本申請(qǐng)涉及海洋遙感領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種海洋中尺度渦的識(shí)別方法和裝置。

背景技術(shù)：

中尺度渦，是海洋中的一種渦流，各大洋中都有這種渦流的存在。它們與海洋中大而穩(wěn)定的環(huán)流相比，是尺度較小的海水運(yùn)動(dòng)，并不顯著，但中尺度渦對(duì)全球海洋水量分配、能量與熱量的傳輸有重要作用，對(duì)臺(tái)風(fēng)路徑及其強(qiáng)度的變化乃至全球氣候變化都有重大影響，因而對(duì)中尺度渦的高效識(shí)別已成為當(dāng)務(wù)之急。

現(xiàn)有的效率較高的中尺度渦識(shí)別主要采用基于海平面高度異常數(shù)據(jù)矩陣的閉合等值線法，在傳統(tǒng)方法中由于沒有深入挖掘海平面高度異常數(shù)據(jù)矩陣中各個(gè)像元之間的相關(guān)性，因而后續(xù)的閉合等值線的劃分和篩選過程比較繁瑣且容易出現(xiàn)誤判，造成中尺度渦的識(shí)別精度低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N海洋中尺度渦的識(shí)別方法和裝置，以提高中尺度渦的識(shí)別精度。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，現(xiàn)提出的方案如下：

一種海洋中尺度渦識(shí)別方法，包括：

建立海平面高度異常數(shù)據(jù)和變差場(chǎng)的原始數(shù)據(jù)矩陣；

依次將所述原始數(shù)據(jù)矩陣中各個(gè)像元作為預(yù)先建立的滑動(dòng)窗口的中心點(diǎn)；

計(jì)算所述滑動(dòng)窗口內(nèi)最大像元和最小像元的差的絕對(duì)值；

當(dāng)所述絕對(duì)值在預(yù)設(shè)變差閾值范圍內(nèi)時(shí)，將第一賦值賦予所述中心點(diǎn)對(duì)應(yīng)的所述變差場(chǎng)數(shù)據(jù)矩陣的像元，當(dāng)所述絕對(duì)值不在所述預(yù)設(shè)變差閾值范圍內(nèi)時(shí)，將第二賦值賦予所述中心點(diǎn)對(duì)應(yīng)的所述變差場(chǎng)數(shù)據(jù)矩陣的像元，為海平面高度異常數(shù)據(jù)的變差場(chǎng)數(shù)據(jù)矩陣(空矩陣)賦值；

其中，所述預(yù)設(shè)變差閾值和所述第一賦值根據(jù)所述原始數(shù)據(jù)矩陣確定；

所述第二賦值的計(jì)算公式為：

表示第二賦值，DN_i表示所述中心點(diǎn)對(duì)應(yīng)的所述原始數(shù)據(jù)矩陣的像元，表示距離所述中心點(diǎn)像元滯后h₀個(gè)像元的像元，像元滯后距離h₀為預(yù)設(shè)值；

基于趨勢(shì)面分析法，確定所述變差場(chǎng)數(shù)據(jù)矩陣的趨勢(shì)分量和剩余分量；

對(duì)所述剩余分量進(jìn)行簡(jiǎn)單克里金插值處理，并將經(jīng)過簡(jiǎn)單克里金插值處理后的剩余分量與所述趨勢(shì)分量相加，得到經(jīng)泛克里金插值的中尺度渦識(shí)別矩陣；

按照預(yù)設(shè)識(shí)別方法，基于所述中尺度渦識(shí)別矩陣對(duì)中尺度渦進(jìn)行識(shí)別。

優(yōu)選的，所述建立海平面高度異常數(shù)據(jù)的原始數(shù)據(jù)矩陣，包括：

獲取海平面高度異常數(shù)據(jù)；

對(duì)所述海平面高度異常數(shù)據(jù)進(jìn)行中值濾波處理以及對(duì)所述海平面高度異常數(shù)據(jù)中的空值進(jìn)行替換處理；

利用處理后的所述海平面高度異常數(shù)據(jù)構(gòu)建所述原始數(shù)據(jù)矩陣。

優(yōu)選的，所述滑動(dòng)窗口的建立過程包括：

在預(yù)設(shè)采樣周期內(nèi)，獲取多組海平面高度異常數(shù)據(jù)；

建立每組海平面高度異常數(shù)據(jù)各自對(duì)應(yīng)的原始數(shù)據(jù)矩陣；

確定各個(gè)所述原始數(shù)據(jù)矩陣對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)變差函數(shù)；

所述實(shí)驗(yàn)變差函數(shù)的計(jì)算公式為：

其中，所述γ(h)為實(shí)驗(yàn)變差函數(shù)值，N(h)表示所述海平面高度異常數(shù)據(jù)的原始數(shù)據(jù)矩陣中相距h個(gè)像元的像元的對(duì)數(shù)，DN_(i,j)表示海平面高度異常數(shù)據(jù)的原始數(shù)據(jù)矩陣中第i行第j列的像元的像元值，和DN(_i+h,j+h)表示海平面高度異常數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)矩陣中第i+h行第j+h列的像元的像元值；

