CN117171254A - 一种支持多类型数据处理的海洋要素数据可视化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于海洋数据分析技术领域，本发明涉及一种支持多类型数据处理的海洋要素数据可视化系统。包括海洋要素数据获取及储存、数据处理、可视化设计、数据分析、可视化展示及交互、可视化图表的储存、系统优化和维护。本发明支持包括海表温度、盐度、风场、密度在内的多类型数据处理、简便易用、可定制性强、可视化效果好的海洋要素可视化系统，以帮助用户更好地了解和感知海洋要素及其变化趋势，为气候变化和海洋生态系统的研究提供有力支持。
Description
技术领域
本发明属于海洋数据分析技术领域，本发明涉及一种支持多类型数据处理的海洋要素数据可视化系统。
背景技术
海洋要素包括海表温度、盐度、风场、密度等，海洋要素数据对于全球气候变化的监测、预测以及对生态系统和经济产业的影响评估具有重要意义。
海洋要素可视化技术可以帮助我们观察和记录海洋中的水流和气流，从而更加准确地揭示海流和海洋环流对全球气候的影响。其能够帮助用户更好地理解和掌握海洋要素数据的特点、规律和趋势，进而为相关领域的研究和应用提供更有力的支持。海洋要素数据是海洋生态系统、气候变化、海洋灾害等领域研究的重要数据源之一，对于政府部门、科研机构、海洋企业等都具有重要意义。
其中，海洋要素数据的数据处理是非常重要的，因为它可以帮助我们更好地了解海洋环境，提高数据的可信度。
首先，海洋要素数据的数据处理可以使海洋数据变得更加准确和有用。海洋数据涉及到各种不同类型的数据，如海表温度、盐度、风场、密度等方面的数据，并且这些数据都是分散的、杂乱无章的，需要进行整合和清洗才能得到有效信息。数据处理可以帮助我们去除无效数据、纠正错误数据，并且将各种数据整合成一个完整的数据集，从而让海洋数据变得更加准确和可靠。
其次，海洋要素数据的数据处理可以加快数据分析的速度和精度。在海洋研究中，数据量通常是非常庞大的，需要花费很长时间来分析和处理数据，而数据处理可以通过自动化处理、算法优化等方式，使数据分析变得更加高效和准确。
最后，海洋要素数据的数据处理对于科学研究和决策制定都有着重要的作用。在科学研究方面，数据处理可以帮助研究人员发现新的规律和关联性，从而推动学科的进步。
可视化系统不仅能够提高数据处理和解读的效率，还可以为用户提供更稳定、准确的数据支撑，带来不可小觑的社会、经济效益。
综上所述，可以明显看出，在诸多相关领域中，一种高效且支持多类型数据处理的海洋要素数据可视化的重要性不言而喻。这种数据可视化系统能够为科学家、工程师、政策制定者等专业人士提供丰富的信息，帮助他们更好地了解海洋环境，了解海洋要素的变化趋势和规律，以保护海洋生态环境和促进海洋经济发展。
同时，随着海洋产业的快速发展，一种高效且支持多类型数据处理的海洋要素数据可视化系统也成为了行业内部的迫切需求。这种高效、可靠、支持数据分析的系统，能够帮助海洋产业领域的从业人员更好地管理和利用海洋资源，提高工作效率和效益，推动行业的可持续发展。
因此，我们迫切需要开发出一种高效且支持多类型数据处理的海洋要素数据可视化系统，以满足不同领域的需求，为海洋产业的可持续发展和海洋环境的保护作出更大的贡献。
发明内容
为了克服现有技术的不足，提供一种支持支持多类型数据处理、简便易用、可定制性强、可视化效果好的海洋要素可视化系统(包括海表温度、盐度、风场、密度)，以帮助用户更好地了解和感知海洋要素及其变化趋势，为气候变化和海洋生态系统的研究提供有力支持。该系统采用已有的数据或用户提供的数据，可以准确获取海洋要素数据，并对数据进行预处理和整合，以确保数据的准确性和完整性。同时，该系统支持用户自定义查询条件和可视化展示的形式和内容，具有高度的可定制性。通过数据分析和建模技术，该系统可以帮助用户发现海洋要素分布及其变化的规律和趋势，提取数据中的有用信息。通过采取的可视化技术，该系统可以将海洋要素数据以直观、生动的形式展现在用户面前，让用户可以更加直观地理解和分析数据。该系统不仅适用于气候变化和海洋生态系统的研究，还可以应用于海洋资源利用、辅助海洋交通运输等领域，具有广泛的适用范围。
