【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于海洋科学和数据处理，具体涉及一种海洋数据处理与分类方法。
技术介绍
1、随着科技的快速发展，海洋数据的采集和处理成为了重要的研究领域，海洋数据有着广泛的应用，如海洋环境监测，气候预测，海洋生物研究，海底地理勘探等。然而，海洋数据众多且复杂，包括物理、化学、生物、地理等各类数据，处理和分类的难度很大，此外，由于海洋环境的特殊性，数据的采集和传输也面临很大的挑战。
2、因此，如何采集海洋数据，并有效地进行处理、分类，对于利用海洋数据进行科研具有重要的意义。授权公告号为cn114372538b的专利技术专利公开了一种拖曳式传感器阵列中尺度涡时间序列卷积分类方法，利用拖曳式传感器阵列采集海剖面观测数据，并对其进行扩增，并标注样本类别；通过建立时间卷积网络，选取具可区分性的最优shapelet局部特征，并将多维立体观测时间序列转换为其与shapelet的距离向量；构建在线序列超限学习机，将得到的距离向量的训练样本及其对应的类别标签输入至在线序列超限学习机网络进行训练，再将测试样本输入至训练好的在线序列超限学习机网络模型，最终获得目标分类结果，实现海洋环境立体监测。
3、但是，考虑到海洋数据的复杂性及多样性，虽然上述方案具有对传感器采集到的海洋数据进行快速分类的益处，但是该技术中，海洋数据来源主要依赖于拖曳式传感器阵列，且存在数据采集方式单一的问题，难以实现多种不同类型数据的处理及分类。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是针对现有技术存在的海洋数据复杂多
2、本专利技术是采用以下的技术方案实现的：一种海洋数据处理与分类方法，包括以下步骤：
3、步骤s1、海洋数据采集与传输：所述海洋数据包括水下数据和水上数据，通过自适应水下系统和水面系统分别对应的采集水下数据和水上数据，采集的海洋数据通过水面系统传送至数据预处理系统和可视化设备；
4、步骤s2、海洋数据预处理：基于数据预处理系统对海洋数据进行数据预处理，预处理步骤包括数据信号优化、数据过滤清洗和数据转换，将预处理后的海洋数据进行存储并传送至k-means算法模型中；
5、步骤s3、k-means算法模型聚类：利用k-means算法模型对预处理后的海洋数据进行聚类操作，得到聚类后海洋数据的簇信息数据，并将簇信息同步传送至随机森林算法模型和可视化设备；
6、步骤s4、随机森林算法模型分类：利用随机森林算法模型将簇信息数据分类到不同的预定义类别中，并将随机森林算法模型分类结果传送至可视化设备进行可视化展示。
7、进一步的，所述步骤s1中，所述自适应水下系统包括自适应控制装置、水声通讯机a端、水下海底框架、水下供电装置、水下传送装置和水下采集装置，所述水下供电装置位于水下海底框架内部，水下传送装置通过防水电缆与水声通讯机a端连接，水下采集装置采集的水下数据通过水下传送装置传输至水声通讯机a端，且在水下传送装置内设有水下数据储存单元；
8、所述水下采集装置包括双联声学释放器、多参数水质仪、ph值传感器、溶解氧传感器、多普勒流速剖面仪和声纳测深仪，通过水下采集装置采集的水下数据包括：由多参数水质仪监测的水下温度数据、叶绿素数据、深度数据、盐度数据和浊度数据；由ph值传感器监测的ph值数据；由溶解氧传感器监测的溶解氧数据；由声学多普勒流速剖面仪测量的流速数据；由双联声学释放器勘探的地震数据；由声纳测深仪探测的侵蚀淤积数据、海底地形数据、水下物体数据和海洋生物数据。
9、进一步的，所述自适应控制装置内设调节模块，通过调节模块根据实时采集到的水下数据动态调整水下采集装置各单元的采集频率和优先级，以便水下数据的某种参数发生突发不稳定状况时，能够及时识别、采集。
10、进一步的，所述步骤s1中，所述水面系统包括水声通讯机b端、水面通讯浮标、水面通讯存储模块、警示系统、水面供电装置、系缆装置和水面采集装置，水面通讯浮标内固设有4g传送模块、北斗传送模块和气象观测传感器；水面通讯浮标外侧固设有潮位仪和波浪传感器，水声通讯机a端与水声通讯机b端通讯连接，水下数据通过水声通讯机a端传送至水声通讯机b端，通过水声通讯机b端将水下数据存储至水面通讯存储模块，水面通讯存储模块与水面采集装置有线接口连接，存储所采集的水面数据和水下数据；水面通讯存储模块将水下数据和水面数据通过4g传送模块和北斗传送模块传输至数据预处理系统中；，
11、所述水面采集装置包括潮位仪、波浪传感器和气象观测传感器，采集的水上数据包括：由所述气象观测传感器监测的风速数据、水上温度数据、空气湿度数据和大气压数据；由潮位仪监测的潮位数据；由波浪传感器监测的波浪数据。
12、进一步的，所述步骤s2中，所述数据预处理系统包括预处理数据接收模块、信号调节处理模块，过滤清洗模块，数据转换模块，预处理存储模块，通过预处理数据接收模块接收4g传送模块和北斗传送模块传输的海洋数据，预处理存储模块用于存储数据，通过应用程序接口连接所述k-means算法模型；
13、所述信号调节处理模块用于信号优化，包括信号强度调节单元和滤波器单元，信号强度调节单元采用agc技术动态调整信号强度，以保持输出信号的恒定强度；滤波器单元采用高通滤波的方式对信号进行频率筛选以保留与实际海洋数据相关的信号部分；
14、所述过滤清洗模块用于数据过滤清洗，包括降噪处理单元、缺失值处理单元和异常值检测单元，降噪处理单元采用移动平均法来平滑数据，通过频谱分析识别出数据中的周期性成分，用于检测和处理周期性的噪声；缺失值处理单元采用众数法处理数据中的缺失值，并设置报警功能，当海洋数据中某种参数缺失率过高时自动发出警示；异常值检测单元采用箱线图的方法来识别异常值，并对异常值进行处理，异常值检测单元还设置记录异常值信息功能，异常值信息包括异常值的数值、位置、时间戳以及处理方式，且异常值检测单元设置有报警功能，当海洋数据中某种参数异常率过高时自动发出警示；
