专利名称：一种基于时间序列相似匹配的海洋灾害预警装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用GPS、陀螺仪、电子指南针组合的导航装置，及使用传感器接 收数据进行时间序列相似匹配的海洋灾害预警装置。
背景技术：
海洋是资源宝库、是食品资源基地、是重要的能源基地、是金属矿产资源基地、是 水资源基地、是再生能源基地、是生产生活的空间资源、是世界交通的要道。而最近由于经 济的发展和环境的变化，每年发生的海洋灾害给沿海地区造成的经济损失与人员伤亡，已 对沿海地区的经济建设与和谐社会建设构成严重威胁。因此，研究预警技术，加强沿海地区 海洋灾害监测，获取海洋即时信息，研制防灾决策辅助系统，发布准确的灾情，是保障人民 生命财产安全与社会稳定的迫切需要。时间序列相似性匹配在统计理论、机器学习以及数据挖掘等方面具有重要的意 义，相似性度量常用于发现具有相似起伏的股票、确定具有相似销售模式的产品、分类具有 相似形状的恒星光谱曲线等等。海洋灾害的历史数据比较丰富，充分利用这些数据是保障 人民生命安全的一个有力手段。定位装置在汽车导航中使用最为广泛，技术也比较成熟，与 目前基于现实技术相结合，更好的叠加现实世界内容。

发明内容
本发明的目的是提供一种基于相似性匹配的海洋灾害预警手持装置，尤其适于风 暴潮灾害的预警装置，方便用户携带。主要应用于海上作业人员和研究员。在全球气候变 化和沿海经济的快速发展的背景下，海洋灾害发生频率和强度突显，如风暴潮、江苏南通的 怪潮等。为了实现以上目的，本发明是采用如下技术方案实现的1)定位装置通过电子指南针、MEMS陀螺仪与GPS接收信息，当GPS信号被阻挡 时，由陀螺仪和电子指南针接收信息，同时，MEMS陀螺提供手持设备的姿态，根据设备的不 同方向而读取不同的场景内容；电子指南针指示用户当前所在位置的准确方向；GPS定位 用户所处位置的准确方向。通过LBS位置服务获得矫正对象手持设备的经纬度，从而确定 用户的具体位置。2)获得用户的场景内容用户通过视频获取设备摄取定位装置和LBS所定位的场 景，并呈现在多点触摸手持设备上。3)传感器的使用海洋灾害上多于温度、气压等相关，因此本发明确定至少拥有 温度、气压两个传感器，可以根据需要再增加传感器的种类。传感器接收回来的数据传给数 据处理装置，与历年案例相比较，给出一个阈值，如果相似度大于等于这个阈值，则认为是 危险区域。传给报警装置一个信号，告知此地是危险区域，且手持设备上显示红色区域。4)数据处理装置数据处理装置在本发明中非常关键，它接收来自传感器的数 据，同时存有历年灾害发生时的特征数据和处理方法。步骤如下
A、将海洋灾害目录数据转换为一定时空范围内、一定级别以上的海洋灾害事件系 列集。这样，不同时空范围内的海洋灾害就构成了不同的海洋灾害序列。下面给出海洋灾 害序列及其相似性的定义和海洋灾害序列相似性的度量模型。定义1(海洋灾害相关地区)海洋灾害发生频繁的地理区域。定义2 (海洋灾害事件).将海洋灾害目录数据库中记录的每一次海洋灾害看作一 个事件。将所有海洋灾害事件按空间属性和区域而分为不同的海洋灾害事件集，把发生在 一定级别以上且同时在t时刻发生的海洋灾害事件记为E(t)。定义3 (海洋灾害事件序列).在某海洋灾害相关地区中，把发生在时间范围F内 的事件集Et = {E(t) |t e时间范围F}在时间轴上的一个排列称为海洋灾害事件序列，其 中每一个单独的事件E(t)称为一个事件项。定义4 (海洋灾害序列).