本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：一种支持多类型数据处理的海洋要素数据可视化系统，其特征是，所述系统采用已有的数据或用户提供的数据，准确获取海洋要素数据，并对数据进行预处理和整合，以确保数据的准确性和完整性；同时，所述系统支持用户自定义查询条件和可视化展示的形式和内容，具有高度的可定制性；通过数据分析和建模技术，所述系统可以帮助用户发现海洋要素分布及其变化的规律和趋势，提取数据中的有用信息；通过采取的可视化技术，所述系统可以将海洋要素数据以直观、生动的形式展现在用户面前，让用户可以更加直观地理解和分析数据，实施方案与技术路线如下：
S1.海洋要素数据获取及储存：系统支持以下几种数据的获取方式：
默认数据：所述系统中默认提供了几年的全球范围内的海洋要素数据，用户可以直接选择这些数据，以快速获取所需的数据信息；
在线数据：所述系统还支持用户在线获取其他公共数据源的海洋要素数据，包括NASA、ESA，用户可以通过输入数据源的地址或关键词，从网络中获取所需的数据信息；
本地数据：所述系统还支持用户上传本地海洋要素数据，以满足个性化的数据需求，用户需要将数据按照系统要求的格式进行整理和上传，以确保数据的准确性和完整性；
S2.数据处理：对采集到的海洋要素数据进行数据清洗、数据预处理，以便更好地利用这些数据进行可视化；
S3.可视化设计：包括系统架构设计、用户界面设计、数据交互设计；在进行可视化设计时，用户根据自己的需求和数据特点，可自行选择设计可视化展示的形式和内容，以将海洋要素数据以直观、生动的形式展现出来；其次，支持选择合适的可视化设计元素和图表类型，以呈现数据的特点和趋势；
S4.数据分析：对海洋要素数据进行统计分析方面的处理，以便更好地理解和预测海洋要素的变化趋势；通过数据分析，可以从海洋要素数据中提取有用的信息和规律，帮助用户更好地了解和预测海洋要素的变化趋势，为科学研究和决策提供支持和参考；
S5.可视化展示及交互：将数据及数据分析的结果以可视化的形式展现出来；通过采用各种可视化工具和图表类型，将数据以包括图像、图表、地图在内的多种形式展示出来，使用户可以更加直观地理解和分析数据；可视化展示采用交互式可视化技术，让用户可以自由地探索数据，发现数据中的有用信息；交互式可视化技术可以为用户提供丰富的交互功能，让用户可以根据自己的需求和兴趣，对数据进行更加深入的探索和分析；同时，交互式可视化技术还可以帮助用户发现数据中的异常点、趋势、关系，提取数据中的有用信息，为用户提供更加准确和全面的数据分析结果；可视化展示不仅可以帮助用户更好地理解和分析数据，还可以为用户提供更加直观和生动的数据展示方式，让用户可以更加深入地了解数据所代表的现象和规律；
S6.可视化图表的储存：用户对于可视化图表储存包括采用本地储存、云储存的储存方式，以便后续使用；
S7.系统优化和维护：包括系统性能优化、数据更新和维护、用户反馈和改进方面，可以保证系统的稳定性和可靠性，同时不断改进系统的功能和用户体验。
①数据清洗和插值：在修复缺失数据或异常数据中使用分段的三次多项式进行插值，具体方法如下：
假设给定的区域范围内数据点为(x0，y0)，(x1，y1)，…，(xn，yn)，其中x0，x1，...，xn是不同的横坐标，y0，y1，...，yn是不同的纵坐标；对应的函数值为f(x0，y0)，f(x1，y1)，…，f(xn，yn)；
