用于空间测量的数据处理方法及装置与流程

本发明涉及数据处理算法领域，尤其涉及一种用于空间测量的数据处理方法及装置。

背景技术：

自持式剖面浮标作为一种海洋观测设备，具有隐秘性好、体积小、重量轻、移动速度慢和制造成本低的特点，在海水中可以自由下潜、悬停、上浮，在任一运动过程中搭载相关传感器均可测量海水的温度、盐度、压力、溶解氧、硝酸盐、ph值、叶绿素荧光、颗粒物粒子后向散射、辐照度等数据，通过卫星通信实时传输至地面控制中心，使全球海洋水下长期、连续观测成为可能。自持式剖面浮标在水下运动过程(下潜、悬浮、上浮)中，搭载的传感器以一定的频率进行海洋剖面要素的测量。剖面要素是指在某一个位置附近海洋表面至海底的不同深度的海洋参数数值。传感器测量得到的海洋参数数据中含有深度信息，表示某一位置附近的某一深度的温度、盐度等数据。由于海水的水文参数，随着深度变化有不同的性质，例如：海水温度0-100米变化幅度较大，但在100米以下变化比较缓慢，在某一深度范围内的温度值基本保持不变，但是传感器在这一深度范围内仍然按照一定的频率进行数据采集，产生大量的冗余数据。由于自持式剖面浮标运动过程中存在的非匀速运行，将会造成在某一深度范围内传感器的多次测量，产生大量的冗余数据。根据海洋水文环境不同参数的性质不同，选取合适数据处理方法，提取有用数据，剔出冗余数据将会是非常关键。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于空间测量的数据处理方法及装置，以至少部分解决上述问题。

有鉴于此，本发明一方面提供了一种用于空间测量的数据处理方法，包括：

根据待测空间参数特征的变化将该待测空间划分为多个区间，然后将该各个区间划分为多个等比例的小区间。

数据采集装置采集各个小区间的数据信息，一些实施例中，该步骤包括：

数据采集装置对各个小区间的数据采集为一次或多次，另一些实施例中，该每次数据采集包括：

数据采集装置以不同的运动形式分别采集各个小区间的数据信息，根据其运动形式的不同对采集的数据信息编号存储，分别处理。进一步的，在具有相同空间参数特征的待测空间中，且数据采集装置的运动形式不变时，该数据信息为数据采集装置采集到的第一个数据值；

然后根据采集次数的变化对采集的数据进行编号。

整合各个小区间的数据信息进行该各个小区间的特征值提取，一些实施例中，该步骤包括：

对各个小区间的数据信息进行求取平均值、方差和/或中位数的运算；

该平均值和/或中位数作为各个小区间的特征值。

一些实施例中，该步骤进一步包括：

根据各个小区间的数据信息求取的该方差大于某一设定值时，将该数据信息内的每个数据与所述平均值做减法运算，去掉减法运算中导致差值最大的该数据得到各个小区间中新的数据信息，其中，减法运算的次数小于或等于3次；

对新的数据信息重新求取平均值、方差和/或中位数；

当重新求取的方差小于或等于设定值时，对应的平均值和/或中位数作为各个小区间的特征值。

将提取的各个小区间的特征值进行数据压缩形成目标通信格式，一些实施例中，该数据压缩采用无损压缩；

对具有该目标通信格式的数据进行分包及编号形成待传输数据，将该待传输数据传送至目标接收装置，一些实施例中，其中的分包将具有目标通信格式的数据分为多个数据包，编号对各个数据包按序编号。

基于上述数据处理方法，本发明另一方面提供了一种用于空间测量的数据处理装置，包括：

数据特征提取模块，整合数据采集装置采集的数据信息进行不同小区间内的数据特征值提取；

数据压缩模块，将该特征值压缩成目标通信格式；

数据分包模块，对具有该目标通信格式的数据进行分包及编号形成待传输数据。

本发明提供的该用于空间测量的数据处理方法及装置，具有以下有益效果：

对传感器等数据采集装置测量得到的复杂环境中的数据信息进行处理，从装置中测量的大量数据中提取出有用信息，减少了大量的重复冗余数据，便于环境学家的直接使用和减少卫星通讯费用及时间。

附图说明

图1为本发明实施例提供的数据处理方法流程图，传感器采集的数据经过数据特征的提取、无损压缩、数据分包得到待传输数据；

图2为本发明实施例提供的针对海洋深度范围的划分图，数据特征的提取仅对传感器在小区间内的测量数值进行提取；

图3-图5为本发明实施例提供的海洋内部数据采集装置的剖面运动形式图，下潜、悬浮、上浮运动可以组合成多个运动形式，对剖面运动过程进行编号，图3-图5为列举的几种运动形式说明。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

