專利名稱：一種基于uldb的海洋環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及海洋環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制方法，不確定性數(shù)據(jù)存儲和查詢算法。
背景技術(shù)：
針對全球海洋環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的日趨完善以及我國對海洋環(huán)境監(jiān)測力度的加強(qiáng)，如 何更高效的利用海洋環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，提高海洋環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制效率和水平，對不 確定性數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲并查詢，指導(dǎo)海洋環(huán)境監(jiān)測業(yè)務(wù)流程的科學(xué)化和規(guī)范化，為我國的數(shù) 字海洋建設(shè)提供有力支持，有必要建立海洋環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。海洋環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量的好壞直接影響海洋環(huán)境管理決策的科學(xué)性，目前國內(nèi)還 沒有系統(tǒng)的海洋環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量控制方法，一般采用手工校正處理進(jìn)行控制，針對大量 的海洋環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)、歷史資料以及常識形成數(shù)據(jù)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)庫，并根據(jù)不同 海域的情況，動(dòng)態(tài)調(diào)整檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)庫。對采集入庫的海洋環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，包括海洋要 素正常取值范圍，海洋要素間內(nèi)在的數(shù)量關(guān)系，海洋要素間的時(shí)空關(guān)系等，對于符合要求的 數(shù)據(jù)，進(jìn)行應(yīng)用展示，不符合要求的數(shù)據(jù)進(jìn)行不確定性數(shù)據(jù)管理。目前的不確定性數(shù)據(jù)模型的核心思想都源自于可能世界模型，可能世界模型從一 個(gè)或多個(gè)不確定的數(shù)據(jù)源演化出諸多確定的數(shù)據(jù)庫實(shí)例，稱為可能世界實(shí)例，而且所有實(shí) 例的概率之和等于 1。ULDB(Databases with Uncertainty and Lineage)是一個(gè)三元組
Cr ,S, λ)，其中尺是廣儀丨站化！!的集合，S是包含所有x-relation標(biāo)識符的集合，λ是 定義域?yàn)镾值域?yàn)?s世系函數(shù)。ULDB能夠?qū)?shù)據(jù)計(jì)算和置信度計(jì)算解耦，提高計(jì)算效率。 將海洋環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)采用該數(shù)據(jù)模型存儲并進(jìn)行世系分析，可以提高海洋環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的質(zhì)量。不確定性數(shù)據(jù)庫上的top-k查詢可以像傳統(tǒng)的top-k查詢一樣為輔助決策提供 支持。但是在不確定性數(shù)據(jù)中，不同的應(yīng)用場景top-k有不同的語義。目前不確定性數(shù) 據(jù)top-k查詢有四種常用的語義定義，U-Topk查詢算法返回在所有可能世界集合上成為 top-k概率最大的元組向量；U-kRank查詢計(jì)算元組在所有可能世界中的排位，再綜合查詢 并返回全部元組中具有最大概率排位為i元組；概率閾值PT-k查詢和Global-Topk的基 本思想是計(jì)算元組在所有可能世界中成為top-k的聚集概率，PT-k查詢根據(jù)某一用戶設(shè)定 的閾值P得到最后的查詢結(jié)果。在海洋環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，不同的業(yè)務(wù)流程和不同的用戶提出 的查詢需求不同，根據(jù)需求定義top-k查詢語義，然后設(shè)計(jì)查詢算法，可以更好的為用戶服 務(wù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種基于ULDB的海洋環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集、 數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)檢驗(yàn)、不確定性數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)展示六個(gè)功能模塊。海洋環(huán)境監(jiān)測 數(shù)據(jù)質(zhì)量直接影響海洋環(huán)境管理決策的科學(xué)性。將海洋環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域內(nèi)的不確定性數(shù)據(jù)采 用ULDB(Databases with Uncertainty and Lineage)進(jìn)行存儲，根據(jù)世系函數(shù)查找不確定性數(shù)據(jù)的來源，并根據(jù)用戶需求和業(yè)務(wù)特點(diǎn)定義top-k查詢語義，滿足用戶的不同需求。該 系統(tǒng)能夠有效的利用海洋環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，為海洋環(huán)境管理決策提供科學(xué)支持。