分別對(duì)所有所述原始數(shù)據(jù)矩陣對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)變差函數(shù)進(jìn)行求導(dǎo)計(jì)算，確定每個(gè)原始數(shù)據(jù)矩陣實(shí)驗(yàn)變差函數(shù)之導(dǎo)數(shù)的最小零點(diǎn)處h值；

計(jì)算所有最小零點(diǎn)處h值的平均值，將所述平均值作為所述像元滯后距離h₀；

基于所述像元滯后距離h₀建立所述滑動(dòng)窗口，其中所述滑動(dòng)窗口的邊長(zhǎng)為2h₀。

優(yōu)選的，所述預(yù)設(shè)變差閾值為[μ-σ,μ+σ]；

所述第一賦值為：(μ-4σ)；

其中，μ為所述原始數(shù)據(jù)矩陣平均值，σ為所述原始數(shù)據(jù)矩陣的標(biāo)準(zhǔn)差。

優(yōu)選的，所述對(duì)所述剩余分量進(jìn)行簡(jiǎn)單克里金插值處理，并將經(jīng)過簡(jiǎn)單克里金插值處理后的剩余分量與所述趨勢(shì)分量相加，得到經(jīng)泛克里金插值的中尺度渦識(shí)別矩陣，包括：

確定所述變差場(chǎng)數(shù)據(jù)矩陣的實(shí)驗(yàn)變差函數(shù)；

所述實(shí)驗(yàn)變差函數(shù)的計(jì)算公式為：

其中，所述γ(h)為實(shí)驗(yàn)變差函數(shù)值，N(h)表示所述變差場(chǎng)數(shù)據(jù)矩陣中相距h個(gè)像元的像元的對(duì)數(shù)，DN(_i,j)表示變差場(chǎng)數(shù)據(jù)矩陣中第i行第j列的像元的像元值，和DN(_i+h,j+h)表示變差場(chǎng)數(shù)據(jù)矩陣中第i+h行第j+h列的像元的像元值；

基于預(yù)設(shè)算法對(duì)所述實(shí)驗(yàn)變差函數(shù)進(jìn)行計(jì)算，確定所述實(shí)驗(yàn)變差函數(shù)的塊金、變程以及偏基臺(tái)值；

將所述實(shí)驗(yàn)變差函數(shù)的塊金、變程以及偏基臺(tái)值代入理論變差函數(shù)模型中，以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)變差函數(shù)與理論變差函數(shù)模型的擬合；

按照簡(jiǎn)單克里金插值算法，利用擬合后的理論變差函數(shù)模型對(duì)所述剩余分量進(jìn)行插值，再將經(jīng)過插值的剩余分量與趨勢(shì)分量相加，實(shí)現(xiàn)完整的泛克里金算法。

一種海洋中尺度渦識(shí)別裝置，包括：

原始數(shù)據(jù)矩陣建立單元，用于建立海平面高度異常數(shù)據(jù)的原始數(shù)據(jù)矩陣；

變差場(chǎng)數(shù)據(jù)矩陣建立單元，用于建立與海平面高度異常數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)矩陣同行同列數(shù)的變差場(chǎng)數(shù)據(jù)矩陣，通過對(duì)海平面高度異常數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)矩陣的變差計(jì)算，為變差場(chǎng)數(shù)據(jù)矩陣賦值。

本單元包括：

依次將所述原始數(shù)據(jù)矩陣中各個(gè)像元作為預(yù)先建立的滑動(dòng)窗口的中心點(diǎn)；

計(jì)算所述滑動(dòng)窗口內(nèi)最大像元和最小像元的差的絕對(duì)值；

當(dāng)所述絕對(duì)值在預(yù)設(shè)變差閾值范圍內(nèi)時(shí)，將第一賦值賦予所述中心點(diǎn)對(duì)應(yīng)的所述變差場(chǎng)數(shù)據(jù)矩陣的像元，當(dāng)所述絕對(duì)值不在所述預(yù)設(shè)變差閾值范圍內(nèi)時(shí)，將第二賦值賦予所述中心點(diǎn)對(duì)應(yīng)的所述變差場(chǎng)數(shù)據(jù)矩陣的像元，為海平面高度異常數(shù)據(jù)的變差場(chǎng)數(shù)據(jù)矩陣(空矩陣)賦值；

其中，所述預(yù)設(shè)變差閾值和所述第一賦值根據(jù)所述原始數(shù)據(jù)矩陣確定；

所述第二賦值的計(jì)算公式為：

表示第二賦值，DN_i表示所述中心點(diǎn)對(duì)應(yīng)的所述原始數(shù)據(jù)矩陣的像元，表示距離所述中心點(diǎn)的像元滯后h₀個(gè)像元的像元，像元滯后距離h₀為預(yù)設(shè)值；