首先，根据给定的数据点，通过求解三对角线方程组来计算出在每个小区间上的控制点，这里的小区间指的是相邻的数据点之间的区域；
然后，对于每个小区间，使用三次多项式来进行插值，在x方向上利用x0和x1之间的插值得到一个多项式P(x)，再在y方向上利用y0和y1之间的插值得到另一个多项式P(y)，最后，在整个小区间内插值的结果为：
P(x，y)＝P(x)*P(y)；
具体而言，P(x)和P(y)的表达式为：
P(x)＝a+b*(x-xj)+c*(x-xj)2+d*(x-xj)3
P(y)＝a+b*(y-yj)+c*(y-yj)2+d*(y-yj)3
其中，a、b、c、d是待定系数，需要通过解线性方程组的方式确定；xi和yj是小区间的起始点横纵坐标；
最后的整个二维三次样条插值函数为：
其中，n是横向的小区间数目，m是纵向的小区间数目；
②数据滤波：在对于风场的滤波中，以u分量为例，在区间(0,0)到(I,J)中，有时间域上由1到N的u分量其滤波后的结果为/>
第一步，对风场数据进行时间域上的滤波；
第二步，对风场数据进行空间域上的滤波：
首先，在经向方向上进行滤波
然后，在纬向方向上进行滤波
通过上述的滤波过程，使得数据中的噪声降低，有效降低了局部异常风场的变化；
③数据归一化及整合：数据归一化是指将数据按照一定规则进行缩放，将不同规格的数据转换到同一规格下进行比较和分析；整合则是将多个数据源的数据进行合并，以获得更全面和准确的数据；通过这样的数据处理流程，可以为后续的数据分析和应用提供可靠的数据基础；
在归一化部分，采用Z-score标准化对数据进行处理：
按照如下公式，对数据进行标准化：
其中，i、j表示网格点，n表示数据的天数，NP表示数据场中的有效点数，数据场中的无效点将被赋值为0，NY表示总体数据的年份，为了简便后续程序，此处忽略闰年的情况；
对四种数据都进行上述方法的标准化，即可得到标准化数据，用得到的标准化数据构造包含海表温度、盐度、风场、密度等海洋数据的数据集；
数据整合需要进行数据清理、转换和合并操作：
首先，需要对不同的数据集进行清理，去除无用数据、处理数据中的错误或异常值，将数据转换成相同的格式和单位；
由于获得的多种数据的量纲、量级均有很大差异，因此对于数据分别进行Z-score标准化，通过这一过程，将数据转化为具有相同规模和范围的值，从而使得不同的数据可以进行比较和分析；同时，去除数据中的异常值和离群值，提高数据的质量和准确性；并且，选择Z-score标准化有助于去除数据中的异常值和离群值，提高数据的质量和准确性，降低噪声和模型复杂度，提高模型的泛化能力；
对四种数据都进行上述方法的标准化，即可得到标准化数据，用得到的标准化数据就可以构造包含海表温度、盐度、风场、密度海洋数据的数据集；
完成数据整合后，可以得到一个完整、准确、规范化的海洋要素数据集，这有助于更全面、精确地了解海洋环境和资源分布；同时，整合后的数据集还可以方便进行复杂的数据分析。
所述复杂的数据分析包括建立海洋温度、盐度指标分布模型，预测海洋生态系统变化趋势。
所述步骤S3中，系统架构设计包括确定系统的功能模块、数据流程和系统架构；用户界面设计包括确定系统的界面布局、颜色、图标；数据交互设计包括确定用户和系统之间的数据交互方式和交互效果；可视化展示的形式和内容包括：详细和复杂的图表和数据分析方法，以展示海洋要素的变化趋势和规律；简单和易懂的图表和数据可视化方式，以帮助用户更好地理解海洋要素的变化和影响；所述图表类型包括折线图、散点图、热力图；所述设计元素包括颜色、字体、标签。
所述步骤S4中，具体而言，包括支持用户查看该区域的日、月、年的平均值和该区域日月年的变化趋势，以发现其中的规律和趋势。
所述步骤S5中，可以使用地图、图表形式展示海洋要素数据，所述交互功能，如缩放、平移、筛选、排序、高亮。
