大数据可视分析在海洋领域的应用
17页1、大数据可视分析在海洋领域的应用Application of big data visual analysis in the marine field摘要随着海洋观测技术和数值仿真技术的发展,人们能获取到规模更大、分辨率更高的海洋数据,这为复杂多元海洋环境要素及结构现象的分析带来了机遇,同时也给传统的分析方法带来了挑战。因此,将大数据可视分析方法引入了海洋数据分析,并探索了其在多元海洋时空数据分析、海洋重要结构的时空特征和演化分析等方面的应用价值,开发了多个可视分析系统,并通过全球和我国周边一些海域数据分析的案例研究,提出了海洋数据可视分析的基本框架,展示了可视分析是大数据时代海洋复杂数据分析方面一种很有前途的技术。关键词:可视分析;多元海洋时空数据;海洋结构;可视分析应用AbstractWith the development of ocean observation technology and numerical simulation technology, larger scale and higher resolution ocean data can be obtained,
2、 which brings opportunities for the analysis of complex ocean environmental elements and structures, and also brings great challenges to traditional analysis methods.For this reason, the method of big data visual analysis was introduced and its application value in the analysis of multivariate ocean spatiotemporal data, the spatiotemporal characteristics and evolution analysis of important ocean structures was explored.Some visual analysis systems were developed and the basic framework of visual
3、 analysis of ocean data through case studies of data analysis of some sea areas around the world and China was summarized, showing that visual analysis is a promising technology for ocean complex data analysis in the era of big data.Keywords:visual analysis;multiple ocean temporal and spatial data;ocean structure;visual analysis application1 引言随着海洋观测技术和数值仿真技术的不断进步,人们逐渐可以获取到更高分辨率和更大规模的多元时空变化的数据集,这给针对海洋复杂过程的分析研究提供了更多的机会,也带来了很大的挑战。首先,海洋数据本身隐含着复杂的时空过程和多元要素的动态变化,多个时空变量在空间和时间上与多个尺度高度相关,这使得从这些庞杂的数据中获取有
4、价值的模式或发现海洋结构(现象)及其时空演化规律变得困难;同时大数据使得传统的依赖人工发现、评估和解释时空模式或特征的分析方法变得低效;另外对海洋结构及其时空模式的识别目前还是局部粒度的,缺少对其时空模式的整体概览和多尺度细致的分析,而且目前的分析系统也缺少符合海洋研究者探索不同海洋时空情形的高效交互方式;此外,海量海洋大数据导致存储困难、计算时间过长,虽然采用常规的数据约简技术可以降低数据规模,但同时容易引起数据细节甚至关键结构信息的丢失;高纬度的海洋多元要素间的关系分析也变得复杂和困难;传统的2D/3D可视化方法难以应对海量高维复杂时空数据的挑战,视觉混淆和过度绘制问题变得尤为突出。可视分析是结合了机器学习、统计等自动化数据分析算法和交互式可视化来促进数据分析和推理的科学1,能从大规模和复杂数据中多尺度地提取有用的信息和有意义的知识2,并通过交互可视化数据探索生成假设和验证,以获得对物理现象的科学洞察,因而可视分析是现有的基于经验、理论和基于数值模式方法进行复杂海洋数据分析研究的有力补充。为此,笔者将先进的可视分析技术引入复杂海洋数据分析中,开发了多个可视分析系统,用于辅助领域专家
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