专利名称：一种基于数据挖掘的海洋灾害预警专家系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及海洋灾害的评估标准，灾害判定等级，及对海洋灾害预警的专家系统。
技术背景
我国是世界上遭受海洋灾害最严重的国家之一，随着全球变暖、极端气候事件频发以及沿海经济的快速发展，沿海地区面临的海洋防灾减灾压力越来越大。目前国内初步形成了包括由各类浮标、潜标、卫星、雷达、飞机、船舶和岸基(岛屿)观测站点构成的立体观测系统，得到大量丰富的海洋数据，同时通过国际的数据交换的窗口，获得全球的海洋环境要素数据，已经拥有大量珍贵的海洋科学数据和相关信息。如何更高效的利用海洋科学数据，提高各种海洋灾害的预警防御，不仅对有效减轻海洋灾害造成的损失，保障沿海地区人民生命财产安全与社会经济的可持续发展有很深刻的指导意义，而且也对我国的数字海洋建设提供了有力支持，因此有必要建立海洋灾害性预警系统。
数据挖掘(Data Mining)，是从大量数据中获取有效的、新颖的、潜在有用的、最终可理解的模式的过程。通过数据挖掘技术，利用于丰富的海洋数据资源中，从而发现有用信息，了解各种海洋要素的相互关系、发展规律，为海洋科学研究和综合管理提供信息决策支持是广大海洋科技工作者的一个重要研究方向。
海洋数据类型复杂多样，及涉及到的海洋灾害预警也具有相当的复杂性。将数据挖掘出来的知识信息为海洋灾害预警提供决策，需要相当的专业知识才能做到。由于在人类社会中，海洋知识方面专家资源相当稀少，有了专家系统，则可使此珍贵的专家知识获得普遍的应用。
专家系统是利用大量的专家知识，运用知识推理的方法解决各特定领域中的实际问题。将专家系统应用于海洋灾害中，根据海洋领域的专家知识、技术、实验数据和数学模型，模拟海洋领域专家就某一特定海洋灾害问题进行启发式推理、判断，可以很好的预测海洋灾害，发出警报，为社会公众服务。发明内容
本发明提供一种基于数据挖掘的海洋灾害预警专家系统。该系统包括海洋数据库，数据挖掘模块，海洋灾害知识库，知识获取界面，推理机，解释模块，海洋灾害预警展示界面七个模块。海洋数据丰富多样，先采用模糊聚类粗糙集属性约简法对大规模复杂的海洋数据进行简约和压缩，最大程度的保留与海洋灾害相关的属性因素信息，再利用数据挖掘得到蕴含大量的知识的信息，对这些知识信息经过，模糊聚类，规则提取处理，找到对海洋灾害能够预测的策略规律。将这些策略规律组织形成的专家系统，模拟海洋领域专家就某一海洋灾害问题进行启发式推理、判断，预测海洋灾害，发出警报，有效解决了海洋灾害中专家预警和海洋知识人员短缺的问题，为推广科学海洋灾害预警技术提供了新的途径和手段。
图1为本发明的海洋灾害预警专家系统架构图。图2为本发明专家预警海洋灾害的流程图示意图。图3为本发明的海洋知识库结构图。
具体实施例方式本发明公开了一种海洋灾害预警专家系统，下面结合附图对实施方式进行说明。请参照图1。图1为本发明的海洋灾害预警专家系统架构图。包含海洋数据库，数据挖掘模块，海洋灾害知识库，知识获取界面，推理机，解释模块，海洋灾害预警展示界面七个功能模块。请参照图2。本发明所述的预警专家系统的主要工作流程如下将各种装置采集的海洋数据经过数据清洗，预处理，形成海洋灾害数据库；数据挖掘模块对海洋灾害数据库的数据挖掘，输出一定关联规则的知识，触发推理机，推理机调用知识库中知识规则和数据进行推理，评估海洋灾害，判断出海洋灾害的等级，解释程序结合预警阈值，以简单直观的方式，向用户发出海洋灾害预警。请参加图3。海洋灾害知识库，存储海海洋灾害预警规则知识，分为静态知识库与动态知识库。