分布式海洋监测与信息发布系统实时性的研究

论文摘要

我国是海洋大国,海洋资源的合法开发利用关系到我国的经济、政治、国防和文化等方面的发展。但随着大规模开发利用海洋,海洋的污染程度日趋严重,导致赤潮等灾害不断发生,对我国沿海的海洋生态环境产生了严重的影响并导致巨大的直接和间接的经济损失。因此,研究建立实时可靠的海洋监测采集网络、灾害数据分析和信息发布系统,已经成为维护海洋健康环境和合理开发海洋资源的迫切要求。本文在山东省关于海洋监测和灾害预警项目的课题背景下,主要针对海洋监测与灾害预警系统中的监测子系统和台站信息发布子系统,从提高监测采集和信息挖掘与发布的实时性所采取的技术和策略方面进行研究,为实现海洋灾害的实时监控提供保障。文中首先对海洋实时监测发布系统的研究背景和现状进行分析,在此基础上给出了论文的主要研究内容和意义以及结构安排。随后开始介绍海洋监测和信息发布两个子系统的架构设计和关键技术。整个监测发布系统采用三层网络架构,负责数据采集的监测子站分布在监测海域中,它们由相应的监测台站负责集成处理其采集的数据,台站与子站之间采用无线移动网络相互通讯,而多个监测台站在数据中心的管理下对采集数据进行实时的分布式聚类挖掘,并将采集数据上传到数据中心,以供进一步的灾害分析和预警。在监测子系统方面,针对数据采集和封装传输等方面,给出了本系统所采用的无线网络通讯、GPS实时定位和基于XML的数据封装与访问等关键技术,以及采用这些技术在实时性提升上的考虑。信息发布主要关注的是台站级的信息发布,由于监测台站位于整个监测发布系统的中心,信息发布具有发布对象和形式多样化的特点。针对台站级发布的上述需求,给出了本文所设计的分布式信息发布子系统的架构与模块划分。发布平台的核心是建立在台站系统之上的嵌入式GIS发布系统,在此基础上,平台向监测子站、Internet浏览器和手机等多种类型的用户提供多种形式的发布服务。嵌入式GIS发布系统的实时性能对于整个信息发布子系统的性能起关键作用,因此本文对嵌入式Linux平台上的GIS系统研究进行综述,分析了海洋环境发布的嵌入式GIS平台的设计需求,给出了平台的实时架构和实现类图,并对提高平台实时性、降低存储耗费等方面采取的技术和策略进行研究。论文最后给出了两种针对不同环境灾害挖掘的实时聚类算法,前者应用于台站分布式信息发布子系统的灾害数据挖掘,该算法采用基于核心集抽样的改进聚类框架,有效的降低了节点间的数据传输量,加快了灾害聚类挖掘的速度;后者针对数据中心实时数据挖掘和历史数据库增量式挖掘的要求,给出了一种基于熵的增量式聚类算法,并将其应用于数据中心的灾害挖掘中,取得了良好的效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 论文的选题背景
• 1.2 海洋监测发布技术研究现状
• 1.3 课题的主要研究方向与研究意义
• 1.4 论文的结构与安排
• 第二章 海洋监测子系统的实时架构与研究
• 2.1 海洋监测子系统架构
• 2.2 子系统关键技术与实时性研究
• 2.3 小结
• 第三章 海洋分布式发布子系统实时架构与研究
• 3.1 分布式海洋信息发布子系统架构
• 3.2 子系统关键技术与实时性研究
• 3.3 小结
• 第四章 实时嵌入式GIS平台的设计与研究
• 4.1 嵌入式GIS相关研究
• 4.2 实时嵌入式GIS平台总体架构
• 4.3 平台关键技术与实时性研究
• 4.4 小结
• 第五章 分布式实时聚类算法的设计与研究
• 5.1 分布式聚类与海洋信息发布
• 5.2 相关理论与算法
• 5.3 基于核心集的分布式聚类算法
• 5.4 算法实验与性能分析
• 5.5 小结
• 第六章 增量式实时聚类算法的设计与研究
• 6.1 聚类与海洋数据中心灾害挖掘
• 6.2 相关理论与算法
• 6.3 增量式聚类算法EIFCA
• 6.4 算法实验与性能分析
• 6.5 小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 课题展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文目录
• 在读期间参与科研项目情况
• 学位论文评阅及答辩情况表