所述步骤S6中，本地储存是指，将图表保存在本地计算机的硬盘或其他储存设备中，本地储存可以保证图表的安全性和隐私性，但是需要用户自行备份和管理数据；云储存是指，将图表保存在云端服务器上，用户可以随时随地访问和管理数据，云储存可以提高数据的可用性和共享性，但是需要用户考虑数据安全和隐私保护等问题。
本发明具备如下有益效果:
1、可定制性强：该系统可以根据用户的需求进行定制和调整，包括数据的选取和处理、可视化展示的形式和内容等方面，满足不同用户的需求。
2、数据分析能力强：该系统可以通过数据分析等技术，帮助用户更好地了解和反应海洋要素的分布和变化趋势，为科学研究提供有力支持。
3、可视化效果好：该系统采用的可视化技术，可以将海洋要素数据以直观、生动的形式展现在用户面前，使得用户可以更加直观地理解和分析数据。
4、适用范围广：该系统不仅适用于气候变化和海洋生态系统的研究，还可以应用于海洋资源利用、辅助海洋交通运输等领域，具有广泛的适用范围。
5、提高海洋科学研究效率：海洋要素可视化系统能够帮助海洋科学研究人员快速生成具有良好可视性和操作性的海洋要素数据可视化图像，更好地了解海洋要素的时空变化规律，从而提高海洋科学研究的效率。
6、提高科普教育效果：海洋要素可视化系统可以帮助科普工作者更好地向公众介绍海洋要素的相关知识，提高科普教育的效果。科普工作者可以通过该系统生成具有良好可视性和操作性的海洋要素数据可视化图像，并将其用于科普教育活动中，使公众更好地了解海洋要素的相关知识。
附图说明
图1为本发明的实施方案与技术路线的步骤图。
图2为本发明的海洋要素数据可视化展示及交互的界面。
具体实施方式
下面通过附图与具体实施例详述本发明，但不限制本发明的保护范围。
实施例
图1为本发明一种支持多类型数据处理的海洋要素数据可视化系统的实施方案与技术路线的步骤图，所述系统采用已有的数据或用户提供的数据，准确获取海洋要素数据，并对数据进行预处理和整合，以确保数据的准确性和完整性；同时，所述系统支持用户自定义查询条件和可视化展示的形式和内容，具有高度的可定制性；通过数据分析和建模技术，所述系统可以帮助用户发现海洋要素分布及其变化的规律和趋势，提取数据中的有用信息；通过采取的可视化技术，所述系统可以将海洋要素数据以直观、生动的形式展现在用户面前，让用户可以更加直观地理解和分析数据，实施方案与技术路线如下：
S1.海洋要素数据获取及储存：系统支持以下几种数据的获取方式：
默认数据：所述系统中默认提供了几年的全球范围内的海洋要素数据，用户可以直接选择这些数据，以快速获取所需的数据信息；
在线数据：所述系统还支持用户在线获取其他公共数据源的海洋要素数据，包括NASA、ESA，用户可以通过输入数据源的地址或关键词，从网络中获取所需的数据信息；
本地数据：所述系统还支持用户上传本地海洋要素数据，以满足个性化的数据需求，用户需要将数据按照系统要求的格式进行整理和上传，以确保数据的准确性和完整性；
S2.数据处理：对采集到的海洋要素数据进行数据清洗、数据预处理，以便更好地利用这些数据进行可视化，具体包括：
①数据清洗和插值：在修复缺失数据或异常数据中使用分段的三次多项式进行插值，具体方法如下：
假设给定的区域范围内数据点为(x0,y0),(x1,y1),…,(xn,yn)，其中x0,x1,...,xn是不同的横坐标，y0,y1,...,yn是不同的纵坐标；对应的函数值为
f(x0,y0),f(x1,y1),…,f(xn,yn)；
首先，根据给定的数据点，通过求解三对角线方程组来计算出在每个小区间上的控制点，这里的小区间指的是相邻的数据点之间的区域；
然后，对于每个小区间，使用三次多项式来进行插值，在x方向上利用x0和x1之间的插值得到一个多项式P(x)，再在y方向上利用y0和y1之间的插值得到另一个多项式P(y)，最后，在整个小区间内插值的结果为：
