高起点、高标准的海岛管理信息系统，为海岛开发和管理提供科学依据是本文的研究目的。

在详细了解山东省908专项办的需求并综合考虑海岛管理信息系统建设的延伸性和扩展性、海量数据的存储、高效并发访问、系统的开放性和安全性等因素的基础上，山东省海岛管理信息系统选用ArcEngine9.2平台和ArcSDE 数据引擎来建立，取得了良好的效果。

1ArcSDE 和ArcEngine 原理ArcSDE 即数据通路，是ArcGIS 的空间数据引擎。

它是在关系数据库管理系统中存储和管理多用户空间数据库的通路。

从空间数据管理的角度看，ArcSDE 是一个连续的空间数据模型，借助这一空间数据模型，可以实现用RDBMS 管理空间数据库。

在RDBMS 中融入空间数据后，ArcSDE 可以提供空间和非空间数据进行高效率操作的数据库服务。

面向海洋应用的Web服务管理监控平台构建

ＨＵＡＮＧｎ・ｅ，ＡＮＧ－ｏＺＨＡＮＧｉｇｈａＨＥｈｎ－ｉＨＯＵ－ｏｇＤｏｇｍｉＦＤｉｕ，ｇＭｎ－ｕ，Ｓｅｇｑ，Ｚｅｄｎ
，
（ｌｇｆｎｏｍａｉｎＳａｇａＯｅｎＵｎｖｒｔ，ｈｈｈｉ００，ｈｎ）Ｃｏｌｅｆｒｔ，ｈｎｈｉｃａｉｅｓｙＳａｇａ２１６ＣｉａｅｏＩｏｉ３
文献标识码：Ａ
中圈号｛Ｐ９分类Ｔ３１
面向海洋应用的Ｗｅｂ服务管理监控平台构建
黄冬梅，方的苟，张明华，何盛琪，侯泽东
（上海海洋大学信息学院，上海２０）Ｏ６Ｉ３
摘
要：在城市风暴潮灾害辅助决策系统中，存在大量的Ｗｅｒｉｓｂｅｖｅ作为数据或功能接１供用户调用。针对Ｗｅｅｖｅ的管理和使用Ｓｃ３ｂｒｃｓＳｉ
Ｃｏｓｒｃｉｎ０ｅｅｖｃｓＭａａｅｅｔｎｏｉｏｉｇＰｌｔｏｍｎｔｕｔｏｆＷｂＳｒｉｅｎｇｍｎｄＭｎｔｒｎａｆｒａＯｒｅｔｄｔｅｎＡｐｌａｉｎｉｎｅ０Ｏｃａｐｉｔｏｓｃ
ｏｕｃｉｎ，ｔｅｍａａｅｅｔａｄｒａｒｆｎｔｏｓｈｎｇｍｎｎｅｌｍｏｉｏｉｇｆｒｔｉｅｅｖｃｓｉｕｎｎｕｓｉｎＴｈｓｐｐｒｂｕｌｎａｅｅｔａｄｍｏｉｏｎｎｔｒｏｈｓＷｂＳｒｉｅｓａｂｒｉｇｑｅｔｏ．ｎｉａｅｉｓａｍａｇｍｎｎｎｔｒｇｔｉｐｌｔｏｍｉｈｉｂｓｄｏＳｆｒｔｉｅｅｖｃｓｕｉｇｔｅｈｏｏｙｏｂＳｅｖｃｓａｄＦｌｘｔｅｂｓｎｓｇｃｏｉｙｔｍｓｈｄｅｙａｆｒｗｈｃｓａｅｎＢ／ｏｓＷｂＳｒｉｅｓｎｈｈｅｔｃｎｌｇｆＷｅｒｉｅｎｅ，ｈｕｉｅｓｌｉｆｔｓｓｓｅｉａｌｄｂｏｈｎ