依据海洋灾害发生的时间和等级，把海洋灾害事件项的 空间属性略去，在时间轴上抽象为一个时间单位上的风暴潮强度值。从而，一个海洋灾害事 件序列就被抽象为一个时间序列，称其为海洋灾害序列，用S= {S(t)|t = 0，l，2，. . . , η} 来表示，海洋灾害事件序列中，一个事件项对应海洋灾害序列中的一个元素。这里要特别 说明的是，根据领域特性，将海洋灾害事件发生的时间t扩展为一个单位时间间隔范围，即 t ^ Tgap0定义5 (海洋灾害序列长度).对于海洋灾害序列S，用|S|表示其长度，即海洋灾 害序列S的元素个数。S[i]表示海洋灾害序列S中的第i个元素，S(t)表示海洋灾害序列 S在t时刻的等级取值。定义6 (稠密海洋灾害序列).在某一时间区域内，对海洋灾害序列S，在没有发生 海洋灾害事件的单位时间段补充了空元素以后形成的海洋灾害序列，称为稠密海洋灾害序 列S'。注以下所说的序列及元素都是指稠密序列或稠密序列之中的元素。定义7 (海洋灾害相似性).设χ和y是任意两个不同海洋灾害序列中的对应元 素，用标记函数A (X，y)来描述χ和y元素的相似性，元素x、y之间的距离使用动态弯曲距 离(DTW)，记为D(x，y)。标记函数A(x，y)定义为如果D(x，y) ( Mthreshold，则 A (X，y) = 0 ；如果 D(x，y) > Mthreshold，则 A (χ，y) = 1。 这里，Mttoestold为误差阈值，由用户根据具体需求来确定。误差阈值越小，表示两个元素所代 表的海洋灾害强度差别越小。特别值得注意的是，因为允许相关海洋灾害发生的时间有一 定的间隔，所以χ和y两元素可以对应不同的时间点，用户可以根据需要给定这个时间间隔 的范围。另一方面，海洋各灾害序列中常常会出现这样的现象在时间轴的某些单位时间 段内，没有海洋灾害事件发生。这时，可以在序列中补充空元素，即在没有海洋灾害事件的 时间段补充取值为0的元素。当非空元素与空元素进行相似性比较时，标记函数取值为0。定义8 (海洋灾害相似性度量模型).设S和Q是两个不同的海洋灾害序列，则S
和R的相似性可以用两序列中的相似性标记函数和来度量。其定义如下 定义9 (海洋灾害序列分段线性表示).在一定时间范围内，将海洋灾害序列按照时间t表示成多段相邻的近似直线。由于海洋灾害的数据具有局部离群的特征，此线性分 段采用滑动窗口的方法。即给定一个长度为η的海洋灾害事件序列s和长度为w的时间窗 口，记s为(xl，x2，. . .，χη)，将时间窗口放在时间序列的起始位置，此时时间窗口对应序列 上长度为w的一段子序列，依次类推，共分为η-w+l段。定义10 (相关海洋灾害支持数及支持度).相关海洋灾害支持数Sup (S，Q)及支持 度η定义为ViElT-TtapiT + Ttap ],e{Stf]Qt}^ Sup(E(t)) = 1,Vi e [T~Ttap,T + Ttap],^3E(t)(E(t) e 估门⑴=^ Sup{E(t)) = 0,Sup(S, 0 = J Sup(E(T))
；=0η = Sup (S, Q)/I S其中，E(t) e {St，Qt}表示在一个时间间隔范围t e [T-Tgap,T+Tgap]内，只要序 列S和序列Q中均有海洋灾害事件发生，支持度总数就增加1 ；如果序列S和序列Q有一个 没有海洋灾害事件，就不记入支持度总数。式(2)中的η为时间间隔总数。B、寻找海洋灾害相关地区的序列相似性匹配算法结合相关海洋灾害的特点，在定义了海洋灾害序列分段线性表示、相关海洋灾害 的支持度和海洋灾害序列相似性度量模型的基础上，提出了一种基于支持数和线性分段的 整体序列相似性匹配算法。