圖1為本發(fā)明的海洋環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的管理系統(tǒng)架構(gòu)圖。圖2為本發(fā)明的不確定性數(shù)據(jù)查詢的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明公開了一種海洋環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，下面結(jié)合附圖對實(shí)施方式進(jìn)行說 明。請參考圖1。圖1為本發(fā)明的洋環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的管理系統(tǒng)架構(gòu)圖。包含數(shù)據(jù)采集， 數(shù)據(jù)存儲，數(shù)據(jù)檢驗(yàn)，不確定性數(shù)據(jù)管理，數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)展示六個(gè)功能模塊。數(shù)據(jù)采集模塊包括氣象傳感器和水文傳感器，氣象傳感器采集氣象類數(shù)據(jù)，包括 風(fēng)速風(fēng)向，雨量，濕度，氣壓，氣溫等，水文傳感器包括潮位和溫鹽傳感器，采集潮位數(shù)據(jù)，溫 度鹽度數(shù)據(jù)等，此外還有放射性監(jiān)測，貽貝類監(jiān)測，海水養(yǎng)殖區(qū)監(jiān)測，海洋保護(hù)區(qū)監(jiān)測，海洋 保護(hù)區(qū)沉淀物監(jiān)測等數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)存儲模塊存儲數(shù)據(jù)采集模塊采集的數(shù)據(jù)，包括文本信息，數(shù)據(jù)流信息等多種 形式的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)檢驗(yàn)?zāi)K根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)和歷史資料等形成數(shù)據(jù)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)庫，標(biāo)準(zhǔn)庫中包括各 個(gè)海洋要素值的正常取值范圍，海洋要素的變化趨勢，海洋要素間內(nèi)在的數(shù)量關(guān)系，時(shí)空關(guān) 系；以及海洋保護(hù)區(qū)中各類物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)含量和密度等，海水養(yǎng)殖區(qū)中適合養(yǎng)殖產(chǎn)品生長的 各類物質(zhì)的濃度等。針對海洋環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)，符合標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)行下一步 的利用，不符合標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)行不確定性數(shù)據(jù)管理。不確定性數(shù)據(jù)管理模塊包括不確定性數(shù)據(jù)存儲和查詢兩個(gè)方面。針對歷 史數(shù)據(jù)庫，在經(jīng)過數(shù)據(jù)檢驗(yàn)?zāi)K后，經(jīng)常出現(xiàn)不合格數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫，進(jìn)行ULDB存儲。 ULDB (Databases withUncertainty and Lineage)將不確定性和世系同時(shí)存儲。引入世系 后，可以知道元組來自哪些數(shù)據(jù)源，從而確定數(shù)據(jù)不確定性的來源，并且可以知道數(shù)據(jù)的產(chǎn) 生方式從而可以計(jì)算不確定性的大小。另外通過用戶需求和相關(guān)業(yè)務(wù)部門提出新的top-k 查詢語義，提出適合海洋環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域的top-k查詢。數(shù)據(jù)分析模塊將海洋環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，包括傳統(tǒng)應(yīng)用和分析、不確定性數(shù) 據(jù)的分析以及GIS時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)分析等。通過將采集到的帶有時(shí)間特性的環(huán)境數(shù)據(jù)加上地理信 息數(shù)據(jù)，利用ArcGISlO. 0的新特性進(jìn)行展示，可以為決策者提供更形象的展示。數(shù)據(jù)展示模塊將數(shù)據(jù)分析模塊的結(jié)果進(jìn)行展示，展示的客戶端包括政府用戶、涉 海單位、公眾等。采用智能手機(jī)或者PDA等進(jìn)行展示。數(shù)據(jù)展示模塊和數(shù)據(jù)分析模塊之間采用GIS服務(wù)器，Web服務(wù)器，移動(dòng)信息服務(wù)器 等實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通信和展示。請參考圖2。圖2為本發(fā)明的數(shù)據(jù)查詢的結(jié)構(gòu)框圖。不確定性數(shù)據(jù)查詢結(jié)構(gòu)框圖包括存儲層和處理層，存儲層包括元組、生成規(guī)則以 及世系函數(shù)。處理層包括狀態(tài)空間規(guī)范化，狀態(tài)空間導(dǎo)航，狀態(tài)空間概率計(jì)算等。通過規(guī)則引擎在存儲層中查看對應(yīng)的規(guī)則和世系函數(shù)，從而計(jì)算狀態(tài)的概率以確定是否繼續(xù)計(jì)算。
綜上所述，本發(fā)明通過建立海洋環(huán)境監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)庫檢驗(yàn)采集到的海洋環(huán)境監(jiān)測 數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)在標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)庫中分流，合理的數(shù)據(jù)進(jìn)行下一步的分析和展示，不合理的數(shù)據(jù)進(jìn)行 不確定性數(shù)據(jù)管理，并采用世系函數(shù)，容易找到不合理數(shù)據(jù)產(chǎn)生的真正原因，以提高海洋環(huán) 境監(jiān)測的數(shù)據(jù)質(zhì)量，對海洋環(huán)境監(jiān)測的業(yè)務(wù)流程改進(jìn)提供指導(dǎo)，最終為海洋環(huán)境管理決策 提供科學(xué)有效的依據(jù)。