鉴于自然空间中随气候、温度、风向、高度(深度)以及其他不可控变量的影响，使用数据采集装置对相关空间参数进行采集会存在大量的冗余数据，本发明即针对该种数据冗余性提出一种用于空间测量的数据处理方法及装置。以下，本发明实施例通过对海洋环境参数的数据采集及处理对该方法的使用及其解决的问题做详细介绍。

在海洋环境中使用自持式剖面浮标搭载传感器作为数据采集装置，该装置工作时的非匀速运动过程结合海洋环境参数随深度变化的性质，造成传感器采集的数据中存在大量的冗余数据，不能直接用于海洋科学研究的使用，同时导致卫星通信成本高。本实施例的目的即是通过该用于空间测量的数据处理方法及装置提供一种用于海洋剖面要素测量数据的处理方法及相关装置，将自持式剖面浮标搭载传感器测量得到的数据进行处理，剔除冗余数据，从大量数据中直接提取到海洋科学研究所需的数据，减少卫星通信数据的发送量，从而相应地降低卫星通信成本。

在一方面，本实施例基于上述用于空间测量的数据处理方法提供了一种用于海洋剖面要素测量数据的处理方法，如图1所示，该处理方法主要包括：数据特征的提取、数据压缩和数据分包，其中：

数据特征的提取是对传感器在某一个深度范围内测量得到的若干组数据进行数据特征的提取，提取出能够代表若干组测量数据的值。

数据压缩是指对提取后的数据特征值进行数据的无损压缩。

数据分包是指将数据压缩的数据分成若干个小数据包。

一些实施例中，本发明提供的该用于空间测量的数据处理方法，具体地包括：

首先，根据待测空间参数特征的变化将该待测空间划分为多个区间，然后将该各个区间划分为多个等比例的小区间。

本实施例中，待测空间为海洋环境，根据海洋环境参数随深度变化的性质，针对其深度范围划分区间，该深度范围可由自持式剖面浮标的使用者进行设定。本发明仅提供深度范围一种划分方法，可以根据海水某一参数随深度变化的性质，调整深度区间的范围和小区间的大小。

本实施例所提供的深度范围的划分方法：首先，将海水表面至最大下潜深度之间划分为若干个深度区间，图2中仅划分了5个深度区间；其次，每个深度区间内部又可划分为若干个等间距的小区间，间距的大小可任意选择。

然后，数据采集装置采集各个小区间的数据信息。

本实施例中，自持式剖面浮标的运动包括下潜、上浮、悬停，在任一运动过程中搭载的传感器均可按照一定的频率进行数据信息的采集。

一些实施例中，数据采集装置对各个小区间的数据采集为一次或多次，然后根据采集次数的变化对采集的数据进行编号。

本实施例中，自持式剖面浮标从海表面下潜开始，到下一次上浮至海表面，为一个剖面运动，如图3中的剖面运动形式1所示。在剖面运动期间，可以进行多次下潜和上浮。数据处理可以对传感器在单个剖面运动后测量得到的数据进行处理，然后将待传输数据通过卫星通信传输至地面控制中心；也可以对传感器多次剖面运动测量后再统一进行数据处理，处理过程是：首先，根据剖面运动的先后时间顺序对每个剖面运动进行编号(如图5中的剖面运动形式3)；后对每个剖面运动按照单个剖面运动的数据处理方法进行处理；然后将待传输数据通过卫星通讯传输至地面控制中心。

基于上述步骤，每次数据采集包括：

数据采集装置以不同的运动形式分别采集各个小区间的数据信息；

根据其运动形式的不同对采集的数据信息编号存储，分别处理。

基于上述实施例，自持式剖面浮标的下潜、上浮和悬停作为不同的运动形式，一个剖面运动的结束作为以不同的运动形式完成数据信息的采集。具体地：

对于单个剖面运动内部，在同一深度范围内，下潜过程中测量得到的数据和上浮过程中测量得到的数据分开存储、分开处理；

对于单个剖面运动内部，对于在同一深度范围内的相同运动形式(上浮或下潜)中的测量数据进行编号存储、分别处理。如图5中剖面运动形式3所示的；

对于单个剖面运动内部，在不同深度范围内，有两个或多个相同运动形式(上浮或下潜)中间含有悬浮运动时按照一个运动形式进行编号。如图4中剖面运动形式2所示，两次下潜运动中间有悬浮运动，在不同的深度区间，对其采集数据进行处理时，当做一个下潜运动处理。