下面给出算法的步骤步骤1 预处理——从海洋灾害目录数据中取出数据，根据其包含的经纬度信息， 按空间位置划分为不同的区域，并将经纬度和区域的对应信息都一同存放在预处理结果文 件中；步骤2 构成海洋灾害序列——从预处理结果文件中，提取具有相同区域编号的 数据归并到一起，分别放入不同的临时文件中，并累计此区域内的海洋灾害记录条数，记入 (区域号、条数)链表结构中。最后，各区域内的案例记录按时间排序，就形成一组海洋灾害 时间序列EQS ；步骤3 序列分段线性表示——将海洋灾害时间序列EQS按照滑动窗口划分的方 法将序列分为η-w+l段，如定义9所示。步骤4 两两进行相似性分析——具体过程是分别取出处于不同区域中的海洋 灾害时间序列，若两序列的相似度达到要求，则作相应的记录。然后计算支持度，并根据支 持度是否达到阈值输出相关序列并查看于此相关的历史处理记录；步骤5 合并结果——将海洋灾害相关地区依据地理位置进行合并，并重新计算支持度。在此算法中对两个序列进行相似性判定时，需要逐个元素比较。根据需要给定一个阈值，利用传感器接收的数据进行计算，如果所得结果大于或 等于这个阈值，则判断是危险区域，把信号传给报警装置，同时，如果用户已经在危险区域， 则在触摸屏上查看地图，选择离该危险区域最近的地方撤退。如果是管理人员使用，还可以 进一步确定其与历史数据哪一年的最接近，借鉴当年处理险情的方法，把危害降到最低。5)报警装置，包括一个颜色变换装置和一个发声装置，根据数据处理装置的结果， 报警装置给予不同的回应，当到了危险区域时，发声系统发出警报，同时该区域变为红色。
6)传感器装置，及时接收温度、气压、水温等数据传给数据处理装置进行处理。


图1为本发明海洋预警装置的结构图。图2为发明海洋预警装置的逻辑功能图。
具体实施例方式本发明公开了一种基于时间序列相似匹配的海洋灾害预警装置的方法与分析，下 面结合附图对实施方式进行说明。图1所示为本发明海洋灾害预警装置的逻辑结构图，包括定位装置102 (由电子指 南针、MEMS陀螺仪与GPS组成),LBS和GPS技术结合105、数据处理装置104 存放历年海洋 灾害发生时记载的特征数据及处理方法、报警装置106 根据数据处理装置传回来的数据 判断是否产生报警信号、传感器装置107 把接收回来的数据传给数据处理装置进行处理、 视频获取设备103 把定位装置摄取的场景通过该设备获取并呈现在多点触控手持设备上 以及多点触控手持设备101。与传统的海洋灾害预警装置不同，该装置具有实时性，且携带 方便，使用对象更加广泛。通过LBS基于位置服务和视频获取设备，在现实世界上，叠加更 多信息，具有现实增强的特点。其中定位装置102，用于接收定位信号确定使用者所在的位置和方向以及当前所见的 范围。GPS模块，用于接收卫星定位信号，实时定位，并将定位结果保存在定位装置中；电子 指南针模块，用于指示预警装置所处的方向，并随着陀螺仪姿态的转变而显示不同的方向； 陀螺仪模块，辅助GPS提供准确的方位，在GPS接收信号不稳定时，可以作为定位装置提供 移动信息。数据处理装置104，用于接收来自传感器的数据，同时存有历年灾害发生时的特征 数据和处理方法。利用时间序列相似性匹配的方法，下面以海洋风暴潮为例(可以是海洋 灾害的任意一种，如台风、怪潮等)，步骤如下A、将风暴潮目录数据转换为一定时空范围内、一定级别以上的风暴潮事件系列 集.这样，不同时空范围内的风暴潮就构成了不同的风暴潮序列.下面给出风暴潮序列及 其相似性的定义和风暴潮序列相似性的度量模型。