P(x，y)＝P(x)*P(y)；
具体而言，P(x)和P(y)的表达式为：
P(x)＝a+b*(x-xj)+c*(x-xj)2+d*(x-xj)3
P(y)＝a+b*(y-yj)+c*(y-yj)2+d*(y-yj)3
其中，a、b、c、d是待定系数，需要通过解线性方程组的方式确定；xi和yj是小区间的起始点横纵坐标；
最后的整个二维三次样条插值函数为：
其中，n是横向的小区间数目，m是纵向的小区间数目；
②数据滤波：在对于风场的滤波中，以u分量为例，在区间(0,0)到(I,J)中，有时间域上由1到N的u分量其滤波后的结果为/>
第一步，对风场数据进行时间域上的滤波；
第二步，对风场数据进行空间域上的滤波：
首先，在经向方向上进行滤波
然后，在纬向方向上进行滤波
通过上述的滤波过程，使得数据中的噪声降低，有效降低了局部异常风场的变化；
③数据归一化及整合：数据归一化是指将数据按照一定规则进行缩放，将不同规格的数据转换到同一规格下进行比较和分析；整合则是将多个数据源的数据进行合并，以获得更全面和准确的数据；通过这样的数据处理流程，可以为后续的数据分析和应用提供可靠的数据基础；
在归一化部分，采用Z-score标准化对数据进行处理：
按照如下公式，对数据进行标准化：
其中，i、j表示网格点，n表示数据的天数，NP表示数据场中的有效点数，数据场中的无效点将被赋值为0，NY表示总体数据的年份，为了简便后续程序，此处忽略闰年的情况；
对四种数据都进行上述方法的标准化，即可得到标准化数据，用得到的标准化数据构造包含海表温度、盐度、风场、密度等海洋数据的数据集；
数据整合需要进行数据清理、转换和合并操作：
首先，需要对不同的数据集进行清理，去除无用数据、处理数据中的错误或异常值，将数据转换成相同的格式和单位；
由于获得的多种数据的量纲、量级均有很大差异，因此对于数据分别进行Z-score标准化，通过这一过程，将数据转化为具有相同规模和范围的值，从而使得不同的数据可以进行比较和分析；同时，去除数据中的异常值和离群值，提高数据的质量和准确性；并且，选择Z-score标准化有助于去除数据中的异常值和离群值，提高数据的质量和准确性，降低噪声和模型复杂度，提高模型的泛化能力；
对四种数据都进行上述方法的标准化，即可得到标准化数据，用得到的标准化数据就可以构造包含海表温度、盐度、风场、密度海洋数据的数据集；
完成数据整合后，可以得到一个完整、准确、规范化的海洋要素数据集，这有助于更全面、精确地了解海洋环境和资源分布；同时，整合后的数据集还可以方便进行复杂的数据分析。
所述复杂的数据分析包括建立海洋温度、盐度指标分布模型，预测海洋生态系统变化趋势；
S3.可视化设计：包括系统架构设计、用户界面设计、数据交互设计；在进行可视化设计时，用户根据自己的需求和数据特点，可自行选择设计可视化展示的形式和内容，以将海洋要素数据以直观、生动的形式展现出来；其次，支持选择合适的可视化设计元素和图表类型，以呈现数据的特点和趋势；
系统架构设计包括确定系统的功能模块、数据流程和系统架构；用户界面设计包括确定系统的界面布局、颜色、图标；数据交互设计包括确定用户和系统之间的数据交互方式和交互效果；可视化展示的形式和内容包括：详细和复杂的图表和数据分析方法，以展示海洋要素的变化趋势和规律；简单和易懂的图表和数据可视化方式，以帮助用户更好地理解海洋要素的变化和影响；所述图表类型包括折线图、散点图、热力图；所述设计元素包括颜色、字体、标签；
S4.数据分析：对海洋要素数据进行统计分析方面的处理，以便更好地理解和预测海洋要素的变化趋势；通过数据分析，可以从海洋要素数据中提取有用的信息和规律，帮助用户更好地了解和预测海洋要素的变化趋势，为科学研究和决策提供支持和参考；具体而言，包括支持用户查看该区域的日、月、年的平均值和该区域日月年的变化趋势，以发现其中的规律和趋势；