泛克里金插值處理單元，用于在趨勢(shì)面分析法的基礎(chǔ)上，確定所述變差場(chǎng)數(shù)據(jù)矩陣的趨勢(shì)分量和剩余分量；對(duì)所述剩余分量進(jìn)行簡(jiǎn)單克里金插值處理，并將經(jīng)過簡(jiǎn)單克里金插值處理后的剩余分量與所述趨勢(shì)分量相加，得到經(jīng)泛克里金插值的中尺度渦識(shí)別矩陣；

中尺度渦識(shí)別單元，用于按照預(yù)設(shè)識(shí)別方法，基于所述中尺度渦識(shí)別矩陣對(duì)中尺度渦進(jìn)行識(shí)別。

優(yōu)選的，所述原始數(shù)據(jù)矩陣建立單元包括：

數(shù)據(jù)采集模塊，獲取海平面高度異常數(shù)據(jù)；

數(shù)據(jù)處理模塊，用于對(duì)所述海平面高度異常數(shù)據(jù)進(jìn)行中值濾波處理以及對(duì)所述海平面高度異常數(shù)據(jù)中的空值進(jìn)行替換處理，并利用處理后的所述海平面高度異常數(shù)據(jù)構(gòu)建所述原始數(shù)據(jù)矩陣。

優(yōu)選的，所述變差場(chǎng)數(shù)據(jù)矩陣建立單元包括：

滑動(dòng)窗口建立模塊，用于在預(yù)設(shè)采樣周期內(nèi)，獲取多組海平面高度異常數(shù)據(jù)，建立每組海平面高度異常數(shù)據(jù)各自對(duì)應(yīng)的原始數(shù)據(jù)矩陣，確定各個(gè)所述原始數(shù)據(jù)矩陣對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)變差函數(shù)；

所述實(shí)驗(yàn)變差函數(shù)的計(jì)算公式為：

其中，所述γ(h)為實(shí)驗(yàn)變差函數(shù)值，N(h)表示所述海平面高度異常數(shù)據(jù)的原始數(shù)據(jù)矩陣中相距h個(gè)像元的像元的對(duì)數(shù)，DN_(i,j)表示海平面高度異常數(shù)據(jù)的原始數(shù)據(jù)矩陣中第i行第j列的像元的像元值，和DN(_i+h,j+h)表示海平面高度異常數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)矩陣中第i+h行第j+h列的像元的像元值；

分別對(duì)所有所述原始數(shù)據(jù)矩陣對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)變差函數(shù)進(jìn)行求導(dǎo)計(jì)算，確定每個(gè)原始數(shù)據(jù)矩陣實(shí)驗(yàn)變差函數(shù)之導(dǎo)數(shù)的最小零點(diǎn)處h值；

計(jì)算所有最小零點(diǎn)處h值的平均值，將所述平均值作為所述像元滯后距離h₀；

基于所述像元滯后距離h₀建立所述滑動(dòng)窗口，其中所述滑動(dòng)窗口的邊長(zhǎng)為2h₀；

變差計(jì)算模塊，用于依次將所述原始數(shù)據(jù)矩陣中各個(gè)像元作為預(yù)先建立的滑動(dòng)窗口的中心點(diǎn)；

計(jì)算所述滑動(dòng)窗口內(nèi)最大像元和最小像元的差的絕對(duì)值；

當(dāng)所述絕對(duì)值在預(yù)設(shè)變差閾值范圍內(nèi)時(shí)，將第一賦值賦予所述中心點(diǎn)對(duì)應(yīng)的所述變差場(chǎng)數(shù)據(jù)矩陣的像元，當(dāng)所述絕對(duì)值不在所述預(yù)設(shè)變差閾值范圍內(nèi)時(shí)，將第二賦值賦予所述中心點(diǎn)對(duì)應(yīng)的所述變差場(chǎng)數(shù)據(jù)矩陣的像元，為海平面高度異常數(shù)據(jù)的變差場(chǎng)數(shù)據(jù)矩陣(空矩陣)賦值。

優(yōu)選的，所述預(yù)設(shè)變差閾值為[μ-σ,μ+σ]；

所述第一賦值為：(μ-4σ)；

其中，μ為所述原始數(shù)據(jù)矩陣平均值，σ為所述原始數(shù)據(jù)矩陣的標(biāo)準(zhǔn)差。

優(yōu)選的，所述泛克里金插值處理單元包括：

趨勢(shì)面分析模塊，用于基于趨勢(shì)面分析法，確定所述變差場(chǎng)數(shù)據(jù)矩陣的趨勢(shì)分量和剩余分量；

泛克里金插值計(jì)算模塊，用于確定所述變差場(chǎng)數(shù)據(jù)矩陣剩余分量的實(shí)驗(yàn)變差函數(shù)，進(jìn)而將實(shí)驗(yàn)變差函數(shù)擬合為理論變差函數(shù)，使用理論變差函數(shù)對(duì)變差場(chǎng)數(shù)據(jù)矩陣的剩余分量進(jìn)行簡(jiǎn)單克里金插值；