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

第 30 卷第 10 期 2013 年 10 月
计算机应用与软件 Computer Applications and Software
Vol. 30 No． 10 Oct． 2013
海洋信息管理系统的设计与实现
黄冬梅田瑜基王建
（上海海洋大学信息学院上海 201306）
摘要为了解决海洋数据的多源异构问题，使用户对大量复杂的海洋数据进行有效管理，设计并实现一套海洋信息管理系统。首先介绍系统的体系结构，然后对各模块进行详细的阐述，并对海洋数据进行了详细的分析。针对海洋数据存在数据不一致、数据空缺和数据冗余等问题，使用基于累积变化量的时间序列异常检测方法，有效检测出海洋数据中的异常点，再对异常点进行修正，保证了海洋数据的质量，从而建立一套完善的海洋信息管理系统，使得海洋相关部门的业务流程更加科学化和规范化。
关键词海洋信息管理系统海洋数据数据预处理数据管理时间序列异常检测
中图分类号 TP302
文献标识码 A
DOI： 10． 3969 / j． issn． 1000-386x． 2013． 10． 019
DESIGN AND IMPLEMENTATION OF OCEAN INFOＲMATION MANAGEMENT SYSTEM
图 3 海洋生物数据管理模块
数据分析功能是通过台站比较和多年比较，对某一海洋要素的某一历史时间变化趋势和某一海洋要素正常值进行分析，将海洋数据的规律总结出来，并给予用户提示信息，为决策者提供帮助。界面效果如图 4 所示。
图 4 多年监测数据比较
第 10 期
黄冬梅等：海洋信息管理系统的设计与实现
这些方法均不适用于海洋时间序列。按照异常的表现形式不
同，时间序列的异常可以分为序列异常，点异常和模式异常。本
文主要针对海洋时间序列数据的特点，使用基于累计变化量的
异常点检测方法，用于检测海洋时间序列中的异常点。
本方法涉及一个平均变化量的统计量，表示这段时间序列
中观测值的波动大小，该变量是各个相邻观测值之间的差值和
w1 ·| vi － vN1 | + w2 ·| vi － vN2 | + … + wk ·| vi － vNK | ＞ T w1 + w2 + … + wk
（ 2）
式（ 2）中的＜ w1 ，w2 ，…，wk ＞是指权值向量，赋予每一个
变化量不同的权重。其中，这里的
权值向量＜ w1 ，w2 ，…，wk ＞赋值为＜ 1，2，…，j ＞。通常，在时间轴
2． 2 数据预处理模块
海洋数据挖掘是数据挖掘技术在海洋领域中的应用，是从大量的、不完全的、模糊的、有噪声的、随机的海洋数据中，提取隐含其中的、事先未知但又潜在有用的海洋信息和知识的过程［1］。由于海洋数据主要表现为海洋时间序列，因此，海洋数据挖掘主要是对时序数据的挖掘。据统计，在整个数据挖掘过程中，数据预处理花费 60% 左右的时间，而后的挖掘工作只占整个工作量的 10% 左右。经过数据预处理，不仅可以节约大量的时间和空间，而且得到的挖掘结果能更好地起到决策和预测作用。因此，对这些数据进入数据仓库之前进行预处理是进行数据挖掘的必要保证。
Huang Dongmei Tian Yuji Wang Jian
（ College of Information Science，Shanghai Ocean University，Shanghai 201306，China）
Abstract In order to solve the multi-source heterogeneous problem of ocean data and make users to manage a large number of complex ocean data efficiently，we design and implement a set of ocean information management systems． First，we introduce the architecture of the systems，then give a detailed exposition on various functional modules，and carry on detailed analysis for the ocean data． Aiming at the problems in ocean data such as data inconsistencies，data gaps and data redundancy and so on，we use time series anomaly detection method which is based on the