定义1 (风暴潮相关地区)风暴潮发生频繁的地理区域。定义2(风暴潮事件).将风暴潮目录数据库中记录的每一次风暴潮看作一个事 件。将所有风暴潮事件按空间属性和区域而分为不同的风暴潮事件集，把发生在一定级别 以上且同时在t时刻发生的风暴潮事件记为E(t)。定义3(风暴潮事件序列).在某风暴潮相关地区中，把发生在时间范围F内的事 件集Et = {E(t) |t e时间范围F}在时间轴上的一个排列称为风暴潮事件序列，其中每一 个单独的事件E(t)称为一个事件项。定义4 (风暴潮序列).依据风暴潮发生的时间和等级，把风暴潮事件项的空间属 性略去，在时间轴上抽象为一个时间单位上的风暴潮强度值。从而，一个风暴潮事件序列就 被抽象为一个时间序列，称其为风暴潮序列，用S= {S(t) =0,1,2,...,η}来表示，风暴潮 事件序列中，一个事件项对应风暴潮序列中的一个元素。这里要特别说明的是，根据领域特性，将风暴潮事件发生的时间t扩展为一个单位时间间隔范围，即t e Tgap。定义5(风暴潮序列长度).对于风暴潮序列S，用|S|表示其长度，即风暴潮序列 S的元素个数。Sm表示风暴潮序列S中的第i个元素，S (t)表示风暴潮序列S在t时刻的 等级取值。定义6 (稠密风暴潮序列).在某一时间区域内，对风暴潮序列S，在没有发生风暴 潮事件的单位时间段补充了空元素以后形成的风暴潮序列，称为稠密风暴潮序列S'。注 以下所说的序列及元素都是指稠密序列或稠密序列之中的元素。定义7 (风暴潮相似性).设χ和y是任意两个不同风暴潮序列中的对应元素，用标 记函数A(x，y)来描述X和y元素的相似性，元素x、y之间的距离使用动态弯曲距离(DTW)， 记为D(x，y)。标记函数A(x，y)定义为如果D (X，y) ( Mthreshold,则 A (x, y) = 0 ；如果 D (x, y) > Mthreshold,则 A (x，y) = 1。 这里，Mttoestold为误差阈值，由用户根据具体需求来确定。误差阈值越小，表示两个元素所代 表的风暴潮强度差别越小。特别值得注意的是，因为允许相关风暴潮发生的时间有一定的 间隔，所以χ和y两元素可以对应不同的时间点，用户可以根据需要给定这个时间间隔的范 围。另一方面，海洋各灾害序列中常常会出现这样的现象在时间轴的某些单位时间 段内，没有海洋灾害事件发生。这时，可以在序列中补充空元素，即在没有海洋灾害事件的 时间段补充取值为0的元素。当非空元素与空元素进行相似性比较时，标记函数取值为0。定义8 (风暴潮相似性度量模型).设S和Q是两个不同的风暴潮序列，则S和R
的相似性可以用两序列中的相似性标记函数和来度量。其定义如下定义9 (风暴潮序列分段线性表示).在一定时间范围内，将风暴潮序列按照时间 t表示成多段相邻的近似直线。由于海洋灾害的数据具有局部离群的特征，此线性分段采 用滑动窗口的方法。即给定一个长度为η的风暴潮事件序列s和长度为w的时间窗口，记 s为(xl，χ2, ... , χη)，将时间窗口放在时间序列的起始位置，此时时间窗口对应序列上长 度为w的一段子序列，依次类推，共分为η-w+l段。定义10 (相关风暴潮支持数及支持度).相关风暴潮支持数Sup (S，Q)及支持度η 定义为V, G[r-Ttap,T + TtapI 3E(t)(E(t) e 偶 f| β }。Sup{E{t)) = 1，^[T-Ttap,T + Tlap],^3E(t)(E(t) e fj β } ^ Sup{E{t)) = 0,Sup(S, Q) = Y Sup(E(T)) n = Sup (S, Q)/I S其中，E(t) e {St，Qt}表示在一个时间间隔范围t e [T-Tgap,T+Tgap]内，只要序 列S和序列Q中均有风暴潮事件发生，支持度总数就增加1 ；如果序列S和序列Q有一个没 有风暴潮事件，就不记入支持度总数。式(2)中的n为时间间隔总数。B、寻找风暴潮相关地区的序列相似性匹配算法