它至少包含风暴潮、海啸、灾害性海浪、海冰、赤潮、台风等典型海洋灾害在内的灾害评估规则库，及海洋灾害等级判定规则库，根据评估规则库海洋灾害等级判定规则库制定的海洋灾害预警策略规则库。其中静态知识库，存储相对稳定、时间较长更新知识规则；动态知识库，存储更新时间较快的一些规则。动态知识库规则的更新，主要来源是挖掘层在对海洋灾害数据挖掘的过程中，发现的一些新知识扩充及专家通过知识获取界面对动态知识库的补充。1、海洋数据库，包括原始海洋数据库及经过数据清洗转换处理过的与海洋灾害相关的海洋数据库。原始数据库存储通过各种途径采集记录的海洋数据，包括通过台站，浮标，船舶，卫星等海洋数据采集装置，得到的一系列复杂类型数据，海洋水文、海洋气象、海洋物理、海洋化学、海洋生物、海洋地质、海洋地形与海洋地球物理等。与海洋灾害相关的海洋数据库存储由原始海洋数据库中经过处理的海洋数据。在数据清洗与处理数据时，根据历年经验掌握海洋资料特性、海洋灾害数据库应用的目的及需求和知识发现的目的，主要包括去除冗余信息、字段缩减以及格式转换，时间序列数据等处理，严格按照海洋数据规范设计、实施。2、数据挖掘模块，对标准化的海洋灾害数据库采用各种挖掘算法，其任务是进行蕴含的知识信息发现。海洋灾害知识规则库存储的评估规则，灾害等级判定规则为定级标准，难以有效反映海洋灾害的程度，从这方面考虑出发，数据挖掘模块选择了模糊聚类分析，综合各项海洋属性因素在各种海洋灾害中的作用，使海洋灾害的估计标准更加切合实际，预警更加准确。一方面，挖掘出来的结果，在海洋灾害静态知识库的规则下，经过推理机识别，解释模块，以简单易懂的形式显示给用户；另一方面利用挖掘出来得到的知识，以特定的知识转化技术转化为与海洋灾害知识库的知识相一致的形式，对海洋灾害知识库进行动态扩充，协助专家进行知识获取。
同时由于海洋数据库存储的数据类型复杂多样，数量巨大，在数据挖掘之前，采用模糊聚类粗糙集属性约简法对大规模复杂的海洋数据进行简约和压缩，最大程度的保留与海洋灾害相关的属性因素信息，提高数据挖掘效率。所述的模糊聚类粗糙集属性约简法分为三步(1)属性值的模糊化。设N是属性的分类数，N= 1，2丨(；是第N个分类，M(Cn)是 Cn中包含的属性值个数，Cn (i)是N个分类中第i个属性值，则属性值CN(i)的隶属函数为
权利要求
1.一种基于数据挖掘的海洋灾害预警专家系统，其特征在于，应该包括一海洋数据库，负责对各种途径采集得到的海洋数据进行存储；一数据挖掘模块，负责对标准处理过的海洋灾害数据库采用算法挖掘；一海洋灾害知识库，是存储灾害评估、灾害等级判定，决策规则知识的集合；一知识获取界面，面向专家、知识工程师，对海洋灾害知识库的增添、修改和维护；一推理机，根据海洋知识库里的规则，按照策略进行知识推理；一解释模块，结合预警阈值，对预警推理过程的说明和描述。一海洋灾害预警展示界面，对推理结果进行展示。
2.根据权利要求1所述的海洋灾害预警专家系统中的海洋数据库，其特征在于包括原始海洋数据库和经过处理的海洋灾害数据库。其中，对原始海洋数据库的数据采集装置，具体包括台站，浮标，船舶，卫星等。对原始海洋数据库数据清洗、预处理，根据海洋灾害知识库的规则标准清洗处理，形成由各类海洋灾害因素构成的数据库，这些灾害因素包括温度， 盐度，海流，风速，气象，生物，地理位置等在内的数据因素。
