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一種海洋中尺度渦的識別方法和裝置與流程

文檔序號:12597321閱讀:來源:國知局

技術(shù)特征:

1.一種海洋中尺度渦識別方法,其特征在于,包括:

建立海平面高度異常數(shù)據(jù)的原始數(shù)據(jù)矩陣和與所述原始數(shù)據(jù)矩陣同行同列數(shù)的空矩陣;

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

計算所述滑動窗口內(nèi)最大像元和最小像元的差的絕對值;

當所述絕對值在預設(shè)變差閾值范圍內(nèi)時,將第一賦值賦予所述中心點對應(yīng)的所述空矩陣的像元,當所述絕對值不在所述預設(shè)變差閾值范圍內(nèi)時,將第二賦值賦予所述中心點對應(yīng)的所述空矩陣的像元,以建立海平面高度異常數(shù)據(jù)的變差場數(shù)據(jù)矩陣;

其中,所述預設(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;

所述第二賦值的計算公式為:

<mrow> <mi>&gamma;</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>DN</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>,</mo> <msub> <mi>DN</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>&PlusMinus;</mo> <msub> <mi>h</mi> <mn>0</mn> </msub> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <munderover> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>N</mi> </munderover> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>DN</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>DN</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>&PlusMinus;</mo> <msub> <mi>h</mi> <mn>0</mn> </msub> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>;</mo> </mrow>

表示第二賦值,DNi表示所述中心點對應(yīng)的所述原始數(shù)據(jù)矩陣的像元,表示距離所述中心點滯后h0個像元的像元,像元滯后距離h0為預設(shè)值;

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

對所述剩余分量進行簡單克里金插值處理,并將經(jīng)過簡單克里金插值處理后的剩余分量與所述趨勢分量相加,得到經(jīng)泛克里金插值的中尺度渦識別矩陣;

按照預設(shè)識別方法,基于所述中尺度渦識別矩陣對中尺度渦進行識別。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,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);

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

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。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,所述滑動窗口的建立過程包括:

在預設(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)各自對應(yīng)的原始數(shù)據(jù)矩陣;

確定各個所述原始數(shù)據(jù)矩陣對應(yīng)的實驗變差函數(shù);

所述實驗變差函數(shù)的計算公式為:

<mrow> <mi>&gamma;</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>h</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <mn>2</mn> <mi>N</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>h</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mfrac> <munderover> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mrow> <mi>N</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>h</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </munderover> <msup> <mrow> <mo>&lsqb;</mo> <msub> <mi>DN</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>j</mi> <mo>)</mo> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>DN</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>i</mi> <mo>+</mo> <mi>h</mi> <mo>,</mo> <mi>j</mi> <mo>+</mo> <mi>h</mi> <mo>)</mo> </mrow> </msub> <mo>&rsqb;</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>;</mo> </mrow>

其中,所述γ(h)為實驗變差函數(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個像元的像元的對數(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)的原始數(shù)據(jù)矩陣中第i+h行第j+h列的像元的像元值;

分別對所有所述原始數(shù)據(jù)矩陣對應(yīng)的實驗變差函數(shù)進行求導計算,確定每個原始數(shù)據(jù)矩陣實驗變差函數(shù)之導數(shù)的最小零點處h值;

計算所有最小零點處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建立所述滑動窗口,其中所述滑動窗口的邊長為2h0。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,所述預設(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)矩陣的標準差。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,所述對所述剩余分量進行簡單克里金插值處理,并將經(jīng)過簡單克里金插值處理后的剩余分量與所述趨勢分量相加,得到經(jīng)泛克里金插值的中尺度渦識別矩陣,包括:

確定所述原始數(shù)據(jù)矩陣的實驗變差函數(shù);

所述實驗變差函數(shù)的計算公式為:

<mrow> <mi>&gamma;</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>h</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <mn>2</mn> <mi>N</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>h</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mfrac> <munderover> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mrow> <mi>N</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>h</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </munderover> <msup> <mrow> <mo>&lsqb;</mo> <msub> <mi>DN</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>j</mi> <mo>)</mo> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>DN</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>i</mi> <mo>+</mo> <mi>h</mi> <mo>,</mo> <mi>j</mi> <mo>+</mo> <mi>h</mi> <mo>)</mo> </mrow> </msub> <mo>&rsqb;</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>;</mo> </mrow>

其中,所述γ(h)為實驗變差函數(shù)值,N(h)表示所述變差場數(shù)據(jù)矩陣中相距h個像元的像元的對數(shù),DN(i,j)表示變差場數(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;

基于預設(shè)算法對所述實驗變差函數(shù)進行計算,確定所述實驗變差函數(shù)的塊金、變程以及偏基臺值;

將所述實驗變差函數(shù)的塊金、變程以及偏基臺值代入理論變差函數(shù)模型中,以實現(xiàn)實驗變差函數(shù)與理論變差函數(shù)模型的擬合;