本模塊包括：

所述實(shí)驗(yàn)變差函數(shù)的計(jì)算公式為：

其中，所述γ(h)為實(shí)驗(yàn)變差函數(shù)值，N(h)表示所述變差場(chǎng)數(shù)據(jù)矩陣中相距h個(gè)像元的像元的對(duì)數(shù)，DN(_i,j)表示變差場(chǎng)數(shù)據(jù)矩陣中第i行第j列的像元的像元值，和DN(_i+h,j+h)表示變差場(chǎng)數(shù)據(jù)矩陣中第i+h行第j+h列的像元的像元值；

基于預(yù)設(shè)算法對(duì)所述實(shí)驗(yàn)變差函數(shù)進(jìn)行計(jì)算，確定所述實(shí)驗(yàn)變差函數(shù)的塊金、變程以及偏基臺(tái)值；

將所述實(shí)驗(yàn)變差函數(shù)的塊金、變程以及偏基臺(tái)值代入理論變差函數(shù)模型中，以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)變差函數(shù)與理論變差函數(shù)模型的擬合；

按照簡(jiǎn)單克里金插值算法，利用擬合后的理論變差函數(shù)模型對(duì)所述剩余分量進(jìn)行插值，再將經(jīng)過插值的剩余分量與趨勢(shì)分量相加，實(shí)現(xiàn)完整的泛克里金算法。

經(jīng)由上述技術(shù)方案可知，本申請(qǐng)公開了一種海洋中尺度渦識(shí)別方法和裝置。首先建立海平面高度異常數(shù)據(jù)的原始數(shù)據(jù)矩陣，進(jìn)而對(duì)該原始數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行處理以獲得該原始數(shù)據(jù)矩陣對(duì)應(yīng)的變差場(chǎng)數(shù)據(jù)矩陣。進(jìn)一步，利用趨勢(shì)面分析法對(duì)該變差場(chǎng)數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行分析，以進(jìn)行泛克里金插值計(jì)算，從而建立可高度識(shí)別中尺度渦的中尺度渦識(shí)別矩陣。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明基于海平面高度異常數(shù)據(jù)矩陣中各個(gè)像元之間的相關(guān)性，建立了海平面高度異常數(shù)據(jù)的變差場(chǎng)數(shù)據(jù)矩陣，并對(duì)該變差場(chǎng)數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行泛克里金插值處理，因而提高了中尺度渦的識(shí)別精度。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1示出了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例公開的一種海洋中尺度渦識(shí)別方法的流程示意圖；

圖2可知，本申請(qǐng)另一個(gè)實(shí)施例公開一種滑動(dòng)窗口的創(chuàng)建方法的流程示意圖；

圖3示出了本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例公開的一種泛克里金插值算法的流程示意圖；

圖4示出了本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例公開的一種海洋中尺度渦識(shí)別裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

圖1示出了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例公開的一種海洋中尺度渦識(shí)別方法的流程示意圖。

由圖1可知，在本實(shí)施例中，該方法包括：

S101：建立海平面高度異常數(shù)據(jù)的原始數(shù)據(jù)矩陣和與原始數(shù)據(jù)矩陣同行同列的空矩陣。

具體包括：

獲取海平面高度異常數(shù)據(jù)，進(jìn)而為了避免后續(xù)的變差運(yùn)算放大數(shù)據(jù)中原有噪聲，需要對(duì)該海平面高度異常數(shù)據(jù)集進(jìn)行中值濾波處理。

需要說明的是，在實(shí)際應(yīng)用中由于海洋中存在陸地、島嶼等區(qū)域，上述海平面高度異常數(shù)據(jù)中存在空值，因而在數(shù)據(jù)處理時(shí)，計(jì)算全部有效海平面高度異常數(shù)據(jù)的均值，將其賦給陸地、島嶼、0-200m深度淺海區(qū)域的像元，作為空值的替代值，避免后續(xù)程序在運(yùn)算時(shí)發(fā)生數(shù)值錯(cuò)誤。

S102：依次將所述原始數(shù)據(jù)矩陣中各個(gè)像元作為預(yù)先建立的滑動(dòng)窗口的中心點(diǎn)，計(jì)算所述滑動(dòng)窗口內(nèi)最大像元和最小像元的差的絕對(duì)值。

利用預(yù)先建立的滑動(dòng)窗口遍歷原始數(shù)據(jù)矩陣中各個(gè)像元。具體的，依次將各個(gè)像元作為該滑動(dòng)窗口的中心點(diǎn)。進(jìn)而，計(jì)算滑動(dòng)窗口中最大像元和最小像元的差的絕對(duì)值。

S103：當(dāng)所述絕對(duì)值在預(yù)設(shè)變差閾值范圍內(nèi)時(shí)，將第一賦值賦予所述中心點(diǎn)對(duì)應(yīng)的空矩陣的像元，當(dāng)所述絕對(duì)值不在所述預(yù)設(shè)變差閾值范圍內(nèi)時(shí)，將第二賦值賦予所述中心點(diǎn)對(duì)應(yīng)的所述空矩陣的像元，以建立海平面高度異常數(shù)據(jù)的變差場(chǎng)數(shù)據(jù)矩陣。