3.根据权利要求1所的海洋灾害预警专家系统中的数据挖掘模块，对海洋灾害数据采用各种挖掘算法进行知识挖掘。其特征在于，首先根据权利要求2海洋数据库存储的数据类型复杂多样，数量巨大，在数据挖掘之前，采用模糊聚类粗糙集属性约简法对大规模复杂的海洋数据进行简约和压缩，最大程度的保留与海洋灾害相关的属性因素信息，提高数据挖掘效率。其次，由于海洋灾害知识规则库存储的评估，灾害等级判定规则为定级标准，难以有效反映海洋灾害的程度，根据权利3的数据挖掘模块选择了模糊聚类分析，综合各项海洋属性因素在各种海洋灾害中的作用，使海洋灾害的估计标准更加切合实际，预警更加准确。同时根据权利3的数据挖掘模块采用基于XML开放式的语言，针对灾害因素数据建模，结果能以标准的形式向外提供输出接口，供推理机、及海洋灾害动态数据库使用。
4.根据权利要求1所的海洋灾害预警专家系统中海洋灾害知识库，其特征在于存储灾害评估、灾害等级判定，决策知识规则。海洋灾害知识库包含静态知识库与动态知识库，静态知识库存储的知识规则主要供推理机推理用，动态知识库的知识规则主要接受知识处理过程来的新规则，并定时向静态知识库更新。
5.根据权利要求1所的海洋灾害预警专家系统中知识获取界面，其特征在于面向专家、知识工程师，用于对动态知识库的规则的增添、修改和维护。从知识获取界面进入的数据都得经过知识处理，形成与知识库一致的逻辑结构和数据结构，存放在动态知识库中。
6.根据权利要求1所的海洋灾害预警专家系统中推理机，其特征在于运用海洋知识库里的规则，按照一定的推理顺序进行知识推理，并在推理过程中，控制与用户对话，结合解释程序与预警阈值，将最后海洋灾害的结果展示给用户。推理机由执行器、调度器和一致性协调器等组成。调度器依据控制策略(用知识和算法描述的信息从议程中选择一个动作供系统下一步执行。执行器应用知识库中的知识信息，执行调度器选定的动作。一致性协调器的主要作用是当得到新数据或新假设时，对已得到的相关结果进行似然修正，以保证结果的前后一致性。推理机的推理方法，可以采用正向推理，反向推理模糊推理等先进推理方法。
7.根据权利要求1所的海洋灾害预警专家系统中解释模块，其特征在于结合预警阈值，对预警推理过程的说明和描述，使结果展示简单直观。
8.根据权利要求1所的海洋灾害预警专家系统中海洋灾害预警展示界面，其特征在于面向海洋灾害专家预警系统的使用者，其权限仅限于使用海洋灾害专家预警系统，向使用者展示预警结果。其中使用者可以是政府机关、涉海单位、公众等。海洋灾害预警展示界面终端可以与推理机、解释程序直接相连，也可以通过各种服务器与推理机、解释程序相连。
全文摘要
本发明提供一种基于数据挖掘的海洋灾害预警专家系统。该系统包括海洋数据库，数据挖掘模块，海洋灾害知识库，知识获取界面，推理机，解释模块，海洋灾害预警展示界面七个模块。海洋数据丰富多样，先采用模糊聚类粗糙集属性约简法对大规模复杂的海洋数据进行简约和压缩，最大程度的保留与海洋灾害相关的属性因素信息，再利用数据挖掘得到蕴含大量的知识的信息，对这些知识信息经过规则提取处理，找到对海洋灾害能够预测的策略规律。将这些策略规律组织形成的海洋灾害知识库，推理机，用知识库中知识规则和数据进行推理，模拟海洋领域专家进行启发式推理、判断，评估海洋灾害，判断出海洋灾害的等级，解释程序结合预警阈值，以简单直观的方式，向用户发出灾害预警。本系统有效解决了海洋灾害中专家预警和海洋知识人员短缺的问题，为推广科学海洋灾害预警技术提供了新的途径和手段。
文档编号G06Q10/04GK102495875SQ20111039424
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月2日 优先权日2011年12月2日
发明者康培红, 张明华, 曹燕琴, 王元珠, 黄冬梅 申请人:上海海洋大学