說明書中所舉特例均屬于便于理解的舉例性質(zhì)，而非限制性，任何未 脫離本發(fā)明思想的范疇，均應(yīng)包含于該申請涵蓋范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種基于ULDB的海洋環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，其特征在于，應(yīng)該包括一數(shù)據(jù)采集模塊，負(fù)責(zé)采集海洋環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)；一數(shù)據(jù)存儲模塊，負(fù)責(zé)存儲海洋環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)；一數(shù)據(jù)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)庫，負(fù)責(zé)設(shè)置海洋環(huán)境監(jiān)測的各種檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)；一數(shù)據(jù)分析模塊，負(fù)責(zé)分析海洋環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)庫中的的各類數(shù)據(jù)；一數(shù)據(jù)展示模塊，對數(shù)據(jù)分析模塊的結(jié)果進(jìn)行展示；一不確定性數(shù)據(jù)管理模塊，對海洋環(huán)境監(jiān)測中的不確定性數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和查詢。
1.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于包括臺站，浮標(biāo)，船舶，衛(wèi)星等海 洋環(huán)境監(jiān)測的數(shù)據(jù)采集裝置，具體包括各種傳感器氣象類傳感器，水文傳感器等海洋環(huán)境 監(jiān)測中用到的各類傳感器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)存儲裝置，其特征在于包括傳統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲和ULDB存儲。 針對初始采集的數(shù)據(jù)，統(tǒng)一采用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(例如oracle)進(jìn)行存儲，在對存儲的數(shù)據(jù)進(jìn) 行數(shù)據(jù)檢驗(yàn)后，將不符合標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采用ULDB進(jìn)行存儲。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)庫，其特征在于根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)、歷史資料等形 成的海洋環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)庫，參照海洋環(huán)境監(jiān)測方案，包括海洋要素的正常取值范 圍，要素間的數(shù)量關(guān)系，要素的時(shí)空關(guān)系等檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)分析模塊，其特征在于包括對傳統(tǒng)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析和對 不確定性數(shù)據(jù)的分析。根據(jù)政府部門、涉海部門以及公眾用戶提出的要求進(jìn)行分析。具體 分析包括某一海洋要素的某一歷史時(shí)間變化趨勢預(yù)測和分析，某一海洋要素正常值分析， 某一海域內(nèi)各類海洋要素的趨勢分析等。
5 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)展示模塊，其特征在于根據(jù)用戶需求，對權(quán)利要求4的數(shù) 據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行展示。通過GIS服務(wù)器，WEB服務(wù)器，移動(dòng)信息服務(wù)器，無線網(wǎng)絡(luò)將結(jié)果在 終端進(jìn)行展示。終端展示模塊包括智能手機(jī)、PDA等移動(dòng)終端智能設(shè)備。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不確定性數(shù)據(jù)管理模塊，其特征在于包括對不確定性數(shù)據(jù)的 存儲和查詢。其中存儲采用ULDB(Databases with Uncertainty and Lineage)進(jìn)行存儲， 并在此基礎(chǔ)上，結(jié)合海洋環(huán)境監(jiān)測的業(yè)務(wù)流程和監(jiān)測意義，根據(jù)用戶和輔助決策者的需求 定義合適的top-k查詢語義。根據(jù)世系函數(shù)分析產(chǎn)生異常值的原因，查找不確定性數(shù)據(jù)的 來源。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的不確定性數(shù)據(jù)查詢模塊，其特征在于top-k查詢模塊包括存 儲層和處理層，存儲層采用ULDB，包括元組、規(guī)則以及世系信息。通過規(guī)則引擎連接存儲層 和處理層。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于ULDB的海洋環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)檢驗(yàn)、不確定性數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)展示六個(gè)功能模塊。海洋環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量直接影響海洋環(huán)境管理決策的科學(xué)性。將海洋環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域內(nèi)的不確定性數(shù)據(jù)采用ULDB(Databases with Uncertainty and Lineage)進(jìn)行存儲，根據(jù)世系函數(shù)查找不確定性數(shù)據(jù)的來源，并根據(jù)用戶需求和業(yè)務(wù)特點(diǎn)定義top-k查詢語義，滿足用戶的不同需求。該系統(tǒng)能夠有效的利用海洋環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，為海洋環(huán)境管理決策提供科學(xué)支持。
文檔編號G06Q10/00GK102081764SQ20111000423
公開日2011年6月1日 申請日期2011年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月11日
發(fā)明者康培紅, 張明華, 鄭小羅, 黃冬梅 申請人:上海海洋大學(xué)