其中，該預(yù)設(shè)變差閾值以及第一賦值可由原始數(shù)據(jù)矩陣確定。具體的，[μ-σ,μ+σ]；

所述第一賦值為：(μ-4σ)；

其中，μ為所述原始數(shù)據(jù)矩陣平均值，σ為所述原始數(shù)據(jù)矩陣的標(biāo)準(zhǔn)差。

所述第二賦值的計(jì)算公式為：

表示第二賦值，DN_i表示所述中心點(diǎn)對(duì)應(yīng)的所述原始數(shù)據(jù)矩陣的像元，表示距離所述中心點(diǎn)的像元滯后h₀個(gè)像元的像元，像元滯后距離h₀為預(yù)設(shè)值。

S104：基于趨勢(shì)面分析法，確定所述變差場(chǎng)數(shù)據(jù)矩陣的趨勢(shì)分量和剩余分量。

趨勢(shì)面是一種基于空間坐標(biāo)的低階多項(xiàng)式，它是一種光滑的數(shù)學(xué)曲面，能集中地反映空間數(shù)據(jù)在大范圍內(nèi)的變化趨勢(shì)。該曲面與實(shí)際的空間數(shù)據(jù)曲面不同，它只是實(shí)際曲面的一個(gè)近似值。因此實(shí)際曲面應(yīng)包括趨勢(shì)面和剩余曲面兩部分，即

實(shí)際曲面＝趨勢(shì)面+剩余曲面

趨勢(shì)面反映了區(qū)域性的變化規(guī)律，它受大范圍的系統(tǒng)性因素所控制；剩余曲面則反映了局部變化特點(diǎn)，它受局部因素和隨機(jī)因素所制約。由此可見，這兩部分具有不同性質(zhì)，趨勢(shì)面對(duì)應(yīng)于一個(gè)確定性函數(shù)，而剩余曲面則對(duì)應(yīng)于一個(gè)隨機(jī)函數(shù)，即

數(shù)據(jù)場(chǎng)中各點(diǎn)的真實(shí)值＝確定性函數(shù)值+隨機(jī)函數(shù)值＝趨勢(shì)分量+剩余分量

依據(jù)上述分析，海平面高度異常數(shù)據(jù)的變差場(chǎng)數(shù)據(jù)矩陣可被分解為趨勢(shì)分量與剩余分量?jī)刹糠?，也就?/p>

Z(P_i)＝Trend(P_i)+R(P_i)(i＝1,2,...,n)。

其中，Trend(P_i)表示趨勢(shì)分量，R(P_i)為剩余分量。

S105：對(duì)所述剩余分量進(jìn)行簡(jiǎn)單克里金插值處理，并將經(jīng)過簡(jiǎn)單克里金插值處理后的剩余分量與所述趨勢(shì)分量相加，得到經(jīng)泛克里金插值的中尺度渦識(shí)別矩陣。

S106：按照預(yù)設(shè)識(shí)別方法，基于所述中尺度渦識(shí)別矩陣對(duì)中尺度渦進(jìn)行識(shí)別。

由以上實(shí)施例可知，本申請(qǐng)公開了一種海洋中尺度渦識(shí)別方法。首先建立海平面高度異常數(shù)據(jù)的原始數(shù)據(jù)矩陣，進(jìn)而對(duì)該原始數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行處理以獲得該原始數(shù)據(jù)矩陣對(duì)應(yīng)的變差場(chǎng)數(shù)據(jù)矩陣。進(jìn)一步，利用趨勢(shì)面分析法對(duì)該變差場(chǎng)數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行分析，以進(jìn)行泛克里金插值計(jì)算，從而建立可高度識(shí)別中尺度渦的中尺度渦識(shí)別矩陣。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用海平面高度異常數(shù)據(jù)矩陣中各個(gè)像元之間的相關(guān)性，建立了海平面高度異常數(shù)據(jù)的變差場(chǎng)數(shù)據(jù)矩陣，并對(duì)該變差場(chǎng)數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行泛克里金插值處理，因而提高了中尺度渦的識(shí)別精度和效率。

參見圖2可知，本申請(qǐng)另一個(gè)實(shí)施例公開一種滑動(dòng)窗口的創(chuàng)建方法的流程示意圖。

在本實(shí)施例中，滑動(dòng)窗口的建立過程具體包括以下步驟：

S201：在預(yù)設(shè)采樣周期內(nèi)，獲取多組海平面高度異常數(shù)據(jù)，建立每組海平面高度異常數(shù)據(jù)各自對(duì)應(yīng)的原始數(shù)據(jù)矩陣。

在一段采樣周期內(nèi)，獲取多組海平面高度異常數(shù)據(jù)。基于上述多組海平面高度異常數(shù)據(jù)矩陣建立各自對(duì)應(yīng)的原始數(shù)據(jù)矩陣。