S5.可视化展示及交互：可以使用地图、图表形式展示海洋要素数据，将数据及数据分析的结果以可视化的形式展现出来；通过采用各种可视化工具和图表类型，将数据以包括图像、图表、地图在内的多种形式展示出来，使用户可以更加直观地理解和分析数据；可视化展示采用交互式可视化技术，让用户可以自由地探索数据，发现数据中的有用信息；交互式可视化技术可以为用户提供丰富的交互功能，如缩放、平移、筛选、排序、高亮，让用户可以根据自己的需求和兴趣，对数据进行更加深入的探索和分析；同时，交互式可视化技术还可以帮助用户发现数据中的异常点、趋势、关系，提取数据中的有用信息，为用户提供更加准确和全面的数据分析结果；可视化展示不仅可以帮助用户更好地理解和分析数据，还可以为用户提供更加直观和生动的数据展示方式，让用户可以更加深入地了解数据所代表的现象和规律；
S6.可视化图表的储存：用户对于可视化图表储存包括采用本地储存、云储存的储存方式，以便后续使用；本地储存是指，将图表保存在本地计算机的硬盘或其他储存设备中，本地储存可以保证图表的安全性和隐私性，但是需要用户自行备份和管理数据；云储存是指，将图表保存在云端服务器上，用户可以随时随地访问和管理数据，云储存可以提高数据的可用性和共享性，但是需要用户考虑数据安全和隐私保护等问题；
S7.系统优化和维护：包括系统性能优化、数据更新和维护、用户反馈和改进方面，可以保证系统的稳定性和可靠性，同时不断改进系统的功能和用户体验。
以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施的全部实施例。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下对其所作出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (7)
1.一种支持多类型数据处理的海洋要素数据可视化系统，其特征是，所述系统采用已有的数据或用户提供的数据，准确获取海洋要素数据，并对数据进行预处理和整合，以确保数据的准确性和完整性；同时，所述系统支持用户自定义查询条件和可视化展示的形式和内容，具有高度的可定制性；通过数据分析和建模技术，所述系统可以帮助用户发现海洋要素分布及其变化的规律和趋势，提取数据中的有用信息；通过采取的可视化技术，所述系统可以将海洋要素数据以直观、生动的形式展现在用户面前，让用户可以更加直观地理解和分析数据，实施方案与技术路线如下：
S1.海洋要素数据获取及储存：系统支持以下几种数据的获取方式：
默认数据：所述系统中默认提供了几年的全球范围内的海洋要素数据，用户可以直接选择这些数据，以快速获取所需的数据信息；
在线数据：所述系统还支持用户在线获取其他公共数据源的海洋要素数据，包括NASA、ESA，用户可以通过输入数据源的地址或关键词，从网络中获取所需的数据信息；
本地数据：所述系统还支持用户上传本地海洋要素数据，以满足个性化的数据需求，用户需要将数据按照系统要求的格式进行整理和上传，以确保数据的准确性和完整性；
S2.数据处理：对采集到的海洋要素数据进行数据清洗、数据预处理，以便更好地利用这些数据进行可视化；
S3.可视化设计：包括系统架构设计、用户界面设计、数据交互设计；在进行可视化设计时，用户根据自己的需求和数据特点，可自行选择设计可视化展示的形式和内容，以将海洋要素数据以直观、生动的形式展现出来；其次，支持选择合适的可视化设计元素和图表类型，以呈现数据的特点和趋势；
S4.数据分析：对海洋要素数据进行统计分析方面的处理，以便更好地理解和预测海洋要素的变化趋势；通过数据分析，可以从海洋要素数据中提取有用的信息和规律，帮助用户更好地了解和预测海洋要素的变化趋势，为科学研究和决策提供支持和参考；