cumulative variation，it can detect outliers in ocean data effectively and then amend them，thus ensures the quality of ocean data，thereby a set of comprehensive ocean information management systems have been established，they guide the business process of relevant marine departments to be more scientific and standardised．
2． 4 数据存储模块
数据存储模块主要是将经过时间序列异常检测后的合格数据及异常修正后的合法数据，存储到海洋信息数据库（该系统使用 SQL Server 2008 Ｒ2 数据库）中。
2． 5 数据管理模块
数据管理模块主要是对海洋气象、海洋水文和海洋生物等数据进行增加、删除、修改、数据导入、查询、数据分析及统计打印等操作。
其中，数据导入功能可以对数据进行批量增加，可以将整个 Excel 表中的数据导入到数据库中，使得批量数据的导入工作更加快捷方便，提高工作效率。
对于查询功能，通过精确查询和模糊查询两种查询方式，实现对海洋数据进行全方位多条件的查询，并将查询效果以图表形式显示。界面效果如图 2 和图 3 所示。
图 2 海洋气象数据管理模块
（ 4）数据归约是用来得到数据集的归约表示，它小得多，但是仍然接近于保持原始数据的完整性，其结果与归约前结果相同或几乎相同。
2． 3 异常检测模块
异常检测模块主要是使用基于累计变化量［2］的时间序列
异常点检测方法，对海洋数据进行异常检测，对于合格的数据进行数据存储，对于不合格的数据，对其进行异常点存储，并进行异常分析，再选择适当的修正方法对异常点进行修正。
通过分析，发现采集的原始数据存在以下问题：（ 1）海洋数据在某些字段上存在空值。因此需要对这些数据进行转换和集成工作，对于空值字段需要进行数据的智能填充。（ 2）各个站点关于台站信息的数据在结构上基本相同，但在数据的完整性和一致性上很差。（ 3）来自不同数据表的同类数据，具有不同的数据类型。如同样是表示日期数据，有的用日期型，有的用字符型。（ 4）各台站的海洋数据中或多或少地含有噪声数据，在装入数据仓库前必须进行清洗。综上所述，海洋信息管理系统中的原始数据存在数据不一致性、数据空缺、数据冗余等问题。可见，海洋数据并不能直接用于后继的数据开采，海洋数据预处理是进行数据挖掘的前提。
Keywords Ocean information management system Ocean data Data preprocessing Data management Time series anomaly dete日益增长及海洋经济的快速发展，对海洋局的管理和服务能力提出了更高的要求。为了满足涉海单位和用户对海洋数据管理和海洋数据分析统计的需求，设计建设海洋信息管理系统势在必行。然而，海洋数据质量的好坏直接影响海洋信息管理系统决策的科学性，目前国内还没有系统的海洋数据质量控制方法，一般采用手工校正处理进行控制，针对大量的海洋数据，本文使用基于累计变化量的时间序列异常检测技术，对采集的海洋数据进行异常检测，将合格的数据及异常修正后的合法数据，存储到海洋信息数据库中，对海洋数据进行管理及应用展示。
（ 2）数据集成是将多个数据源中的数据结合起来并统一存储，这些数据源可能包括多个数据库、数据立方体或者一般文件。在数据集成时，需要考虑的问题包括：数据冲突、数据丢失和衍生数据。
（ 3）数据变换是将数据转换成更适合于数据挖掘的形式，主要包括字段的数据类型转换、数据的聚集、数据概化和数据的规范化。通过平滑聚集、数据概化、规范化等方式将数据转换成适用于数据挖掘的形式。
73
2． 6 数据展示模块
数据展示模块将数据分析模块的结果通过图表多种形式进行展示，展示的客户端包括涉海单位、政府用户、公众等。数据展示模块和数据管理模块之间采用 GIS 服务器、Web 服务器、移动信息服务器等实现实时通信和展示。
3 关键技术
3． 1 异常检测技术
目前，针对时间序列中异常检测的方法主要有基于频率的方法［3］、基于特征空间的方法［4］和机器学习［5］的方法等，但是
海洋信息管理系统中数据预处理主要是通过对数据进行下述清理、集成、变换和归约等四个方面的工作来实现：
（ 1）数据清理是数据进入数据仓库前的规范化工作，是数据完整性和一致性的检查。数据清理例程通过填写缺失值、光滑噪声数据、识别或删除离群点并解决不一致性来“清理 ”数据。主要为了达到以下目标：格式标准化、异常数据清除、错误纠正、重复数据的清除。