S202：確定各個(gè)所述原始數(shù)據(jù)矩陣對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)變差函數(shù)。

所述實(shí)驗(yàn)變差函數(shù)的計(jì)算公式為：

其中，所述γ(h)為實(shí)驗(yàn)變差函數(shù)值，N(h)表示所述海平面高度異常數(shù)據(jù)的原始數(shù)據(jù)矩陣中相距h個(gè)像元的像元的對(duì)數(shù)，DN_(i,j)表示海平面高度異常數(shù)據(jù)的原始數(shù)據(jù)矩陣中第i行第j列的像元的像元值，和DN(_i+h,j+h)表示海平面高度異常數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)矩陣中第i+h行第j+h列的像元的像元值；

S203：分別對(duì)所有所述原始數(shù)據(jù)矩陣對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)變差函數(shù)進(jìn)行求導(dǎo)計(jì)算，確定每個(gè)原始數(shù)據(jù)矩陣實(shí)驗(yàn)變差函數(shù)之導(dǎo)數(shù)的最小零點(diǎn)處h值。

對(duì)任意實(shí)驗(yàn)變差函數(shù)而言，該實(shí)驗(yàn)變差函數(shù)包括多個(gè)導(dǎo)數(shù)為零的點(diǎn)，取每個(gè)實(shí)驗(yàn)變差函數(shù)的最小零點(diǎn)處h值。

S204：計(jì)算所有最小零點(diǎn)處h值的平均值，將所述平均值作為所述像元滯后距離h₀；

S205：基于所述像元滯后距離h₀建立所述滑動(dòng)窗口，其中所述滑動(dòng)窗口的邊長(zhǎng)為2h₀。

參見圖3示出了本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例公開的一種泛克里金插值算法的流程示意圖。

由圖3可知，該方法包括：

S301：確定所述原始數(shù)據(jù)矩陣的實(shí)驗(yàn)變差函數(shù)。

所述實(shí)驗(yàn)變差函數(shù)的計(jì)算公式為：

其中，所述γ(h)為實(shí)驗(yàn)變差函數(shù)值，N(h)表示所述變差場(chǎng)數(shù)據(jù)矩陣中相距h個(gè)像元的像元的對(duì)數(shù)，DN(_i,j)表示變差場(chǎng)數(shù)據(jù)矩陣中第i行第j列的像元的像元值，和DN(_i+h,j+h)表示變差場(chǎng)數(shù)據(jù)矩陣中第i+h行第j+h列的像元的像元值；

S302：基于預(yù)設(shè)算法對(duì)所述實(shí)驗(yàn)變差函數(shù)進(jìn)行計(jì)算，確定所述實(shí)驗(yàn)變差函數(shù)的塊金、變程以及偏基臺(tái)值。

計(jì)算h＝0時(shí)，實(shí)驗(yàn)變差函數(shù)γ(h)的值，其中塊金C₀＝γ(0)；

進(jìn)一步對(duì)于實(shí)驗(yàn)變差函數(shù)求導(dǎo)，得到得到函數(shù)γ’(h)，設(shè)令γ’(h)＝0的h中最小的為h_a，則變程a＝h_a；

設(shè)令γ’(h)＝0的h中最大的為h_C，則偏基臺(tái)值C＝γ(h_C)-C₀；

至此C₀，a，C均已求出。

S303：將所述實(shí)驗(yàn)變差函數(shù)的塊金、變程以及偏基臺(tái)值代入理論變差函數(shù)模型中，以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)變差函數(shù)與理論變差函數(shù)模型的擬合。

本發(fā)明中，分別依據(jù)球狀、指數(shù)、高斯和穩(wěn)定4種模型來擬合變差函數(shù)。

A.球狀模型

B.指數(shù)模型

C.高斯模型

D.穩(wěn)定模型

S304：按照簡(jiǎn)單克里金插值算法，利用擬合后的理論變差函數(shù)模型對(duì)所述剩余分量進(jìn)行插值，再將經(jīng)過插值的剩余分量與趨勢(shì)分量相加，實(shí)現(xiàn)完整的泛克里金算法。

分別使用高斯、指數(shù)、球狀和穩(wěn)定4種模型對(duì)變差場(chǎng)數(shù)據(jù)矩陣剩余值進(jìn)行插值，插值過程如下：

視變差場(chǎng)數(shù)據(jù)矩陣為區(qū)域化變量，n個(gè)已知數(shù)據(jù)點(diǎn)P_i的DN值分別為Z(P_i)(i＝1,2,…n)。趨勢(shì)面分析可知，變差場(chǎng)數(shù)據(jù)矩陣由Trend(P_i)和R(P_i)兩部分組成，而R(P_i)＝Z(P_i)-Trend(P_i)，故在此步驟中實(shí)際執(zhí)行插值的是R(P_i)。待插值點(diǎn)R^*(P₀)值的估計(jì)結(jié)果如下，