S5.可视化展示及交互：将数据及数据分析的结果以可视化的形式展现出来；通过采用各种可视化工具和图表类型，将数据以包括图像、图表、地图在内的多种形式展示出来，使用户可以更加直观地理解和分析数据；可视化展示采用交互式可视化技术，让用户可以自由地探索数据，发现数据中的有用信息；交互式可视化技术可以为用户提供丰富的交互功能，让用户可以根据自己的需求和兴趣，对数据进行更加深入的探索和分析；同时，交互式可视化技术还可以帮助用户发现数据中的异常点、趋势、关系，提取数据中的有用信息，为用户提供更加准确和全面的数据分析结果；可视化展示不仅可以帮助用户更好地理解和分析数据，还可以为用户提供更加直观和生动的数据展示方式，让用户可以更加深入地了解数据所代表的现象和规律；
S6.可视化图表的储存：用户对于可视化图表储存包括采用本地储存、云储存的储存方式，以便后续使用；
S7.系统优化和维护：包括系统性能优化、数据更新和维护、用户反馈和改进方面，可以保证系统的稳定性和可靠性，同时不断改进系统的功能和用户体验。
2.根据权利要求1所述的一种支持多类型数据处理的海洋要素数据可视化系统，其特征是，所述步骤S2中，具体包括：
①数据清洗和插值：在修复缺失数据或异常数据中使用分段的三次多项式进行插值，具体方法如下：
假设给定的区域范围内数据点为(x0,y0),(x1,y1),…,(xn,yn)，其中x0,x1,...,xn是不同的横坐标，y0,y1,...,yn是不同的纵坐标；对应的函数值为f(x0,y0),f(x1,y1),…,f(xn,yn)；
首先，根据给定的数据点，通过求解三对角线方程组来计算出在每个小区间上的控制点，这里的小区间指的是相邻的数据点之间的区域；
然后，对于每个小区间，使用三次多项式来进行插值，在x方向上利用x0和x1之间的插值得到一个多项式P(x)，再在y方向上利用y0和y1之间的插值得到另一个多项式P(y)，最后，在整个小区间内插值的结果为：
P(x，y)＝P(x)*P(y)；
具体而言，P(x)和P(y)的表达式为：
P(x)＝a+b*(x-xj)+c*(x-xj)2+d*(x-xj)3
P(y)＝a+b*(y-yj)+c*(y-yj)2+d*(y-yj )3
其中，a、b、c、d是待定系数，需要通过解线性方程组的方式确定；xi和yj是小区间的起始点横纵坐标；
最后的整个二维三次样条插值函数为：
其中，n是横向的小区间数目，m是纵向的小区间数目；
②数据滤波：在对于风场的滤波中，以u分量为例，在区间(0,0)到(I,J)中，有时间域上由1到N的u分量其滤波后的结果为/>
第一步，对风场数据进行时间域上的滤波；
第二步，对风场数据进行空间域上的滤波：
首先，在经向方向上进行滤波
然后，在纬向方向上进行滤波
通过上述的滤波过程，使得数据中的噪声降低，有效降低了局部异常风场的变化；
③数据归一化及整合：数据归一化是指将数据按照一定规则进行缩放，将不同规格的数据转换到同一规格下进行比较和分析；整合则是将多个数据源的数据进行合并，以获得更全面和准确的数据；通过这样的数据处理流程，可以为后续的数据分析和应用提供可靠的数据基础；
在归一化部分，采用Z-score标准化对数据进行处理：
按照如下公式，对数据进行标准化：
其中，i、j表示网格点，n表示数据的天数，NP表示数据场中的有效点数，数据场中的无效点将被赋值为0，NY表示总体数据的年份，为了简便后续程序，此处忽略闰年的情况；
对四种数据都进行上述方法的标准化，即可得到标准化数据，用得到的标准化数据构造包含海表温度、盐度、风场、密度等海洋数据的数据集；
数据整合需要进行数据清理、转换和合并操作：
首先，需要对不同的数据集进行清理，去除无用数据、处理数据中的错误或异常值，将数据转换成相同的格式和单位；