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

6.一種海洋中尺度渦識別裝置,其特征在于,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;

變差場數(shù)據(jù)矩陣建立單元,用于建立與原始數(shù)據(jù)矩陣同行同列數(shù)的變差場數(shù)據(jù)矩陣;

具體包括:建立與所述原始數(shù)據(jù)矩陣同行同列數(shù)的空矩陣;

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

計算所述滑動窗口內(nèi)最大像元和最小像元的差的絕對值;

當所述絕對值在預設(shè)變差閾值范圍內(nèi)時,將第一賦值賦予所述中心點對應(yīng)的所述空矩陣的像元,當所述絕對值不在所述預設(shè)變差閾值范圍內(nèi)時,將第二賦值賦予所述中心點對應(yīng)的所述空矩陣的像元,以建立海平面高度異常數(shù)據(jù)的變差場數(shù)據(jù)矩陣;

其中,所述預設(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;

所述第二賦值的計算公式為:

<mrow> <mi>&gamma;</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>DN</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>,</mo> <msub> <mi>DN</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>&PlusMinus;</mo> <msub> <mi>h</mi> <mn>0</mn> </msub> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <munderover> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>N</mi> </munderover> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>DN</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>DN</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>&PlusMinus;</mo> <msub> <mi>h</mi> <mn>0</mn> </msub> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>;</mo> </mrow>

表示第二賦值,DNi表示所述中心點對應(yīng)的所述原始數(shù)據(jù)矩陣的像元,表示距離所述中心點的像元滯后距離為h0的像元,像元滯后距離h0為預設(shè)值;

泛克里金插值處理單元,用于基于趨勢面分析法,確定所述變差場數(shù)據(jù)矩陣的趨勢分量和剩余分量;

對所述剩余分量進行簡單克里金插值處理,并將經(jīng)過簡單克里金插值處理后的剩余分量與所述趨勢分量相加,得到經(jīng)泛克里金插值的中尺度渦識別矩陣;

中尺度渦識別單元,用于按照預設(shè)識別方法,基于所述中尺度渦識別矩陣對中尺度渦進行識別。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置,其特征在于,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,用于對所述海平面高度異常數(shù)據(jù)進行中值濾波處理以及對所述海平面高度異常數(shù)據(jù)中的空值進行替換處理,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。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置,其特征在于,所述變差場數(shù)據(jù)矩陣建立單元包括:

滑動窗口建立模塊,用于在預設(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)各自對應(yīng)的原始數(shù)據(jù)矩陣,確定各個所述原始數(shù)據(jù)矩陣對應(yīng)的實驗變差函數(shù),提取變程、塊金和偏基臺值以建立滑動窗口;

所述實驗變差函數(shù)的計算公式為:

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其中,所述γ(h)為實驗變差函數(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個像元的像元的對數(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)的原始數(shù)據(jù)矩陣中第i+h行第j+h列的像元的像元值;

分別對所有所述原始數(shù)據(jù)矩陣對應(yīng)的實驗變差函數(shù)進行求導計算,確定每個原始數(shù)據(jù)矩陣實驗變差函數(shù)之導數(shù)的最小零點處h值;

計算所有最小零點處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建立所述滑動窗口,其中所述滑動窗口的邊長為2h0;

數(shù)據(jù)計算模塊,用于依次將所述原始數(shù)據(jù)矩陣中各個像元作為預先建立的滑動窗口的中心點;

計算所述滑動窗口內(nèi)最大像元和最小像元的差的絕對值;

當所述絕對值在預設(shè)變差閾值范圍內(nèi)時,將第一賦值賦予所述中心點對應(yīng)的所述空矩陣的像元,當所述絕對值不在所述預設(shè)變差閾值范圍內(nèi)時,將第二賦值賦予所述中心點對應(yīng)的所述空矩陣的像元,以建立海平面高度異常數(shù)據(jù)的變差場數(shù)據(jù)矩陣。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置,其特征在于,所述預設(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)矩陣的標準差。

10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置,其特征在于,所述泛克里金插值處理單元包括:

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

泛克里金插值計算模塊,用于確定所述變差場數(shù)據(jù)矩陣剩余分量的實驗變差函數(shù),進而對變差場數(shù)據(jù)矩陣的剩余分量進行插值;

所述實驗變差函數(shù)的計算公式為:

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其中,所述γ(h)為實驗變差函數(shù)值,N(h)表示所述變差場數(shù)據(jù)矩陣中相距h個像元的像元的對數(shù),DN(i,j)表示變差場數(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;

基于預設(shè)算法對所述實驗變差函數(shù)進行計算,確定所述實驗變差函數(shù)的塊金、變程以及偏基臺值;

將所述實驗變差函數(shù)的塊金、變程以及偏基臺值代入理論變差函數(shù)模型中,以實現(xiàn)實驗變差函數(shù)與理論變差函數(shù)模型的擬合;

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

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