序列相似性匹配可以分为两类一类是整体匹配，即给定m个长度为η的数据序 列，一个长度为η的查询序列和一个容忍度ε，从m个数据序列中找出与查询序列相似的数 据序列；另一类是子序列匹配，查询序列比数据库中的记录序列要短，需要在记录序列中寻 找和查询序列相似的子序列，也即给定m个数据序列，一个查询序列和一个容忍度ε，从m 个数据序列中找出其子序列与查询序列相似的数据序列，并给出子序列在数据序列中的偏 移量。用序列相似性匹配的算法来查找风暴潮相关地区，主要思想就是在各个地区的风暴 潮序列中，用整体序列相似性匹配的方法寻找具有高相似度的风暴潮序列。为此，我们结合 相关风暴潮的特点，在定义了风暴潮序列分段线性表示、相关风暴潮的支持度和风暴潮序 列相似性度量模型的基础上，提出了一种基于支持数和线性分段的整体序列相似性匹配算 法。下面给出算法的步骤步骤(1)预处理——从风暴潮目录数据中取出数据，根据其包含的经纬度信息， 按空间位置划分为不同的区域，并将经纬度和区域的对应信息都一同存放在预处理结果文 件中；步骤(2)构成风暴潮序列——从预处理结果文件中，提取具有相同区域编号的数 据归并到一起，分别放入不同的临时文件中，并累计此区域内的风暴潮记录条数，记入(区 域号、条数)链表结构中。最后，各区域内的案例记录按时间排序，就形成一组风暴潮时间 序列EQS ；步骤(3)序列分段线性表示——将风暴潮时间序列EQS按照滑动窗口划分的方 法将序列分为η-w+l段，如定义9所示。步骤(4)两两进行相似性分析——具体过程是分别取出处于不同区域中的风 暴潮时间序列，若两序列的相似度达到要求，则作相应的记录。然后计算支持度，并根据支 持度是否达到阈值输出相关序列并查看于此相关的历史处理记录；步骤(5)合并结果——将风暴潮相关地区依据地理位置进行合并，并重新计算支持度。在此算法中对两个序列进行相似性判定时，需要逐个元素比较。根据需要给定一个阈值，利用传感器接收的数据进行计算，如果所得结果大于或 等于这个阈值，则判断是危险区域，把信号传给报警装置，同时，如果用户已经在危险区域， 则在触摸屏上查看地图，选择离该危险区域最近的地方撤退。如果是管理人员使用，还可以 进一步确定其与历史数据哪一年的最接近，借鉴当年处理险情的方法，把危害降到最低。报警装置106，包括一个颜色变换装置和一个发声装置，根据数据处理装置的结 果，报警装置给予不同的回应，当到了危险区域时，发声系统发出警报，同时该区域变为红 色。传感器装置107，及时接收温度、气压、水温等数据传给数据处理装置进行处理。视频获取设备103，用于获取定位装置所摄取的范围，从而在现实世界上叠加更多 fn息ο多点触控手持设备101，使用GIS和位置信息服务结合起来，把所需的某些GIS技 术(如把GIS中的球体、地图等信息)移植到手持设备上，利用空间定位技术和GIS技术， 将获取的位置信息以及其他空间和属性信息搜集起来，供用户选择所需的信息。图2为本发明海洋灾害预警装置的逻辑功能图，定位装置利用GPS或者陀螺仪获取位置信息，电子指南针指明装置所处的方向，陀螺仪根据装置角度的改变而设置不同的 姿态，即在不同姿态下，所摄取的范围内容是不同的，如在同一海湾区，可能前边有漩涡或 者沟壑，GPS显示的地理位置信息是相同的，但陀螺仪可以使得摄取的范围更加精确。