由于获得的多种数据的量纲、量级均有很大差异，因此对于数据分别进行Z-score标准化，通过这一过程，将数据转化为具有相同规模和范围的值，从而使得不同的数据可以进行比较和分析；同时，去除数据中的异常值和离群值，提高数据的质量和准确性；并且，选择Z-score标准化有助于去除数据中的异常值和离群值，提高数据的质量和准确性，降低噪声和模型复杂度，提高模型的泛化能力；
对四种数据都进行上述方法的标准化，即可得到标准化数据，用得到的标准化数据就可以构造包含海表温度、盐度、风场、密度海洋数据的数据集；
完成数据整合后，可以得到一个完整、准确、规范化的海洋要素数据集，这有助于更全面、精确地了解海洋环境和资源分布；同时，整合后的数据集还可以方便进行复杂的数据分析。
3.根据权利要求1所述的一种支持多类型数据处理的海洋要素数据可视化系统，其特征是，所述复杂的数据分析包括建立海洋温度、盐度指标分布模型，预测海洋生态系统变化趋势。
4.根据权利要求1所述的一种支持多类型数据处理的海洋要素数据可视化系统，其特征是，所述步骤S3中，系统架构设计包括确定系统的功能模块、数据流程和系统架构；用户界面设计包括确定系统的界面布局、颜色、图标；数据交互设计包括确定用户和系统之间的数据交互方式和交互效果；可视化展示的形式和内容包括：详细和复杂的图表和数据分析方法，以展示海洋要素的变化趋势和规律；简单和易懂的图表和数据可视化方式，以帮助用户更好地理解海洋要素的变化和影响；所述图表类型包括折线图、散点图、热力图；所述设计元素包括颜色、字体、标签。
5.根据权利要求1所述的一种支持多类型数据处理的海洋要素数据可视化系统，其特征是，所述步骤S4中，具体而言，包括支持用户查看该区域的日、月、年的平均值和该区域日月年的变化趋势，以发现其中的规律和趋势。
6.根据权利要求1所述的一种支持多类型数据处理的海洋要素数据可视化系统，其特征是，所述步骤S5中，可以使用地图、图表形式展示海洋要素数据，所述交互功能，如缩放、平移、筛选、排序、高亮。
7.根据权利要求1所述的一种支持多类型数据处理的海洋要素数据可视化系统，其特征是，所述步骤S6中，本地储存是指，将图表保存在本地计算机的硬盘或其他储存设备中，本地储存可以保证图表的安全性和隐私性，但是需要用户自行备份和管理数据；云储存是指，将图表保存在云端服务器上，用户可以随时随地访问和管理数据，云储存可以提高数据的可用性和共享性，但是需要用户考虑数据安全和隐私保护等问题。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202310922162.XA CN117171254A (zh) | 2023-07-26 | 2023-07-26 | 一种支持多类型数据处理的海洋要素数据可视化系统 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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Family Applications (1)
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| CN202310922162.XA Pending CN117171254A (zh) | 2023-07-26 | 2023-07-26 | 一种支持多类型数据处理的海洋要素数据可视化系统 |
Country Status (1)
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2023
- 2023-07-26 CN CN202310922162.XA patent/CN117171254A/zh active Pending
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