接着，整合上述各个小区间的数据信息进行该各个小区间的特征值提取。

本实施例中，数据特征值的提取是对传感器在某一个深度范围内测量得到的若干组数据进行数据特征的提取，提取出能够代表这一深度范围内传感器测量数据的一组数据。

一些实施例中，该步骤包括：

对各个小区间的数据信息进行求取平均值、方差和/或中位数的运算；

该平均值和/或中位数即作为各个小区间的特征值。

本实施例中，数据特征值的提取即是将传感器在小区间内测量得到的所有值进行运算。运算方法主要有：求取平均值、方差、中位数。

更进一步的，该运算过程具体表现为：

根据各个小区间的数据信息求取的该方差大于某一设定值时，将该数据信息内的每个数据与所述平均值做减法运算，去掉减法运算中导致差值最大的该数据得到各个小区间中新的数据信息，其中，减法运算的次数小于或等于3次；

对新的数据信息重新求取平均值、方差和/或中位数；

当重新求取的方差小于或等于设定值时，对应的平均值和/或中位数作为各个小区间的特征值。

本实施例中，传感器测量值在小区间内方差较大(或大于某一值)时，将每个数据与平均值做减法运算，剔除掉减法运算中得到差值最大的数据；然后对小区间内的剩余数据再次求取平均值、方差、中位数，重复上一操作。一般重复三次上述操作，即剔除3个数据后，如果第四次计算得到的方差仍然较大(或大于某一值)时，有两种可能：传感器误差太大、小区间范围设置不合适没有考虑此区间内海水参数性质，遇到此种情况，要将小区间内的所有数据进行保留，不进行数据特征值提取。

其中某一值的确定根据传感器的误差大小和深度范围内海洋环境参数特征确定。

三次及三次计算以内，计算得到小区间内测量数据的方差较小(或小于某一值)时进行特征值的提取。对剔除小于或等于3个异常数据后小区间内测量数据值进行计算，计算得到平均值、中位数。

特征值的提取由用户选择提取计算得到的平均值、中位数。选择方案有三种：只提取平均值；只提取中位数；既提取平均值，又提取中位数。

上述实施方式中，更进一步的有，在具有相同空间参数特征的待测空间中，且数据采集装置的运动形式不变时，该数据信息为数据采集装置采集到的第一个数据值。

本实施例中，自持式剖面浮标的悬浮运动状态即表现为此种特征。对于悬浮运动过程中，有一个特点就是传感器在固定深度(即具有相同空间参数特征)随海水漂流(即运动形式不变)，测量得到的数据深度值相同。因此，数据特征提取时，只保留悬浮运动开始时，传感器测量的第一个深度值，删除后期测量的所有深度值。对于测量的其他参数值，也仅保留第一个数据，之后的数据只保留与第一个数据的差值。

再接前述步骤，将提取的各个小区间的特征值进行数据压缩形成目标通信格式。

具体为，本实施例中，将提取后的数据特征值进行数据压缩，数据压缩的方法采用无损压缩：一方面压缩数据量；另一方面数据压缩后将会得到的二进制数据，将二进制数据转换为十六进制数据，直接形成卫星通信内容格式，进一步压缩数据量。可以理解的是，本实施例中的目标通信格式为卫星通信内容格式，但在具体的实施事例中，并不仅限于此。

最后，对具有该目标通信格式的数据进行分包及编号形成待传输数据，将该待传输数据传送至目标接收装置。

一些实施例中，其中的分包将具有目标通信格式的数据分为多个数据包，编号对各个数据包按序编号。

本实施例中，数据分包中数据包的大小由单次卫星通信限制容量决定，对分好的数据包进行编号，编号内容中包含：此次数据共分多少个数据包，这是第几个。

至此，完成对海洋剖面要素测量数据的处理。

在另一方面，基于上述实施方法，本发明还提供了一种用于空间测量的数据处理装置，包括：

数据特征提取模块，整合数据采集装置采集的数据信息进行不同小区间内的数据特征值提取；

数据压缩模块，将该特征值压缩成目标通信格式；

数据分包模块，对具有该目标通信格式的数据进行分包及编号形成待传输数据。

使用该装置亦可同上述实施方案所述，实现对海洋剖面要素测量数据的处理，在此不再赘述。

需要理解的是，自持式剖面浮标仅是搭载传感器进行剖面运动一种运载工具，本文所述的方法适用于所有运载工具搭载传感器进行海洋剖面要素测量的数据的处理；且，海洋剖面要素测量仅是针对本发明的一种实现方式，使用本发明亦可实现对高空大气及深层土壤等的测量数据的处理，且不限于此。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。