GIS 和LBS技术结合，把所需的某些GIS技术(如把GIS中的球体、地图等信息)移植到手持设 备上，利用空间定位技术和GIS技术，将获取的位置信息以及其他空间和属性信息搜集起 来，供用户选择所需的信息。视频摄取设备把当前定位装置和GIS、LBS结合的位置服务所 见的场景内容拍摄下来并呈现在多点触摸手持设备上，从而在现实世界上叠加更多信息， 具有增强现实的服务。用户如果处在海洋灾害危险地形区域中，则进行预警，手持设备上立 即显示该区域为红色，且发出警报声。如果用户没有在海洋灾害危险地形区域中，则根据传 感器的数据，利用数据处理装置进行计算，判断该区域是否会发生灾害，如海洋风暴潮，可 以根据温度、气压等数据进行计算，把实时数据与数据处理装置中存储的历年特征数据相 似匹配，如果匹配的结果值大于或等于给出的阈值，则进行预警，多点触控手持设备上立即 显示该区域为红色，且发出警报声。综上所述，本发明是一种基于时间序列相似匹配的海洋灾害预警装置，数据处理 装置把传感器获得的实时数据采用相似匹配的方法判断用户是否处在危险地带，定位装置 提供准确的方向，并呈现在多点触控手持设备上。以上所述仅为举例性，而非为限制性，如MEMS陀螺仪不受限制，可以是其它类型， 传感器的个数和种类也可以由用户自行确定等。本说明书内容不应理解为对本发明的限 制，任何未脱离本发明的精神与范畴，均应包含于申请范围之内。
权利要求
1.一种基于时间序列相似匹配的海洋灾害预警装置的方法，其特征在于，应该包括 一定位装置102，由一电子指南针、一 MEMS陀螺仪与一 GPS组成；一数据处理装置104，存放历年海洋灾害发生时记载的特征数据及处理方法，且用时间 序列相似匹配的方法；一报警装置106，根据数据处理装置传回来的数据判断是否产生报警信号； 一传感器装置107，把接收回来的数据传给数据处理装置进行处理； 一 LBS、GPS结合模块105，把GPS技术的一部分嵌入到多点触控手持设备上，结合LBS 位置服务，获得更多用户所需的详细信息；一视频获取设备103，把定位装置摄取的场景通过该设备获取并呈现在多点触控手持 设备上。一多点触控手持设备101，该设备具有多点触摸的功能，利用定位装置和视频获取设备 及LBS、GPS结合技术，就能判断用户所在的特定位置和存储信息。
2.根据权利要求1所述的定位装置，其特征是，GPS定位稳定时，GPS定位用户所处位 置的准确方向，MEMS陀螺提供手持设备的姿态，根据设备的不同方向而读取不同的场景内 容；电子指南针指示用户当前所在位置的准确方向；当GPS不能准确定位时，由MEMS陀螺 仪和电子指南针来确定。
3 根据权利要求1所述的数据处理装置，其特征是，利用时间序列相似性匹配的方法， 步骤如下A、将海洋灾害目录数据转换为一定时空范围内、一定级别以上的海洋灾害事件系列 集。这样，不同时空范围内的海洋灾害就构成了不同的海洋灾害序列。下面给出海洋灾害 序列及其相似性的定义和海洋灾害序列相似性的度量模型。定义1 (海洋灾害相关地区)海洋灾害发生频繁的地理区域。 定义2 (海洋灾害事件).将海洋灾害目录数据库中记录的每一次海洋灾害看作一个事 件。将所有海洋灾害事件按空间属性和区域而分为不同的海洋灾害事件集，把发生在一定 级别以上且同时在t时刻发生的海洋灾害事件记为E(t)。定义3 (海洋灾害事件序列).