如同其他的空間插值方法一樣，普通克里金插值法的根本出發(fā)點(diǎn)也是計(jì)算代表第i個(gè)點(diǎn)P_i的待定權(quán)重的W_i，只是其求取權(quán)重的手段與其他插值方法有所不同?？死锝鸩逯捣ú捎脵?quán)重方程組求解權(quán)重。權(quán)重方程組形如

式中γ(P_i,P_k)表示相距h的點(diǎn)P_i與P_k之間的變差函數(shù)值γ(h)，γ(h)即4種理論變差函數(shù)模型其一，c表示已知常數(shù)。

對(duì)R(P_i)進(jìn)行上述的簡(jiǎn)單克里金插值得到R’(P_i)，再與趨勢(shì)分量Trend(P_i)重新相加即獲取最終插值結(jié)果：

Z'(P_i)＝Trend(P_i)+R'(P_i) (i＝1,2,...,n)

其中Z’(Pi)表示泛克里金插值的輸出結(jié)果。

S305：對(duì)泛克里金插值結(jié)果進(jìn)行交叉驗(yàn)證。

需進(jìn)行交叉驗(yàn)證以確定插值精度是否符合要求。

交叉驗(yàn)證是這樣實(shí)現(xiàn)的：首先移除變差場(chǎng)數(shù)據(jù)矩陣插值結(jié)果中的一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，用剩余的所有點(diǎn)去插值(仍然使用上述4種模型其一)，得到這個(gè)被移除點(diǎn)位置的值，將此預(yù)測(cè)值與其真實(shí)值比較，依此類推，當(dāng)此方法在所有的點(diǎn)上實(shí)施之后，變差場(chǎng)數(shù)據(jù)矩陣插值結(jié)果中每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)都具有一個(gè)預(yù)測(cè)值和一個(gè)真實(shí)值，如此，即可使用下面5個(gè)指標(biāo)來計(jì)算交叉驗(yàn)證結(jié)果(表1)。

表1交叉驗(yàn)證參數(shù)計(jì)算式

(Z^*(P_i)表示P_i點(diǎn)估計(jì)值，Z(P_i)表示P_i點(diǎn)觀察值，σ_k²(P_i)表示P_i位置處克里金方差)

在本發(fā)明中，首先從變差場(chǎng)數(shù)據(jù)矩陣插值結(jié)果的全部已知數(shù)據(jù)點(diǎn)中取出一個(gè)用來比較的數(shù)據(jù)子集和用來插值的數(shù)據(jù)子集(兩子集不可有交集)，方法是先將變差場(chǎng)數(shù)據(jù)矩陣插值結(jié)果進(jìn)行降低分辨率的重采樣，如對(duì)于m×n(m行n列)的變差場(chǎng)數(shù)據(jù)矩陣插值結(jié)果而言，可將行數(shù)和列數(shù)均縮減為原始值的1/4實(shí)現(xiàn)重采樣，即將其變?yōu)榈狞c(diǎn)陣，作為用來比較的數(shù)據(jù)子集，而把原始變差場(chǎng)數(shù)據(jù)矩陣插值結(jié)果數(shù)據(jù)點(diǎn)用作進(jìn)行插值的數(shù)據(jù)子集，如此，在使用后者完成插值后，就可以將插值結(jié)果與用來比較的數(shù)據(jù)子集進(jìn)行比較，得到所需的各種交叉驗(yàn)證參數(shù)(ME、MSE、RMSE、ASE和RMSSE)。

若交叉驗(yàn)證參數(shù)值符合以下標(biāo)準(zhǔn)(表2)，則認(rèn)為選取的理論變差函數(shù)模型符合要求，從而進(jìn)一步在4種模型中按照此標(biāo)準(zhǔn)挑選1個(gè)最佳模型作為最終的插值模型，完成泛克里金插值。

表2交叉驗(yàn)證得數(shù)評(píng)價(jià)表

參見圖4示出了本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例公開的一種海洋中尺度渦識(shí)別裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

由圖4可知，在本實(shí)施例中，該裝置包括：原始數(shù)據(jù)矩陣建立單元1、變差場(chǎng)數(shù)據(jù)矩陣建立單元2、泛克里金插值處理單元3以及中尺度渦識(shí)別單元4。

其中，

原始數(shù)據(jù)矩陣建立單元1用于建立海平面高度異常數(shù)據(jù)的原始數(shù)據(jù)矩陣。

具體的，該所述原始數(shù)據(jù)矩陣建立單元1包括：數(shù)據(jù)采集模塊11以及數(shù)據(jù)處理模塊12。

數(shù)據(jù)采集模塊11用于獲取海平面高度異常數(shù)據(jù)，并將采集到的海平面高度異常數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)處理模塊12中。

數(shù)據(jù)處理模塊12對(duì)所述海平面高度異常數(shù)據(jù)進(jìn)行中值濾波處理以及對(duì)所述海平面高度異常數(shù)據(jù)中的空值進(jìn)行替換處理，并利用處理后的所述海平面高度異常數(shù)據(jù)構(gòu)建所述原始數(shù)據(jù)矩陣。