15、所述数据转换模块用于数据转换，包括数据归一单元和特征工程单元，数据归一化单元采用最小-最大缩放的方法消除不同量纲和取值范围带来的影响；特征工程单元采用pca方法以提取和构建对k-means算法模型有用的特性向量。
16、进一步的，所述步骤s3中，利用k-means算法模型对预处理海洋数据聚类过程如下：
17、(1)初始化步骤：采用k-means++算法初始化：
18、首先选择数据集中的一个样本点随机作为第一个聚类中心，对于数据集中的每一个样本点，计算它与当前所有聚类中心的最近的平方距离，然后选择一个新的样本点作为新的聚类中心，选择的概率与其与当前所有聚类中心的最近的平方距离成正比，重复上述步骤，直到选择出k个聚类中心；
19、(2)分配样本到最近的聚类中心：对于数据集中的每一个本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种海洋数据处理与分类方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种海洋数据处理与分类方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述自适应水下系统包括自适应控制装置、水声通讯机A端、水下海底框架、水下供电装置、水下传送装置和水下采集装置，水下供电装置位于水下海底框架内部，水下传送装置通过防水电缆与水声通讯机A端连接，水下采集装置采集的水下数据通过水下传送装置传输至水声通讯机A端，且在水下传送装置内设有水下数据储存单元；
3.根据权利要求2所述的一种海洋数据处理与分类方法，其特征在于，所述自适应控制装置内设调节模块，通过调节模块根据实时采集到的水下数据动态调整水下采集装置各单元的采集频率和优先级。
4.根据权利要求1所述的一种海洋数据处理与分类方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述水面系统包括水声通讯机B端、水面通讯浮标、水面通讯存储模块、水面供电装置、系缆装置和水面采集装置，水面通讯浮标内固设有4G传送模块、北斗传送模块和气象观测传感器；水面通讯浮标外侧固设有潮位仪和波浪传感器，水声通讯机A端与水声通讯机B端通讯连接，水下数据通过水
5.根据权利要求1所述的一种海洋数据处理与分类方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述数据预处理系统包括预处理数据接收模块、信号调节处理模块，过滤清洗模块，数据转换模块，预处理存储模块，通过预处理数据接收模块接收4G传送模块和北斗传送模块传输的海洋数据，预处理存储模块用于存储数据，通过应用程序接口连接所述K-means算法模型；
6.根据权利要求1所述的一种海洋数据处理与分类方法，其特征在于，所述步骤S3中，利用K-means算法模型对预处理海洋数据聚类过程如下：
7.根据权利要求6所述的一种海洋数据处理与分类方法，其特征在于，所述簇信息包括水质基础数据子簇、生物活动相关数据子簇、物理属性数据子簇、海底地形数据子簇、侵蚀淤积数据子簇、地震数据子簇、水下生物数据子簇、气候与天气数据子簇、潮汐与波动数据子簇、溶解氧数据子簇；
8.根据权利要求1所述的一种海洋数据处理与分类方法，其特征在于，所述步骤S4中，通过随机森林算法模型将簇信息数据分类到不同的预定义类别的过程如下：
9.根据权利要求8所述的一种海洋数据处理与分类方法，其特征在于，所述预定义类别包括：水质基础数据子簇：
10.根据权利要求1所述的一种海洋数据处理与分类方法，其特征在于，所述可视化设备采用室外拼接点阵式全彩屏幕显示设备，并设有多源输入支持功能以便同时接收多个输入源。
...【技术特征摘要】
1.一种海洋数据处理与分类方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种海洋数据处理与分类方法，其特征在于，所述步骤s1中，所述自适应水下系统包括自适应控制装置、水声通讯机a端、水下海底框架、水下供电装置、水下传送装置和水下采集装置，水下供电装置位于水下海底框架内部，水下传送装置通过防水电缆与水声通讯机a端连接，水下采集装置采集的水下数据通过水下传送装置传输至水声通讯机a端，且在水下传送装置内设有水下数据储存单元；
3.根据权利要求2所述的一种海洋数据处理与分类方法，其特征在于，所述自适应控制装置内设调节模块，通过调节模块根据实时采集到的水下数据动态调整水下采集装置各单元的采集频率和优先级。
4.根据权利要求1所述的一种海洋数据处理与分类方法，其特征在于，所述步骤s1中，所述水面系统包括水声通讯机b端、水面通讯浮标、水面通讯存储模块、水面供电装置、系缆装置和水面采集装置，水面通讯浮标内固设有4g传送模块、北斗传送模块和气象观测传感器；水面通讯浮标外侧固设有潮位仪和波浪传感器，水声通讯机a端与水声通讯机b端通讯连接，水下数据通过水声通讯机a端传送至水声通讯机b端，通过水声通讯机b端将水下数据存储至水面通讯存储模块，水面通讯存储模块与水面采集装置有线接口连接，存储所采集的水面数据和水下数据；水面通讯存储模块将水下数据和水面数据通过4g传送模块和北斗传送模块传输至数据...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈斌，薛碧颖，邹亮，胡睿，岳保静，仇建东，许帅，张艺严，
申请(专利权)人：青岛海洋地质研究所，
类型：发明
国别省市：
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