在某海洋灾害相关地区中，把发生在时间范围F内的事 件集Et = {E(t) |t e时间范围F}在时间轴上的一个排列称为海洋灾害事件序列，其中每 一个单独的事件E(t)称为一个事件项。定义4(海洋灾害序列).依据海洋灾害发生的时间和等级，把海洋灾害事件项的空间 属性略去，在时间轴上抽象为一个时间单位上的风暴潮强度值。从而，一个海洋灾害事件 序列就被抽象为一个时间序列，称其为海洋灾害序列，用S = {S(t) 11 = 0，1，2，. . .，η}来 表示，海洋灾害事件序列中，一个事件项对应海洋灾害序列中的一个元素。这里要特别说 明的是，根据领域特性，将海洋灾害事件发生的时间t扩展为一个单位时间间隔范围，即 t ^ Tgap0定义5 (海洋灾害序列长度).对于海洋灾害序列S，用Isl表示其长度，即海洋灾害序 列S的元素个数。S[i]表示海洋灾害序列S中的第i个元素，S(t)表示海洋灾害序列S在 t时刻的等级取值。定义6(稠密海洋灾害序列).在某一时间区域内，对海洋灾害序列S，在没有发生海 洋灾害事件的单位时间段补充了空元素以后形成的海洋灾害序列，称为稠密海洋灾害序列S'。注以下所说的序列及元素都是指稠密序列或稠密序列之中的元素。定义7 (海洋灾害相似性).设χ和y是任意两个不同海洋灾害序列中的对应元素，用标 记函数A(x，y)来描述χ和y元素的相似性，元素x、y之间的距离使用动态弯曲距离(DTW)， 记为D(x，y)。标记函数A(x，y)定义为如果 D(x，y)≤ Mthresh。ld，则 A(x，y) = 0 ；如果 D(x，y) > Mthresh。ld，则 A (x，y) = 1。这 里，Mthresh。ld为误差阈值，由用户根据具体需求来确定。误差阈值越小，表示两个元素所代表 的海洋灾害强度差别越小。特别值得注意的是，因为允许相关海洋灾害发生的时间有一定 的间隔，所以χ和y两元素可以对应不同的时间点，用户可以根据需要给定这个时间间隔的 范围。另一方面，海洋各灾害序列中常常会出现这样的现象在时间轴的某些单位时间段内， 没有海洋灾害事件发生。这时，可以在序列中补充空元素，即在没有海洋灾害事件的时间段 补充取值为0的元素。当非空元素与空元素进行相似性比较时，标记函数取值为0。定义8 (海洋灾害相似性度量模型).设S和Q是两个不同的海洋灾害序列，则S和R 的相似性可以用两序列中的相似性标记函数和来度量。其定义如下M或!QISim (S5Q)= Σ A(S[i],Q[i])i=\定义9 (海洋灾害序列分段线性表示).在一定时间范围内，将海洋灾害序列按照时间 t表示成多段相邻的近似直线。由于海洋灾害的数据具有局部离群的特征，此线性分段采 用滑动窗口的方法。即给定一个长度为η的海洋灾害事件序列s和长度为w的时间窗口， 记s为(xl，χ2, ... , χη)，将时间窗口放在时间序列的起始位置，此时时间窗口对应序列上 长度为w的一段子序列，依次类推，共分为η-w+l段。定义10 (相关海洋灾害支持数及支持度).相关海洋灾害支持数Sup (S，Q)及支持度η 定义为Vte[T-Ttap ,T+ T邮]，3E(t)(E(t) e {5；门 β } 二 Sup{E{t)) = 1, V, e {T-Ttap,T + Ttapl^3E{t)(E{t) e {St^\Qt} =^ Sup(E{t)) 二 0,Sup(S,Q) = f^Sup(E(T)) =0n = Sup(s，Q)/1 s其中，E(t) e {St，Qj表示在一个时间间隔范围t e [T-Tgap, T+Tgap]内，只要序列S 和序列Q中均有海洋灾害事件发生，支持度总数就增加1 ；如果序列S和序列Q有一个没有 海洋灾害事件，就不记入支持度总数。