變差場(chǎng)數(shù)據(jù)矩陣建立單元2用于基于所述原始數(shù)據(jù)矩陣建立與其同行同列數(shù)的海洋高度異常數(shù)據(jù)的變差場(chǎng)數(shù)據(jù)矩陣。

具體的，所述變差場(chǎng)數(shù)據(jù)矩陣建立單元2包括：滑動(dòng)窗口建立模塊21和數(shù)據(jù)計(jì)算模塊22。

其中，滑動(dòng)窗口建立模塊21具體用于在預(yù)設(shè)采樣周期內(nèi)，獲取多組海平面高度異常數(shù)據(jù)，建立每組海平面高度異常數(shù)據(jù)各自對(duì)應(yīng)的原始數(shù)據(jù)矩陣，確定各個(gè)所述原始數(shù)據(jù)矩陣對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)變差函數(shù)；

進(jìn)而，分別對(duì)所有所述原始數(shù)據(jù)矩陣對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)變差函數(shù)進(jìn)行求導(dǎo)計(jì)算，確定每個(gè)原始數(shù)據(jù)矩陣實(shí)驗(yàn)變差函數(shù)之導(dǎo)數(shù)的最小零點(diǎn)處h值；

計(jì)算所有最小零點(diǎn)處h值的平均值，將所述平均值作為所述像元滯后距離h₀；并將2h₀作為滑動(dòng)窗口的邊長(zhǎng)以建立滑動(dòng)窗口。

數(shù)據(jù)計(jì)算模塊用于首先建立一個(gè)與原始數(shù)據(jù)矩陣同行同列的空矩陣，進(jìn)而依次將所述原始數(shù)據(jù)矩陣中各個(gè)像元作為滑動(dòng)窗口的中心點(diǎn)，計(jì)算所述滑動(dòng)窗口內(nèi)最大像元和最小像元的差的絕對(duì)值。

當(dāng)所述絕對(duì)值在預(yù)設(shè)變差閾值范圍內(nèi)時(shí)，將第一賦值賦予所述中心點(diǎn)對(duì)應(yīng)的所述空矩陣的像元，當(dāng)所述絕對(duì)值不在所述預(yù)設(shè)變差閾值范圍內(nèi)時(shí)，將第二賦值賦予所述中心點(diǎn)對(duì)應(yīng)的所述空矩陣的像元以建立海平面高度異常數(shù)據(jù)的變差場(chǎng)數(shù)據(jù)矩陣(。

其中，預(yù)設(shè)變差閾值為[μ-σ,μ+σ]；所述第一賦值為：(μ-4σ)；

μ為所述原始數(shù)據(jù)矩陣平均值，σ為所述原始數(shù)據(jù)矩陣的標(biāo)準(zhǔn)差

所述第二賦值的計(jì)算公式為：

表示第二賦值，DN_i表示所述中心點(diǎn)對(duì)應(yīng)的所述原始數(shù)據(jù)矩陣的像元，表示距離所述中心點(diǎn)滯后h₀個(gè)像元的像元，像元滯后距離h0為預(yù)設(shè)值。

泛克里金插值處理單元3包括：趨勢(shì)面分析模塊31和泛克里金插值計(jì)算模塊32。

趨勢(shì)面分析模塊，用于以趨勢(shì)面分析法為基礎(chǔ)，確定所述變差場(chǎng)數(shù)據(jù)矩陣的趨勢(shì)分量和剩余分量。

泛克里金插值計(jì)算模塊，用于確定所述變差場(chǎng)數(shù)據(jù)矩陣剩余分量的實(shí)驗(yàn)變差函數(shù)；

基于預(yù)設(shè)算法對(duì)所述實(shí)驗(yàn)變差函數(shù)進(jìn)行計(jì)算，確定所述實(shí)驗(yàn)變差函數(shù)的塊金、變程以及偏基臺(tái)值；

將所述實(shí)驗(yàn)變差函數(shù)的塊金、變程以及偏基臺(tái)值代入理論變差函數(shù)模型中，以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)變差函數(shù)與理論變差函數(shù)模型的擬合；

進(jìn)而，使用簡(jiǎn)單克里金插值算法，利用擬合后的理論變差函數(shù)模型對(duì)所述剩余分量進(jìn)行插值，再將經(jīng)過插值的剩余分量與趨勢(shì)分量相加，實(shí)現(xiàn)完整的泛克里金算法并得到經(jīng)泛克里金插值的中尺度渦識(shí)別矩陣。

中尺度渦識(shí)別單元4，用于按照預(yù)設(shè)識(shí)別方法，基于所述中尺度渦識(shí)別矩陣對(duì)中尺度渦進(jìn)行識(shí)別。

需要說明的是該裝置實(shí)施例與方法實(shí)施例相對(duì)應(yīng)，其執(zhí)行過程和執(zhí)行原理相同，在此不作贅述。

最后，還需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語(yǔ)僅僅用來將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語(yǔ)句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

本說明書中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見即可。

對(duì)所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。