式(2)中的n为时间间隔总数。 B、寻找海洋灾害相关地区的序列相似性匹配算法结合相关海洋灾害的特点，在定义了海洋灾害序列分段线性表示、相关海洋灾害的支 持度和海洋灾害序列相似性度量模型的基础上，提出了一种基于支持数和线性分段的整体 序列相似性匹配算法。下面给出算法的步骤步骤⑴预处理——从海洋灾害目录数据中取出数据，根据其包含的经纬度信息，按 空间位置划分为不同的区域，并将经纬度和区域的对应信息都一同存放在预处理结果文件 中；步骤(2)构成海洋灾害序列——从预处理结果文件中，提取具有相同区域编号的数据归并到一起，分别放入不同的临时文件中，并累计此区域内的海洋灾害记录条数，记入(区 域号、条数)链表结构中。最后，各区域内的案例记录按时间排序，就形成一组海洋灾害时 间序列EQS ；步骤(3)序列分段线性表示——将海洋灾害时间序列EQS按照滑动窗口划分的方法 将序列分为η-w+l段，如定义9所示。步骤(4)两两进行相似性分析——具体过程是分别取出处于不同区域中的海洋灾 害时间序列，若两序列的相似度达到要求，则作相应的记录。然后计算支持度，并根据支持 度是否达到阈值输出相关序列并查看于此相关的历史处理记录；步骤(5)合并结果——将海洋灾害相关地区依据地理位置进行合并，并重新计算支持度。在此算法中对两个序列进行相似性判定时，需要逐个元素比较。
4.根据权利要求1所述的传感器装置，其特征是至少包含温度传感器和气压传感器。
5.根据权利要求1所述的视频获取设备，其特征是把当前定位装置所摄取的范围获取 到手持设备上。
6.根据权利要求1所述的多点触控手持设备，其特征是有USB接口、发声装置，屏幕切 换功能，支持缩放与手持式且体积小、重量轻，适合便携式携带。
7.根据权利要求1所述，其特征是多点触控手持设备利用GIS和位置信息服务结合起 来，即把所需的某些GIS技术移植到手持设备上，利用空间定位技术和GIS技术，将获取的 位置信息以及其他空间和属性信息搜集起来，供用户选择所需的信息。
8.根据权利要求2所述，其特征是采用MEMS陀螺仪和电子指南针对GPS定位进行补充 和使其更加准确，当GPS信号被挡住时，可以使用MEMS陀螺仪的移动信息进行路径的引导， 再辅以电子指南针指明方向，从而，整个预警装置的导航很稳定。
全文摘要
本发明公开了一种基于时间序列相似匹配和GPS/陀螺仪、电子指南针的海洋灾害预警装置，该装置包括GPS模块、陀螺仪、电子指南针、视频获取设备、多点触控设备、数据处理装置、传感器、GIS和LBS基于位置服务、报警装置等。所述的GPS模块、陀螺仪、电子指南针三部分构成定位装置，获得定位信息。GIS和LBS基于位置服务用于地理位置的精确确定，叠加更多现实世界信息。数据处理装置存储历年海洋灾害发生时记载的特征数据及处理方法，并把传感器获得实时数据采用相似匹配的方法告知海洋灾害预警装置是否处在危险地带。最后，多点触控手持设备会在海洋灾害预警装置处在危险地段时发出警报声，及屏幕显示为红色区域，用户可以多点滑动找到安全地段并撤退或指导撤退。本发明不仅可以用于海上作业人员、普通渔民和研究员，而且领导可以把其作为一种辅助决策的手段，具有实时性，易于携带。
文档编号G01C19/58GK102005105SQ20101029279
公开日2011年4月6日 申请日期2010年9月27日 优先权日2010年9月27日
发明者何盛琪, 廖娟, 张明华, 王建, 苏诚, 袁小华, 裴军峰, 谢文辉, 郑小罗, 郭伟其, 黄冬梅 申请人:上海海洋大学